Delineamento
Objetivo:
Delinear operações de fabricação mecânica
Pré-requisito:
Processos de fabricação
Unidade de competência associada:
Planejar a manutenção de máquinas e equipamentos
Delineamento
Conteúdo programático:
Apresentação;
Localização;
A importância da padronização;
O delineamento entre o processo e o chão de fábrica;
O empirismo no delineamento;
Etapas do delineamento;
Desenvolvimento de gabaritos e dispositivos de fixação para usinagem;
Plano de fabricação e
Uso de tabelas e softwares aplicativos.
Carga horária: 40h
Delineamento
Introdução
Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por
uma variedade de processos.
•
•
•
•
•
Fundição;
Conformação mecânica;
Metalurgia do pó;
Soldagem e
Usinagem
Delineamento
Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe
um processo de fabricação. Como por exemplo:
• forma e dimensão da peça;
• material a ser empregado e suas propriedades;
• quantidade de peças a serem produzidas;
• tolerâncias e acabamento superficial requerido;
• custo total do processamento.
Delineamento
A fundição
é um processo de fabricação sempre inicial, pois precede importantes
processos de fabricação como usinagem, soldagem e conformação
mecânica. Esses, utilizam produtos semi-acabados (barras, chapas, perfis,
tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição.
Podemos dividir os processos de fabricação de metais e ligas
metálicas em: os com remoção de cavaco, e os sem remoção de cavaco. A
Figura mostra a classificação dos processos de fabricação, destacando as
principais operações de usinagem.
Delineamento
Delineamento
Usinagem
Uma simples definição de usinagem pode ser tirada da Figura como
sendo processo de fabricação com remoção de cavaco. Consultando, porém,
uma bibliografia especializada pode-se definir usinagem de forma mais
abrangente, como sendo: “Operação que ao conferir à peça a forma, as
dimensões, o acabamento, ou ainda a combinação qualquer destes itens,
produzem cavacos”. E por cavaco entende-se: “Porção de material da peça,
retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar uma forma
geométrica irregular”.
A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais
popular do mundo, transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda a
produção de metais, e empregando dezenas de milhões de pessoas em todo o
mundo.
Delineamento
1.1 – Classificação e nomenclatura de processos comvencionais de usinagem.
• TORNEAMENTO RETILÍNEO
Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma
trajetória retilínea. O torneamento retilíneo pode ser:
Torneamento cilíndrico – Processo de torneamento no qual a
ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de
rotação da máquina. Pode ser externo (Figura 1.4 -a) ou interno (Figura 1.4
-b). Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um entalhe circular,
na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o
torneamento é denominado sangramento axial (Figura 1.4 -c).
Delineamento
Torneamento cônico – Processo de torneamento no qual a ferramenta
se desloca segundo uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo
principal de rotação da máquina. Pode ser externo (Figura 1.4 -d) ou interno
(Figura 1.4 -e);
Delineamento
Torneamento radial - Processo de torneamento no qual a ferramenta
se desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo principal
de rotação da máquina.
Quando o torneamento radial visa a obtenção de uma superfície plana, o
torneamento é denominado torneamento de faceamento (Figura 1.4 -f).
Quando o torneamento radial visa a obtenção de um entalhe circular, o
torneamento é denominado sangramento radial (Figura 1.4 -g).
Delineamento
Perfilamento – processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca
segundo uma trajetória retilínea radial (Figura 1.4 -h) ou axial (Figura 1.3 -a),
visando a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da
ferramenta.
Delineamento
• Torneamento curvilíneo
O torneamento curvilíneo é um processo onde a ferramenta se desloca
segundo uma trajetória curvilínea (Figura 1.3 -b).
Quanto à finalidade, as operações de torneamento podem ser
classificadas ainda em torneamento de desbaste e torneamento de
acabamento.
