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333 Introdução aos Processos de Usinagem. Furadeira a arco egípcia – 1500 A. C. ➔ 1.000 A.C. - Surgem os primeiros tornos - Idade do Bronze – metais predominantes Cu, Zn, Sn; ➔ 700 A.C. - processamento do ferro; ➔ SÉC. XIV - Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa; ➔ SÉC. XVI - Torneamento ornamental - Jaccques Benson. Torno a arco – 1565 ➔ SÉC. XVII – Melhoria nos processos de fabricação de ferro e aço; ➔ SÉC. XVIII - Primeiras obras conhecidas sobre torneamento – Jacques Plumier - L’ART DE TORNEURS. Até a revolução industrial em meados do século XVIII o principal material utilizado na construção mecânica era a madeira, sendo facilmente trabalhada com ferramentas de aço carbono. Porém durante a revolução industrial, com a criação das máquinas a vapor, surgiu a necessidade de trabalhar materiais mais resistentes como o latão, bronze e os ferros fundidos, desse modo, impulsionado o desenvolvimento de materiais para ferramentas e de máquinas operatrizes. A primeira máquina significativa foi construída em 1774 e tratava de uma mandriladora para mandrilar cilindros de máquinas a vapor. Em 1797 foi desenvolvido o primeiro torno com avanço automático e logo em seguida surgiu a plaina limadora. Em 1860 foi criada a retificadora. Em 1862 foi criada a primeira fresadora universal. Já no século XX surtiram produtos feitos de materiais mais duráveis e, consequentemente, mais difíceis de serem usinados. O advento das ferramentas de aço rápido, e mais tarde de carboneto de tungstênio, assim como do aperfeiçoamento das máquinas ferramentas, permitiram a usinagem de aços mais duros e outros materiais metálicos com alta produtividade. O desenvolvimento das máquinas automáticas e de máquinas com comando numérico tiveram papel fundamental no avanço da produtividade. A partir da década de 1940 os processos não convencionais de usinagem passaram a ganhar importância pela capacidade deproduzir peças de geometria complexa em materiais de difícil usinabilidade, garantindo elevada qualidade. Portanto, a fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de material adequado e de um método de fabricação para atenderaos requisitos de funcionalidade do produto. Conceitos Gerais Seleção dos Processos: Na seleção dos processos os seguintes itens devem ser considerados: • Tipo de material e suas propriedades; • Propriedades finais desejadas; • Tamanho, forma e complexidade do componente; • Tolerância e acabamento superficial exigidos; • Processo subseqüente envolvido; • Projeto e custos de ferramental; efeito do material na vida da ferramenta ou matriz; • Disponibilidade do equipamento e experiência operacionais; • Lead time necessário para iniciar a produção; • Número de partes requeridas e taxa de produção desejada; • Custo total do processamento. E ainda, a quantidade de peças que devem ser produzidas. O engenheiro responsável deve ter, portanto, amplos conhecimentos dos processos e dos materiais envolvidos. É evidente que a fabricação de um produto, seja ele um clipe, uma lâmpada, uma calculadora ou um automóvel, além de conhecimento de projeto, materiais e processos, requer também grande interação entre os diversos departamentos da empresa. Quanto mais complexo o produto, maior a necessidade de comunicação entre eles. 333 DEFINIÇÃO DOS PROCESSOS DE USINAGEM Uma definição clássica dos processos de usinagem é: Processo de fabricação com remoção de cavaco. De forma mais abrangente podemos dizer que usinagem é uma operação que ao conferir à peça forma, dimensões e acabamento, produz cavaco. Por cavaco entende-se: porção de material da peça retirada pela ferramenta e caracterizada por apresentar forma geométrica irregular. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Processos de usinagem. Visa a obtenção de peças com a remoção de material da peça (remoção de cavaco) Processos de conformação: Visa a obtenção de peças através da deformação plástica do material. 1 - TORNEAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em torno do eixo principalde rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente seguindo uma trajetória coplanar com o referido eixo. TORNEAMENTO CILÍNDRICO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser interno ou externo. Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um detalhe circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial e quando visa obter um canal ou secionar a peça radialmente, o torneamento é denominado sangramento radial. 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 ou interno. TORNEAMENTO RADIAL Processo de torneamento no qual a ferramenta sedesloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo de rotação da maquina. Quando o torneamento radial visa a obtenção de uma superfície plana, o torneamento é denominado torneamento de faceamento. PERFILAMENTO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial ou axial, visa a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta. 2 - Aplainamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical. Quanto a finalidade, as operações de aplainamento podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento. 3 - Furação Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxilio de uma ferramenta geralmente multicortante. 333 Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e simultaneamente a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. FURAÇÃO EM CHEIO Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça, removendo todo o material compreendido no volume do furo final, naforma de cavaco. No caso de furos de grande profundidade há necessidade de ferramenta especial. FURAÇÃO ESCALONADA Processo de furação destinado á obtenção de um furo com dois ou mais diâmetros, simultaneamente. FURAÇÃO DE CENTROS Processo de furação destinado à obtenção de furos de centro, visando uma operação posterior na peça. TREPANAÇÃO Processo de furação em que apenas uma parte do material compreendido no volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço. ESCAREAMENTO Processo de furação destinado á abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-furada. 4 - ALARGAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com auxílio de ferramenta geralmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. 5 - REBAIXAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. Para tanto, a ferramenta ou a peça giram e a ferramenta ou a peça se deslocam segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. 6 - Mandrilamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se deslocam simultaneamente segundo uma trajetória determinada. MANDRILAMENTO CILÍNDRICO Processo de mandrilamentono qual a superfície usinada é cilíndrica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. MANDRILAMENTO RADIAL Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é plana e perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta. MANDRILAMENTO CÔNICO Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. MANDRILAMENTO DE SUPERFÍCIES ESPECIAIS Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é uma superfície de revolução, diferente das anteriores, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual gira a ferramenta. Exemplos: mandrilamento esférico, mandrilamento de sangramento, etc. 7 - Fresamento Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou ferramenta se desloca segundo uma trajetória qualquer. FRESAMENTO CILÍNDRICO TANGENCIAL Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana paralela ao eixo de rotação da ferramenta. Quando a superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à superfície originada na peça, será considerado um processo especial de fresamento tangencial. FRESAMENTO FRONTAL Processo de fresamento destinado à obtenção de superfície plana perpendicular ao eixo de rotação da ferramenta. Há casos em que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente, podendo haver ou não predominância de um sobre o outro. 333 8 - Serramento Processo mecânico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte com auxílio de ferramentas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira ou se desloca, ou executa ambos os movimentos e a peça se desloca ou se mantém parada. SERRAMENTO RETILÍNEO Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, com movimento alternativo ou não. SERRAMENTO CIRCULAR Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor de seu eixo e a peça ou ferramenta se desloca figura. 