Apostila de Usinagem, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

UNIDADE DE ENSINO DESCENTRALIZADA DE DIVINÓPOLIS CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA

DISCIPLINA: PROCESSOS DE USINAGEM

Prof. Éder Silva Costa

Denis Júnio Santos (Aluno BIC-Júnior)

Divinópolis, março de 2006.

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SUMÁRIO

1 - INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO............................................03

1.1 – CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DE PROCESSOS

CONVENCIONAIS DE USINAGEM.................................................................

06

2 - GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO DE CORTE...............................................29

2.1 - MOVIMENTOS NO PROCESSO DE USINAGEM............................................ 29

2.2 - DIREÇÃO DOS MOVIMENTOS E VELOCIDADES......................................... 29

3 - GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE....................................................34

3.1 – INTRODUÇÃO..................................................................................................... 34

3.2 - DEFINIÇÕES ........................................................................................................ 35

3.3 - FUNÇÕES E INFLUÊNCIAS DOS ÂNGULOS DA CUNHA DE CORTE........ 37

4 - MATERIAIS PARA FERRAMENTA DE CORTE.....................................................44

4.1 - CONSIDERAÇÕES SOBRE AS FERRAMENTAS DE CORTE........................ 44

4.2 - REVESTIMENTO PARA FERRAMENTAS DE CORTE...................................49

4.2 - ESTUDO DOS CAVACOS.................................................................................. 50

5 - FLUIDOS DE CORTE....................................................................................................55

5.1 - INTRODUÇÃO:.................................................................................................... 55

5.2 - FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE:............................................................. 55

5.3 - RAZÕES PARA SE USAR FLUIDOS DE CORTE ............................................ 56

5.4 – ADITIVOS............................................................................................................ 57

5.5 - GRUPO DOS FLUIDOS DE CORTE................................................................... 57

5.6 - SELEÇÃO DO FLUIDO DE CORTE................................................................... 58

5.7 - DICAS TECNOLÓGICAS.................................................................................... 58

5.8 - DIREÇÕES DE APLICAÇÃO DO FLUIDO....................................................... 59

5.9 - MÉTODOS DE APLICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE................................ 59

5.10 -MANUSEIO DOS FLUIDOS E DICAS DE HIGIENE...................................... 61

6 - COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO...................................................62

6.1 -SISTEMAS DE COORDENADAS....................................................................... 63

6.2 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS................................................................................ 68

6.3 - PROGRAMAÇÃO................................................................................................... 71

6.4 - EXEMPLOS DE PROGRAMAS CNC................................................................. 78

6.5 -EXERCÍCIOS PROPOSTOS................................................................................. 83

3

1 – INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de

processos. A idéia de fabricar teve início a milhares de anos, quando o homem pré-histórico

percebeu que, para sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para se defender e caçar.

Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte, e

se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia

cortar a caça e ajudar a raspar a peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um

machado que o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Durante centenas de

anos a pedra foi a matéria-prima, mas por volta de 4000 A.C. ele começou a trabalhar com metais,

começando com o cobre, depois com o bronze e finalmente com o ferro para a fabricação de armas e

ferramentas.

Para se ter uma idéia do número de fatores que devem ser considerados num processo de

fabricação vejamos, por exemplo, a produção de um simples artigo: o clipe. Primeiro ele deve ser

projetado para atender o requisito funcional que é segurar folhas de papéis juntas. Para tanto, ele

deve exercer uma força suficiente para evitar o deslizamento de uma folha sobre a outra. Eles são,

geralmente, feitos de arame de aço, embora hoje se encontre no mercado clipe de plástico. O

comprimento do arame requerido para sua fabricação é cortado e então dobrado várias vezes, para

dar a forma final própria. Por sua vez, o arame é feito por um processo de trefilação a frio. Neste

processo a seção transversal de uma haste longa é reduzida, ao passar por uma matriz de fieira, que

também confere algumas propriedades mecânicas ao material, como resistência e dureza. A haste

por sua vez, é obtida por processos como a trefilação e a extrusão de um lingote. Para evitar

delongas, nenhuma informação quanto ao processo de obtenção deste lingote será abordada. A

fabricação de um simples clipe envolve projeto, seleção de um material adequado e de um método

de fabricação para atender os requisitos de serviço do artigo. As seleções são feitas não somente

com base em requisitos técnicos, mas também com base nas considerações econômicas,

minimizando os custos para que o produto possa ser competitivo no mercado.