Delineamento
Roscamento
O roscamento é um processo mecânico de usinagem destinado à
obtenção de filetes , por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais
de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para
tanto, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente
segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O
roscamento pode ser interno ou externo.
a) Roscamento interno com ferramenta de perfil único
b) Roscamento interno com ferramenta de perfil múltiplo
c) Roscamento intero com macho
d) Roscamento interno com fresa
e) Roscamento externo ferramenta de perfil único
f) Roscamento externo com ferramenta de perfil múltiplo
g) Roscamento externo com cossinete
h) Roscamento externo com jogos de pentes
Delineamento
Roscamento
Delineamento
Delineamento
APLAINAMENTO
O aplainamento é um processo de usinagem destinado à obtenção de
superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da
peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical.
Delineamento
APLAINAMENTO
Delineamento
Furação
A furação é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de
um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio de uma ferramenta
multicortante. Para tanto a ferramenta ou apeça se desloca segundo uma
trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. A
furação subdivide-se nas operações:
1. Furação em cheio
2. Furação escalonada
3. Escareamento
4. Furação de centros
5. Trepanação
Delineamento
Furação
Delineamento
Furação
Delineamento
ALARGAMENTO
O alargamento é um processo mecânico destinado ao desbaste ou ao
acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com auxílio de ferramenta
normalmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e a
ferramenta ou a peça se desloca segundo uma trajetória retilínea,
coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. O alargamento
pode ser:
1. Alargamento de desbaste
2. Alargamento de acabamento
Delineamento
Alargamento
Delineamento
Rebaixamento
O rebaixamento é um processo mecânico de usinagem destinado à
obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. Neste
processo, geralmente, a ferramenta gira e desloca-se simultaneamente
segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo de rotação da
ferramenta.
Delineamento
Rebaixamento
Delineamento
Mandrilamento
O mandrilamento é um processo mecânico de usinagem destinado à
obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias
ferramentas de barra. Para tanto a ferramenta gira e se desloca segundo
uma trajetória determinada.
1. Mandrilamento cilíndrico
2. Mandrilamento cônico
3. Mandrilamento radial
4. Mandrilamento de superfícies especiais
Delineamento
Mandrilamento
Delineamento
Fresamento
O fresamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção
de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente
multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se
desloca segundo uma trajetória qualquer.
Delineamento
Fresamento
Delineamento
Fresamento
Delineamento
Serramento
O serramento é um processo mecânico de usinagem destinado ao
seccionamento ou recorte com auxílio de ferramentas multicortantes de
pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira, se desloca ou se
mantém parada.
Delineamento
Serramento
Delineamento
Brochamento
O brochamento é um processo mecânico de usinagem destinado à
obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas
multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma
trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta.
Delineamento
Limagem
A limagem é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de
superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas
por picagem) de movimento contínuo ou alternado
Delineamento
Rasqueteamento
Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com
auxílio de ferramenta multicortante.
Delineamento
Tamboramento
Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no
interior de um tambor rotativo, junto ou não de materiais especiais, para serem
rebarbados ou receberem um acabamento.
Delineamento
Retificação
A retificação é um processo de usinagem por abrasão destinado à
obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de revolução. Para
tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta desloca-se segundo uma
trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser
tangencial ou frontal.
a) Retificação cilíndrica externa com b) Retificação cilíndrica interna com
avanço radial
avanço circular
Delineamento
c) Retificação cônica externa com
avanço longitudinal
d) Retificação de perfil com avanço radial
Delineamento
Delineamento
Delineamento
Brunimento
Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no
acabamento de furos cilíndricos de revolução no qual os grãos ativos da
ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e
descrevem trajetórias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se
desloca axialmente com movimento alternativo.
Delineamento
Espelhamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o
acabamento final da peça por meio de abrasivos, associados a um portaferramenta específico para cada tipo de operação.