9 - Brochamento Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou peça sedesloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta. BROCHAMENTO INTERNO Processo de brochamento executado num furo passante da peça BROCHAMENTO EXTERNO Processo de brochamento executado numa superfície externa da peça. 10 - ROSCAMENTO Processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de filetes, por meio da abertura de umou 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 simultaneamentesegundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. 11 - LIMAGEM Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternativo. 12 - RASQUETEAMENTO Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com auxílio de uma ferramenta monocortante MOVIMENTOS NA USINAGEM norma DIN 6580 ou a NBR 6162. 1 - MOVIMENTOS ATIVOS - Movimentos ativos promovem remoção de material ao ocorrer.. Movimento de corte: movimento relativo entre a ferramenta a peça que promove a remoção de material em uma única volta ou curso. Movimento de Avanço: é o movimento entre a peça e a ferramenta, que, juntamente com o movimento de corte, origina remoção contínua de cavaco, durante várias revoluções ou cursos. Movimento Efetivo de Corte: é o resultante dos movimentos de corte e de avanço, realizados ao mesmo tempo. 2 - MOVIMENTOS PASSIVOS São movimentos que não promovem a retirada de cavaco. Movimento de Posicionamento: ocorre quando a peça é aproximada e posicionada antes da usinagem. Movimento de Profundidade: é o movimento no qual a espessura da camada de material a ser retirada é determinada. Movimento de Ajuste: é o movimento de correção entre a peça ea ferramenta, no qual o desgaste da ferramenta deve sercompensado. Todos os movimentos possuem direção, sentido, velocidade e percurso associados. VELOCIDADE DE CORTE A velocidade de corte é a velocidade instantânea resultante da rotação da ferramenta em torno da peça, ou seja, é a taxa na qual a superfície não cortada da peça passa pela aresta de corte da ferramenta. Para as operações do tipo torneamento, fresamento ou furação, onde os movimentos de corte e de avanço ocorrem simultaneamente a velocidade de corte é calculada por: Vc = π . d . n = [m / min] 1000 Onde: d = diâmetro da peça [mm]; n = rotações por minuto da ferramenta [rpm]. Obs.: a constante 1000 converter a unidade milímetros em metros. 333 VELOCIDADE DE AVANÇO A velocidade de avanço Vf, para operações do tipo aplainamento, é dada diretamente em quantidade de deslocamento por curso. Em operações do tipo torneamento, é o produto do avanço pela rotaçãoda ferramenta. Onde: Va = f . n = f . 1000 . Vc = [mm/min] π . d f = avanço [mm/volta]. Obs.: a constante 1000 converter a unidade metros em milímetros. TEMPO DE CORTE (usinagem) O tempo de corte (tc) resume a totalidade dos tempos ativos, pois elerepresenta o tempo em que os movimentos de corte e ou de avançoestão efetivamente ocorrendo. Em uma operação de torneamentocilíndrico, pode ser calculado por: Onde: tc = la = la. = la . π . d =. [min] Va. f . n f . 1000 . n la = percurso do avanço [mm]. Obs.: a constante 1000 converter a unidade milímetros em metros. TAXA DE REMOÇÃO DE MATERIAL O avanço (f) é a distância percorrida pela ferramenta por revoluçãoda peça, a profundidade (p) é a espessura ou profundidade depenetração da ferramenta medida perpendicularmente ao plano de trabalho, que é definido pelas direções de avanço e a velocidadede corte da ferramenta. A taxa de remoção de materiais Q édefinida a partir desses 3 parâmetros. Q = Vc . f . p = [m³/min] Conceitos Auxiliares Plano de Trabalho: é o plano que contém as direções de corte e de avanço. Nesse plano se realizam todos os movimentos que tornam parte na formação do cavaco. Ângulo da Direção de Avanço (φ) : é o ângulo entre a direção de avanço e a direção de corte. Ângulo da Direção Efetiva de Corte(η): é o ângulo entre a direçãoefetiva de corte e a direção de corte. GRANDEZAS DE CORTE São as grandezas que devem ser ajustadas na máquina direta ou indiretamente para a retirada do cavaco. - Avanço (f): é o percurso de avanço em cada volta ou em cada curso. - Avanço por dente (fz): é o percurso de avanço de cada dente, medido na direção do avanço da ferramenta. f = fz . z [mm / rev] z = número de dentes. Largura de usinagem (ap): é a profundidade ou largura de penetração da ferramenta na peça, medida em uma direção perpendicular ao plano de trabalho. CONCEITOS AUXILIARESREFERENTES A PEÇA Superfície de Corte: são assuperfícies geradas na peça pela ferramenta. As superfícies de corte que permanecem na peça constituirão as superfícies trabalhadas. - Superfície principal de corte: é a superfície gerada pela aresta principal de corte da ferramenta. - Superfície lateral de corte: é a superfície gerada pela aresta lateral de corte da ferramenta GRANDEZAS RELATIVAS AO CAVACO Largura de corte (b): é a largura da seção transversal de corte a ser retirada, medida na superfície de usinagem. Espessura de Corte (h): é a espessura calculada na seção transversal de corte a ser retirada. Seção transversal de corte (A): é a área calculada naseção transversal de um cavaco a ser retirado. GEOMETRIA DA FERRAMENTA NBR 6163 e a DIN 768. PARTES CONSTRUTIVAS DE UMA FERRAMENTA Cunha Cortante ou Gume Cortante:é a parte da ferramenta na qual o cavaco se origina através do movimento relativo entre a ferramenta e peça. As arestas que limitam as superfícies da cunha são arestas de corte. Estas podem ser retilíneas, angulares ou curvilíneas. 333 SUPERFÍCIES: Superfícies de folga: são as superfícies da cunha cortante que defrontam com as superfícies de corte. São também chamadas superfícies de incidência. Estas superfícies podem ter um chanfro (ou bisel) junto à aresta de corte. Superfície de saída: é a superfície da cunha cortante, sobre a qual o cavaco se forma. PONTAS Ponta de corte: é a ponta na qual se encontram a aresta principal e a lateral de corte de uma mesma superfície de saída. Arredondamento da ponta: é feito com um raio r, medido no plano de referência da ferramenta. Chanframento da ponta: No lugar do arredondamento da ponta de corte é executado um chanframento. 333 TORNO MECÂNICO HORIZONTAL São os mais comuns e mais usados freqüentemente. Em função da dificuldade que apresenta na mudança de ferramentas não oferecem grandes possibilidades de fabricação em série. . Componentes Principais do Torno. 1 - Cabeçote Fixo É o "cérebro" e o motor da máquina. Contém o eixo-árvore, as engrenagens de transmissão e os seletores de velocidade. Sua função é transmitir o movimento de rotação para a peça. 2 - Cabeçote Móvel Serve como suporte para peças longas (contraponta) ou para fixar ferramentas de furação (mandril com brocas). Ele desliza sobre o barramento e pode ser travado em qualquer posição. 3 - Carro porta ferramenta - É composto por: - Carro longitudinal: o carro possui uma sela que se movimenta ao longo do barramento. Na frente da sela esta localizado o avental que é atravessado pelo fuso. - Carro transversal: pode ser movimentado transversalmente ao barramento. Sobre a sela do carro longitudinal está montada a guia do carro transversal com o mecanismo de avanço do mesmo. - Carro superior ou de espera: está montado sobre o carro transversal e possui um limbo graduado e uma guia de espera que pode movimentar o porta ferramenta. - Porta ferramenta: é o local para fixar a ferramenta, através de um parafuso que também fixa o porta ferramenta na espera. 4 - Barramento A "coluna vertebral" do torno. São os trilhos de precisão (guias em V e planas) que garantem que o cabeçote móvel e o carro porta-ferramentas se desloquem em um alinhamento perfeito. 5 - Base (ou Pés) Estrutura de fundição pesada que suporta todo o peso da máquina e absorve as vibrações geradas durante o corte, garantindo estabilidade. | 6 - Caixa de Velocidades / Avanços Permite ao operador selecionar a rotação (RPM) e a velocidade de avanço automático Outros Itens Cruciais Identificados * Placa (ou Mandril): Acoplada ao cabeçote fixo, é o dispositivo que segura e rotaciona a peça. * Avental: A parte frontal do carro porta-ferramentas onde ficam os manípulos e alavancas que o operador usa para controlar os movimentos manuais ou automáticos. * Fuso e Vara: Eixos roscados que transmitem o movimento da caixa de avanços para o carro, permitindo, por exemplo, a abertura de roscas. * Ferramenta Monocortante: Como mostra o slide de "Torneamento", o torno utiliza uma ferramenta com apenas um gume de corte que "avança" enquanto a "peça gira". 