O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência,

e o material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é

possível fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises

técnicas e/ou econômicas assim indicarem. Um método de fabricação apropriado é então escolhido

4

pelo engenheiro de fabricação. A Figura 1.1 mostra um diagrama do procedimento correto para se

chegar à etapa de fabricação.

Fabricação

Desenho

Avaliação Final

Revisão do Projeto

Avaliação

Teste do Protótipo

Modelos Físicos e Analíticos

Análise do Projeto

Projeto do conceito

Conceito Original

Necessidade do Produto

Especificação do Material; Seleção do Processo e de Equipamentos; Projeto e Construção de Ferramentas e Matrizes

Figura 1.1 - Diagrama mostrando o procedimento requerido para o projeto de um produto, que são etapas que antecedem a fabricação.

Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para a utilização em

conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: você pode fundir, soldar, utilizar a metalurgia em pó

ou usinar o metal afim de obter a peça desejada. 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.

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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 1.2 mostra a classificação dos processos de

fabricação, destacando as principais operações de usinagem.

Figura 1.2 – Classificação dos processos de fabricação

Retificação

Brunimento

Serramento

Roscamento

Aplainamento

Alargamento

Ultrasom

Torneamento

Fresamento

Furação

FUNDIÇÃO

SOLDAGEM

METALURGIA DO PÓ

CONFORMAÇÃO

Laminação Extrusão Trefilamento Forjamento Estampagem

SEM REMOÇÃO DE CAVACO

USINAGEM

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

COM REMOÇÃO DE CAVACO

CONVENCIONAL NÃO CONVENCIONAL

Mandrilamento

Jato D’água

Jato Abrasivo

Fluxo Abrasivo

Eletroquímica

Eletroerosão

Laser

Plasma

Feixe de elétrons

Química

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Uma simples definição de usinagem pode ser tirada da Figura 1.2 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.

1.1 – CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DE PROCESSOS

CONVENCIONAIS DE USINAGEM

TORNEAMENTO

O torneamento é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de superfícies de

revolução com o auxílio de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para tanto, a peça gira em

torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo

uma trajetória coplanar com o eixo referido. Quanto à forma da trajetória, o torneamento pode ser

retilíneo ou curvilíneo.

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).

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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);

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).

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.

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. Entende-se por acabamento, a operação de

usinagem destinada a obter na peça as dimensões finais, o acabamento superficial especificado, ou

ambos. O desbaste é a operação de usinagem, que precede o acabamento, visando obter na peça a

forma e dimensões próximas das finais

a) Perfilamento axial

b) Torneamento curvilíneo

Figura 1.3 – Tipos de torneamento

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a) Torneamento cilíndrico externo

b) Torneamento cilíndrico interno

c) Sangramento axial

d) Torneamento cônico externo

e) Torneamento cônico interno

f) Torneamento de faceamento

g) Sangramento radial

h) Perfilamento radial

Figura 1.4 – Tipos de torneamento

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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 (Figuras 1.5 e 1.6). Quanto à finalidade, as operações de aplainamento podem

ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de acabamento.

a) Aplainamento de superfícies cilíndricas de revolução

b) Aplainamento de superfícies cilíndricas

c) Aplainamento de guias

d) Aplainamento de superfícies

e) Aplainamento de perfis

f) Aplainamento de rasgo de chaveta

Figura 1.5 – Tipos de aplainamento

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a) Aplainamento de rasgos

b) Aplainamento de ranhuras em T

Figura 1.6 – Tipos de aplainamento

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 a

peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da

máquina. A furação subdivide-se nas operações:

Furação em cheio – Processo de furação destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça,

removendo todo o material compreendido no volume do furo final, na forma de cavaco (Figura

1.7 -a). Caso seja necessário fazer furos de grandes profundidades, há a necessidade de

ferramenta especial (Figura 1.7 -e);

Furação escalonada – Processo de furação destinado à obtenção de um furo com dois ou mais

diâmetros, simultaneamente (Figura 1.7 -c);

Escareamento – Processo de furação destinado à abertura de um furo cilíndrico numa peça pré-

furada (Figura 1.7 -b);

Furação de centros – Processo de furação destinado à obtenção de furos de centro, visando

uma operação posterior na peça (Figura 1.7 -d);

Trepanação – Processo de furação em que apenas uma parte de material compreendido no

volume do furo final é reduzida a cavaco, permanecendo um núcleo maciço (Figura 1.7 -f).

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a) Furação em cheio

b) Furação com pré-furação

c) Furação escalonada

d) Furação de centros

e) Furação profunda em cheio

f) Trepanação

Figura 1.7 – Tipos de furação

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

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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:

Alargamento de desbaste – Processo de alargamento destinado ao desbaste da parede de um

furo cilíndrico (Figura 1.8 -a) ou cônico (Figura 1.8 -c);

Alargamento de acabamento – Processo de alargamento destinado ao acabamento da parede de

um furo cilíndrico (Figura 1.8 -b) ou cônico (Figura 1.8 -d);

a) Alargamento cilíndrico de desbaste

b) Alargamento cilíndrico de acabamento

c) Alargamento cônico de desbaste

d) Alargamento cônico de acabamento

Figura 1.8 – Tipos de alargamento

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

(Figura 1.9).

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a) Rebaixamento guiado

b) Rebaixamento

c) Rebaixamento guiado

d) Rebaixamento guiado

e) Rebaixamento guiado

f) Rebaixamento

Figura 1.9 – Tipos de rebaixamentos.

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.

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Mandrilamento cilíndrico – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica

de revolução, cujo eixo coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta gira (Figura 1.10 -

a);

Mandrilamento cônico – Processo de mandrilamento no qual a superfície usinada é cônica de

revolução, cujo eixo coincide com o eixo no qual gira a ferramenta (Figura 1.10 - c);

Mandrilamento radial – Processo de mandrilamento no qual a ferramenta é plana e

perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta (Figura 1.10 - b)

Mandrilamento de superfícies especiais – Processo de mandrilamento no qual a superfície

usinada é uma superfície de revolução, diferente das anteriores, cujo eixo coincide com eixo

em torno do qual gira a ferramenta. Exemplos: mandrilamento esférico (Figura 1.10 -d),

mandrilamento de sangramento, etc.

Quanto à finalidade, as operações de mandrilamento podem ser classificadas ainda em

mandrilamento de desbaste e mandrilamento de acabamento.

a) Mandrilamento cilíndrico

b) Mandrilamento radial

c) Mandrilamento cônico

d) Mandrilamento esférico

Figura 1.10 – Tipos de mandrilamento.

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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. As Figuras 1.11 e 1.12 mostram

operações de fresamentos.

a) Fresamento frontal

b) Fresamento cilíndrico tangencial

c) Fresamento de duas superfícies ortogonais

Predominantemente Predominantemente tangencial frontal

d) Fresamento tangencial de encaixes “rabo de andorinha”

e) Fresamento frontal de canaletas com fresas de topo

f) Fresamento frontal (caso especial)

g) Fresamento tangencial de perfil

h) Fresamento composto

Figura 1.11 – Tipos de fresamentos.

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a) Fresamento cilíndrico tangencial

Concordante

b) Fresamento cilíndrico tangencial

Discordante

Figura 1.12 – Tipos de fresamentos.