Polimento
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é
constituída por um disco ou conglomerado de discos revestidos de substâncias
abrasivas
Delineamento
Superacabamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no
acabamento de peças, no qual os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão
em constante contato com a superfície da peça. Nesse processo a peça gira
lentamente enquanto a ferramenta se desloca com movimento alternativo de
pequena amplitude e freqüência relativamente grande
Delineamento
Lapidação
Processo mecânico de usinagem por abrasão executado com um
abrasivo aplicado por portaferramenta adequado, com o objetivo de se obter
dimensões específicas das peça
Delineamento
Lixamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo
aderido a uma tela que se movimenta com uma pressão contra a peça
Delineamento
Jateamento
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são
submetidas a um jato abrasivo para serem rebarbadas, asperizadas ou
receberem um acabamento
Delineamento
Afiação
Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o
acabamento das superfícies da cunha cortante da ferramenta, com o fim de
habilitá-la à fazer sua função. Desta forma, são obtidos os ângulos finais da
ferramenta
Delineamento
2.2 – DIREÇÃO DOS MOVIMENTOS E VELOCIDADES:
• Direção de corte: direção instantânea do movimento de corte:
• Direção de avanço: direção instantânea do movimento de avanço;
• Direção efetiva do movimento de corte;
• Velocidade de corte (vc): velocidade instantânea do ponto de referência da
aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido de corte;
• Velocidade de avanço;
• Velocidade efetiva de corte.
Delineamento
Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo na furação.
Delineamento
Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no fresamento
discordante.
Delineamento
PARÂMETROS DE CORTE PARA TORNEAMENTO
Parâmetros de corte são grandezas numéricas que definem, numa
usinagem, os diferentes esforços, velocidades, etc., auxiliando-nos na
obtenção de uma perfeita usinabilidade dos materiais, com a utilização
racional dos recursos oferecidos por uma determinada máquina operatriz.
Para as operações de torneamento, utilizam-se os seguintes parâmetros de
corte:
PARÂMETRO
SÍMBOLO
Avanço
f
Profundidade de Corte
P
Área de Corte
S
Velocidade de Corte
VC
Tensão de Ruptura
TR
Pressão Especifica de Corte
KS
Força de Corte
FC
Potência de Corte
PC
Delineamento
Avanço ( f )
O avanço, por definição, é a velocidade de deslocamento da ferramenta em
cada volta da peça. Geralmente, nos tornos a CNC se utiliza o avanço
expresso em mm/rot. Quando temos a unidade de avanço em mm/rot e
queremos obtê-la em mm/min, utilizamos a seguinte relação:
Avanço(mm/min) = rpm X avanço(mm/rot)
A escolha do valor de avanço deve ser feita
levando-se
em
consideração
material,
a
ferramenta (classe de dureza das pastilhas
intercambiáveis) e a operação que será executada
na usinagem.
Delineamento
Profundidade de corte ( P)
É a grandeza numérica que define a penetração da ferramenta para a
realização de uma determinada operação, possibilitando remoção de certa
quantidade de cavaco.
A profundidade de corte deve ser compatível com o tipo de usinagem a ser
feita. Para uma operação de acabamento, ela não deve ser inferior ao raio da
pastilha para não prejudicar a rugosidade.
.
A profundidade de corte máxima
operação de desbaste, pode ser
função de outros parâmetros
abordados nesta seção, segundo
abaixo:
P=
4500  PC
f  KS  VC
para uma
obtida em
a serem
a fórmula
Delineamento
Onde:
PC = Potência de corte (CV)
KS = Força específica de corte (Kp/mm²)
 = Rendimento (%) - 50 A 60% (máq. usada); 70 A 80% (máq. nova)
f
= Avanço (mm/rot)
P = Profundidade de corte (mm)
4500
= Fator para transformação
Nota: Para transformar cv em kw dividir o valor por 1,36..
Delineamento
Área de Corte ( S )
É a área calculada da seção do cavaco que será retirado em uma
rotação da peça, definida como produto da profundidade de corte com um
avanço conforme a fórmula abaixo:
S=Pxf
Delineamento
Velocidade de Corte ( Vc )
A velocidade de corte (VC) é a velocidade circunferencial ou de rotação
da peça. Dizemos então que a cada rotação da peça por tornear, o seu
perímetro passa uma vez pela aresta cortante da ferramenta.