333 Exigências Básicas Para um Material de Corte. Elevada dureza a frio e a quente. ◾ É a resistência oferecida pelo material à penetração, ao desgaste, e ao atrito. ◾ A dureza da ferramenta deve ser adequada a sua finalidade, sem ser frágil. Tenacidade É a capacidade que o material tem de absorver energia, deformar-se, até fraturar, incluindo a deformação plástica. ◾ O material deve ter uma boa tenacidade para resistir aos choques/impactos que ocorrem durante a usinagem, evitando com isso o surgimento de trincas e lascamentos na ferramenta. Resistência ao desgaste por abrasão Na região de contato peça-ferramenta-cavaco ocorrem elevadas pressões e presença de partículas muito duras. Essas partículas, devido ao movimento relativo entre os componentes causa o rápido desgaste por abrasão da ferramenta, caso ela não possua elevada resistência. Estabilidade química Na usinagem a ferramenta e a peça apresentam diferentes composições químicas e estão submetidas a elevadas temperaturas, formando assim uma condição favorável para o surgimento de reações. Estas reações podem resultar em desgaste e perdas de propriedades da ferramenta. Custo e facilidade de obtenção. Existem materiais para ferramenta que são fáceis de fabricar e apresentam baixo custo de produção. No entanto, não apresentam todas as propriedades desejadas e por isto tem seu uso limitado, exemplo: aço ferramenta. Por outro lado, tem-se a disposição materiais com excelentes propriedades dentre as quais dureza e resistência ao desgaste, porém com elevado custo. Portanto o balanço qualidade-custo deverá ser adequado às necessidades específicas. Os acidentes podem ser evitados e um profissional sendo treinado para operar máquinas operatrizes deve antes, desenvolver hábitos seguros de trabalho. Cuidados Pessoais • Nunca use roupas largas perto de uma máquina. Previna-se para que partes de sua roupa não fiquem presas na máquina; • Não use relógio, anéis, pulseiras etc. Eles podem ficar presos na máquina; • Cabelos longos devem ser protegidos por uma touca ou rede. Lembre-se que um dos mais comuns acidentes com máquinas operatrizes é o cabelo preso em partes móveis das máquinas operatrizes; • Use óculos protetores quando estiver operando a máquina; • Use tênis ou sapato fechado; • Use roupas que protejam todo o corpo. 333 .Cuidados com o Ambiente de Trabalho • Sempre pare a máquina antes de limpá-la; • Mantenha a máquina operatriz sempre limpa; • Superfícies com óleo podem ser perigosas; • Cavacos na superfície da mesa podem afetar a peçaem execução; • Não deixe ferramentas na mesa da máquina; • Mantenha o piso livre de óleo; • Remova os cavacos do piso com freqüência. Eles podem prenderem-se na sola do calçado e provocar escorregões, principalmente em pisos cerâmicos lisos. • Nunca coloque ferramentas ou materiais próximos à máquina que possam interferir com o deslocamento do operador. Cuidados com a Peça • Antes de manusear uma peça remova as rebarbas e cantos vivos com uma lima; • Não tente mover objetos pesados que estejam acima de sua capacidade; • Para objetos pesados siga práticas seguras. Use os músculos das pernas para levantá-los e não os das costas; • Assegure-se que a peça está presa com segurança na placa ou mesa da máquina; • Sempre que a peça estiver presa assegure-se que os parafusos estão apertados e os dispositivos de fixação devidamente aplicados; • Nunca dê partida na máquina sem estar seguro que a ferramenta de corte e/ou as partes da máquina não estão interferindo no movimento da peça; . Use chaves de boca apropriadas para o trabalho e substitua as porcas. Cuidados Durante a Operação da Máquina • Nunca opere uma máquina sem antes conhecer seu funcionamento e como pará-la rapidamente; • Mantenha suas mãos distantes das partes móveis. Nunca use as mãos para parar a máquina; • Sempre pare a máquina para efetuar as medidas, verificações, limpeza ou fazer ajustes; .Nunca opere a máquina sem que os dispositivos de segurança estejam devidamente montados; • Nunca use ganchos perto de partes móveis da máquina; • Nunca tenha mais de uma pessoa operando a máquina ao mesmo tempo. • Cuide rapidamente de qualquer ferimento, mesmo que o considere insignificante.