Distinguem-se dois tipos básicos de fresamento:

Fresamento cilíndrico tangencial – Processo de fresamento destinado à obtenção de superfícies

planas paralelas ao eixo de rotação da ferramenta (Figuras 1.12 -a, 1.12 -b e 1.11 -b). Quando a

superfície obtida não for plana ou o eixo de rotação da ferramenta for inclinado em relação à

superfície originada na peça, será considerada um processo especial de fresamento tangencial

(Figura 1.11 –g e Figura 1.12 -a).

Fresamento frontal – Processo de fresamento no qual destinado à obtenção de superfícies

planas perpendiculares ao eixo de rotação da ferramenta (Figura 1.11 -e). O caso de

fresamento indicado na Figura 1.11 -f é considerado como um caso especial de fresamento

frontal.

Há casos em que os dois tipos básicos de fresamento comparecem simultaneamente,

podendo haver ou não predominância de um sobre outro (Figura 1.11 -c). A operação indicada na

Figura 1.11 -h pode ser considerada como um fresamento composto.

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. O serramento pode ser:

Serramento retilíneo – Processo de serramento no qual a ferramenta se desloca segundo uma

trajetória retilínea, com movimento alternativo ou não. Quando altenartivo, classifica-se o

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serramento como retilíneo alternativo (Figura 1.13 -a). Caso a contrário o serramento é

retilíneo contínuo (Figuras 1.13 –b e 1.13 -c);

Serramento circular – Processo de serramento no qual a ferramenta gira ao redor do seu

próprio eixo e a peça ou a ferramenta se desloca (Figuras 1.13 –d, 1.13 –f e 1.13 -e);

a) Serramento alternativo

b) Serramento contínuo (seccionamento)

c) Serramento contínuo (recorte)

d) Serramento circular

e) Serramento circular

f) Serramento circular

Figuras 1.13 – Tipos de serramento.

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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. O brochamento pode

ser:

Brochamento interno - Processo de brochamento executado num furo passante da peça

(Figuras 1.14 -a);

Brochamento externo – Processo de brochamento executado numa superfície externa da peça

(Figuras 1.14 -b).

a) Brochamento interno

b) Brochamento externo

Figura 1.14 – Tipos de brochamentos.

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.

Roscamento interno – Processo de roscamento executado em superfícies internas cilíndricas ou

cônicas de revolução (Figuras 1.15 -a, 1.15 –b, 1.15 -c e 1.15 -d);

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Roscamento externo – Processo de roscamento executado em superfícies externas cilíndricas

ou cônicas de revolução (Figuras 1.15 -e, 1.15 –f, 1.15 –g, 1.15 –h, 1.16 –a e 1.16 –b).

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

Figura 1.15 – Tipos de roscamentos.

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a) Roscamento externo com fresa de perfil múltiplo

b) Roscamento externo com fresa de perfil único

Figura 1.16 – Tipos de roscamentos.

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 (Figuras 1.17 -a e 1.17 -b).

a) Limagem contínua

b) Limagem contínua

Figura 1.17 – Tipos de limagem.

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RASQUETEAMENTO

Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com auxílio de

ferramenta multicortante (Figura 1.18).

Figura 1.18 – Rasqueteamento.

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

(Figura 1.19).

Figura 1.19 – Tamboreamento.

22

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.

RETIFICAÇÃO TANGENCIAL

Processo de retificação executado com a superfície de revolução da ferramenta (Figura 1.20 -

f). A retificação tangencial pode ser:

Retificação cilíndrica: Processo de retificação tangencial no qual a superfície a ser trabalhada

é uma superfície cilíndrica (Figuras 1.20 -f e 1.20 -e). Esta superfície pode ser interna ou

externa, de revolução ou não. Quanto ao avanço automático da ferramenta ou da peça, a

retificação cilíndrica pode ser com avanço longitudinal da peça (Figura 1.20 -e), com avanço

radial do rebôlo (Figura 1.21 -a), com avanço circular do rebôlo (Figura 1.21 -b) ou com o

avanço longitudinal do rebôlo.