Podemos também dizer que a velocidade de corte é o comprimento do
cavaco que a ferramenta cortou em um minuto, como a velocidade do
automóvel é o comprimento de estrada que o carro percorreu em uma hora.
VC 
 .D.n
1000
 m / min
VC = velocidade de corte (metros/minuto)
π = constante – valor de 3,1416
D = Diâmetro de corte (mm)
n = rotação do eixo-árvore (rpm)
Delineamento
Tensão de Ruptura ( TR )
É a máxima tensão (força) aplicada em um determinado material antes
de seu completo rompimento, tensão esta que é medida em laboratório, com
aparelhagens especiais. A unidade da tensão de ruptura é o Kg/mm².
Apresentamos a seguir uma tabela com os principais materiais normalmente
utilizados em usinagem, com suas respectivas tensões de ruptura.
Delineamento
MATERIAL USINADO
Alumínio-Bronze (fundido)
Alumínio
Bronze-manganês
Bronze-fosforoso
Inconel
Monel (fundido)
Nicrome
Ferro fundido especial
Ferro maleável (fundido)
Aço sem liga
Aço liga (fundido)
AÇO CARBONO
SAE 1010 (laminado ou forjado)
SAE 1020 (laminado ou forjado)
SAE 1030 (laminado ou forjado)
SAE 1040 (laminado ou forjado)
SAE 1060 (laminado ou forjado)
SAE 1095 (laminado ou forjado)
AÇO CARBONO DE CORTE FÁCIL
SAE 1112 (laminado ou forjado)
SAE 1120 (laminado ou forjado)
TENSÃO DE RUPTURA (kg/mm mm²)
46 a 56
42
42 a 49
35
42
53
46
28 a 46
39
49
63-41
40
46
53
60
74
102
50
49
Delineamento
AÇO MANGANÊS
SAE 1315 (laminado ou forjado)
SAE 1340 (laminado ou forjado)
SAE 1350 (laminado ou forjado)
AÇO NÍQUEL
SAE 2315 (laminado ou forjado)
SAE 2330 (laminado ou forjado)
SAE 2340 (laminado ou forjado)
SAE 2350 (laminado ou forjado)
AÇO CROMO-NÍQUEL
SAE 3115 (laminado ou forjado)
SAE 3135 (laminado ou forjado)
SAE 3145 (laminado ou forjado)
SAE 3240 (laminado ou forjado)
AÇO MOLIBDÊNIO
SAE 4140 (laminado ou forjado)
SAE 4340 (laminado ou forjado)
SAE 4615 (laminado ou forjado)
SAE 4640 (laminado ou forjado)
AÇO CROMO
SAE 5120 (laminado ou forjado)
SAE 5140 (laminado ou forjado)
51
77
84
60
67
77
92
53
74
81
102
92
194
58
84
70
81
Delineamento
Pressão Específica de Corte ( KS )
É por definição, a força de corte para a unidade de área de seção de
corte (S). Também é uma variável medida em laboratório obtida mediante
várias experiências, onde se verificou que a pressão específica de corte
depende dos seguintes fatores: material empregado (resistência), seção de
corte, geometria da ferramenta, afiação da ferramenta, velocidade de corte,
fluído de corte e rigidez da ferramenta.
Na prática utilizam-se tabelas que simplificam o cálculo desse
parâmetro de corte.
Delineamento
FORÇA ESPECÍFICA DE CORTE PARA DIVERSOS
MATERIAIS
Delineamento
Força de Corte ( FC )
A força de corte FC (também conhecida por força principal de corte) é,
por definição, a projeção da força de usinagem sobre a direção de corte.
Esse parâmetro de corte resulta do produto da pressão específica de
corte (KS) pela área de corte (S). A unidade é dada em kgf. Então :
FC = Ks x S
FC = Ks x P x A
visto que S = P x A
Delineamento
Potência de Corte ( PC )
Potência de corte é a grandeza despendida no eixo-árvore para a
realização de uma determinada usinagem. É um parâmetro de corte que nos
auxilia a estabelecer o quanto podemos exigir de uma máquina-ferramenta
para um máximo rendimento, sem prejuízo dos componentes dessa máquina,
obtendo assim uma perfeita usinabilidade.
KS  P  A  VC
PC =
  4500
Delineamento
A seguir será mostrado um método simples e muito rápido para cálculo
do tempo, com ele você terá a possibilidade de fazer um orçamento 5minutos
após uma conversa telefônica com o cliente. O método proposto se baseia na
área de cavaco a ser removida.
O método tradicional de se calcular o tempo de corte “ Tc ” em
qualquer tipo de máquina operatriz, consiste em dividir o comprimento “ Lt ”
percorrido pela ferramenta pelo avanço de trabalho “ at ” usado.
Tc = Lt / at
Tc = tempo de corte em minutos
Lt = comp. percorrido em mm
at = avanço em mm/min
Quando calculamos o tempo para executar uma única passada, isto não gera grandes
dificuldades, porém, no desbaste, temos sempre que executar várias passadas. Logo temos que
calcular vários comprimentos de “ L” ( para cada passada ) para que tenhamos ao final o
comprimento total a ser percorrido pela ferramenta, que é a soma de todos os comprimentos
gerados em cada passada.
Delineamento
Para processos com movimento retilíneo (aplainamento), a velocidade de
corte é calculada pela equação:
Tem-se que:
gpm: número de golpes por minuto;
c: percurso da ferramenta.
Delineamento
Obs:
• Os valores da velocidade de corte são encontradas em tabelas fornecidas pelos
fabricantes de ferramentas de corte. A Tabela 2.1 mostra os valores de velocidade
de corte na faixa recomendada para ferramentas de aço-rápido;
• Os valores de rpm e gpm são ajustados nas máquinas-ferramentas antes do início da
usinagem.
Em máquinas de usinagem CNC os valores da velocidade de corte são
inseridos nos programas e são convertidos em rpm automaticamente pelo comando
da máquina.
• A velocidade de corte é o parâmetro de corte mais influente na vida da ferramenta.
Fatores que influenciam na velocidade de corte:
*Tipo de material da ferramenta. Como o carbono, o metal duro, ferramentas
cerâmicas, ferramentas diamantadas (PCD e PCB);
*Condições da máquina.
Maior velocidade de corte= maior temperatura = menor vida útil
Menor velocidade de corte= problemas de acabamento e de produtividade.
Delineamento
Velocidade de corte (vc):
Delineamento
VELOCIDADE DE AVANÇO(Vf)
A velocidade de avanço pode ser obtida pela fórmula:
f (avanço) é o percurso de avanço em cada volta (mm/volta) ou em cada curso
da ferramenta (mm/golpe).
Obs:
• É o parâmetro mais influente na qualidade do acabamento superficial da
peça;
• Para ferramentas multicortantes (fresas), distingui-se o avanço por dente fz e
o valor de
f = fz .z
( z: número de dentes);
• Os valores de “f” ou “fz” são fornecidos pelos catálogos de fabricantes de
ferramenta de corte. A Tabela 2.2 mostra o avanço por dente para fresas de
aço-rápido;
• Geralmente: Vf < Velocidade de corte, somente nos processos de roscamento
Vf assume valores razoáveis.
Delineamento
Tabela 2.2 – Escolha do avanço por dente para fresas de aço-rápido
Delineamento
Tabela 2.2 – Escolha do avanço por dente para fresas de aço-rápido
continuação
Delineamento
Rxr
A
50
Onde: R é rugosidade e r raio da pastilha
Delineamento
Usinar uma peça em um torno a comando numérico, conforme o esquema
abaixo:
Estabeleceu-se o ferramental e definiu-se que a velocidade de corte para a
usinagem é de 170m/min e o raio da ferramenta é de 0.8mm. Sabendo-se que a
potência do motor principal é de 20Kw e que o torno utilizado é novo.
Calcular a máxima profundidade de corte permitida para o torneamento e a
máxima rotação do eixo-árvore na usinagem.