Retificação cônica: Processo de retificação tangencial no qual a superfície usinada é uma

superfície cônica. Esta superfície pode ser interna ou externa. Quanto ao avanço automático da

ferramenta ou da peça, a retificação cônica pode ser com avanço longitudinal da peça (Figura

1.21 -c), com avanço radial do rebôlo, com avanço circular do rebôlo ou com o avanço

longitudinal do rebôlo.

Retificação de perfis: processo de retificação tangencial no qual a superfície a ser usinada é

uma espécie qualquer gerada pelo perfil do rebôlo (Figuras 1.21 –d e l.21 -e).

Retificação tangencial plana: Processo no qual a superfície usinada é plana (Figura 1.21 -f).

Retificação cilíndrica sem centros: Processo de retificação cilíndrica no qual a peça sem

fixação axial é usinada por ferramentas abrasivas de revolução, com ou sem movimento

longitudinal da peça. A retificação sem centros pode ser com avanço longitudinal da peça

(retificação de passagem) ou com avanço radial do rebôlo (retificação em mergulho) (Figuras

1.20 –a, 1.20 -b e 1.21 -h).

23

RETIFICAÇÃO FRONTAL

Processo de retificação executado com a face do rebôlo. É geralmente executada na

superfície plana da peça, perpendicularmente ao eixo do rebôlo. A retificação frontal pode ser com

avanço retilíneo da peça (Figura 1.20 -c), ou com avanço circular da peça (Figura 1.20 -d).

a) Retificação cilíndrica sem centros com avanço em “fileiras de peças”

b) Retificação cilíndrica sem centros com avanço radial

c) Retificação frontal com avanço retilíneo da peça

d) Retificação frontal com avanço circular da peça

e) Retificação cilíndrica externa com avanço longitudinal

f) Retificação cilíndrica interna com avanço longitudinal

Figura 1.20 – Tipos de retificação.

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a) Retificação cilíndrica externa com avanço radial

b) Retificação cilíndrica interna com avanço circular

c) Retificação cônica externa com avanço longitudinal

d) Retificação de perfil com avanço radial

e) Retificação de perfil com avanço longitudinal

f) Retificação tangencial plana com movimento retilíneo da peça

g) Retificação cilíndrica sem centros

h) Retificação cilíndrica sem centros com avanço longitudinal contínuo da peça

Figura 1.21 – Tipos de retificação.

25

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 (Figura 1.22). Para tanto, a ferramenta ou a

peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo.

Figura 1.22 – Brunimento.

ESPELHAMENTO

Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por

meio de abrasivos, associados a um porta-ferramenta específico para cada tipo de operação.

POLIMENTO

Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco

(Figuras 1.25 –a) ou conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas (Figuras 1.25 –b).

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a) Com um disco

b) Conglomerado de discos

Figura 1.25 –Polimento.

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 (Figuras 1.23 –a e 1.23 -b).

a) Super-acabamento cilíndrico

b) Super-acabamento plano

Figura 1.23 – Tipos de super acabamento.

27

LAPIDAÇÃO

Processo mecânico de usinagem por abrasão executado com um abrasivo aplicado por porta-

ferramenta adequado, com o objetivo de se obter dimensões específicas das peça (Figura 1.24).

Figura 1.24 - Lapidação

LIXAMENTO

Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela que

se movimenta com uma pressão contra a peça (Figuras 1.26 –a e 1.26 -b).

a) Lixamento com folhas abrasivas

b) Lixamento com fita abrasiva

Figura 1.26 – Tipos de lixamento.

JATEAMENTO

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Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato

abrasivo para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento (Figura 1.27).

Figura 1.27 – Jateamento.

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 (Figura 1.28).

Figura 1.28 – Afiação.

DENTEAMENTO

Processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de elementos denteados. Pode-se

subdividir esse processo em formação e geração. A formação emprega uma ferramenta que

29

transmite a forma do seu perfil à peça com os movimentos normais de corte e avanço. A geração

emprega uma ferramenta de perfil determinado, que com os movimentos normais de corte

associados às características de geração, produz um perfil desejado na peça.

30

2 - GRANDEZAS FÍSICAS NO PROCESSO DE CORTE

2.1 - MOVIMENTOS NO PROCESSO DE USINAGEM

A) Movimentos que causam diretamente a saída do cavaco:

• Movimento de corte: movimento entre a peça e a ferramenta, no qual sem o movimento de

avanço, origina uma única retirada do cavaco;

• Movimento de avanço: movimento entre a peça e a ferramenta que juntamente com movimento

de corte origina a retirada contínua de cavaco;

• Movimento efetivo: movimento resultante dos movimentos de corte e avanço realizado ao

mesmo tempo.

B) Movimentos que não tomam parte direta na formação do cavaco:

• Movimento de aproximação;

• Movimento de ajuste;

• Movimento de correção;

• Movimento de recuo.

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.

As Figuras 2.1, 2.2 e 2.3 mostram as direções dos movimentos de corte, de avanço e efetivo

no torneamento, na furação e no fresamento.

31

Figura 2.1 - Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo, no torneamento.

Figura 2.2 - Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo na furação.

Figura 2.3 - Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no fresamento discordante.

32

VELOCIDADE DE CORTE (vc):

• Para processos com movimento de rotação (torneamento, fresagem) a velocidade de corte é

calculada pela equação:

Tem-se que:

d: diâmetro da peça ou ferramenta (mm);

n: número de rotações por minuto (rpm)

• 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.

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);

vc = π .d .n /1000 [m / min]

vc = 2 .c .gpm /1000 [m / min]

33

*Tipo de material a ser usinado;

*Condições de refrigeração;

*Condições da máquina.

Maior velocidade de corte= maior temperatura = menor vida útil

Menor velocidade de corte= problemas de acabamento e de produtividade.

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;

Vf = f .n [mm / min]

Observação Aços com:

Até 60 kgf/mm2: aços macios;

De 60 a 90 kgf/mm2: aços de dureza média;

De 90 a 110 kgf/mm2: aços duros;

Acima de 110kgf/mm2: aço extra-duros.

34

• 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.

Tabela 2.2 – Escolha do avanço por dente para fresas de aço-rápido

35

3 – GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE

3.1 – INTRODUÇÃO A geometria da ferramenta de corte exerce influência, juntamente com outros fatores, a

usinagem dos metais. É necessário, portanto, definir a ferramenta através dos ângulos da “cunha”

para cortar o material. A Figura 3.1 ilustra este princípio para diversas ferramentas.

Figura 3.1 – Princípio da cunha cortante

O ângulo de cunha é dimensionado de acordo com a resistência que o material usinado

oferece ao corte. Essa resistência será tanto maior quando maior for a dureza e a tenacidade do

material. A Figura 3.2 exemplifica a variação do ângulo de cunha de acordo com a dureza do

material.

Figura 3.2 –Variação do ângulo da cunha, em função da dureza do material.

Somente o ângulo de cunha não garante que o material seja cortado com sucesso, outros

ângulos também assumem papel importante e estão relacionados com a posição da ferramenta em

relação a peça. A Figura 3.3 ilustra uma ferramenta de corte (ferramenta de plaina) com os ângulos

de folga(α), e de saída(γ).

36

Figura 3.3 – Ângulo de folga (α) e de saída (γ) para uma ferramenta de corte de plaina.

3.2 – DEFINIÇÕES

As seguintes definições adotadas são necessárias para a determinação dos ângulos da cunha

cortante de uma ferramenta de usinagem. As definições são mais bem compreendidas através das

Figuras 3.4, 3.5 e 3.6. Cunha de corte: é a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga da ferramenta.

Através do movimento relativo entre peça e ferramenta, formam-se os cavacos sobre a cunha de

corte.

Superfície de Saída (Aγ): é a superfície da cunha de corte sobre o qual o cavaco desliza.

Superfície de folga (Aα): é a superfície da cunha de corte, que determina a folga entre a

ferramenta e a superfície de usinagem. Distinguem-se a superfície principal de folga e a

superfície secundária de folga Aα’.

Figura 3.4 – Cunha cortante e as direções de corte e avanço definindo o plano de trabalho (Pf)

α

γ

37

Arestas de corte: são as arestas da cunha de corte formadas pelas superfícies de saída e de

folga. Deve-se distinguir a aresta principal de corte S e a aresta secundária de corte S’.

Ponta de corte: parte da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a aresta

secundária de corte.

Ponto de corte escolhido: ponto destinado à determinação dos planos e ângulos da cunha de

corte, ou seja, as definições se referem a um ponto da ferramenta, dito ponto de corte escolhido ou

“Ponto de Referência”.

Figura 3.5 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma ferramenta torno.

Figura 3.6 – Arestas de corte e superfícies das pontas de uma broca helicoidal.

38

3.3 – FUNÇÕES E INFLUÊNCIAS DOS ÂNGULOS DA CUNHA DE CORTE

PLANOS EM UMA FERRAMENTA DE CORTE

É através destes planos que são definidos os ângulos da cunha cortante. Os principais planos

são:

Plano de Referência (Pr): passa pelo ponto de corte escolhido e é perpendicular à direção de

corte. No torneamento este plano é paralelo ao plano de apoio da ferramenta;

Plano de Trabalho (Pf): passa pelo ponto de corte contém as direções de avanço e de corte;

Plano de Corte:

*Principal (Ps): passa pelo ponto de corte escolhido, é tangente à aresta principal de corte e

perpendicular ao plano de referência da ferramenta;

*Secundário (Ps'): Plano que passando pelo ponto de corte escolhido, é tangente à aresta

secundária de corte e perpendicular ao plano de referência da ferramenta.

Plano Ortogonal (ou Plano de Medida) (Po): Plano que passando pelo ponto de referência da

aresta de corte é perpendicular aos planos de referência e ao plano de corte da ferramenta;

Plano Dorsal (Pp): Plano que passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular aos

planos de referência da ferramenta e de trabalho;

Plano Normal (Pn): Plano que passando pelo ponto de corte escolhido é perpendicular a aresta

de corte.

A Figura 3.7 ilustra estes planos.

39

Figura 3.7 – Planos do Sistema de Referência da Ferramenta.

40

ÂNGULOS MEDIDOS NO PLANO ORTOGONAL (Po)

A) Ângulo de saída (γ): ângulo entre a superfície de saída e o plano de referência da ferramenta. O ângulo “γ”(ângulo de saída) possui as seguintes características:

• Influi decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento superficial e no

calor gerado;

• Quanto maior for o ângulo γ menor será o trabalho de dobramento do cavaco;

• O ângulo γ depende principalmente de :

o Resistência do material da ferramenta e da peça a usinar;

o quantidade de calor gerado pelo corte;

o velocidade de avanço.

• O ângulo γ negativo é muito usado para corte de materiais de difícil usinabilidade e em cortes

interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força de e potências de usinagem e

maior calor gerado pela ferramenta, geralmente o ângulo γ está entre –10° e 30°.

• O ângulo de saída pode ser positivo, nulo ou negativo, conforme a figura abaixo:

Figura 3.8 – Ângulo de saída (γ ) para uma ferramenta de torno.

.

DICAS TECNOLÓGICAS:

• O ângulo γ deve ser:

Maior para materiais que oferecem pouca resistência ao corte. Se γ (ângulo de saída) aumenta,

o β (ângulo de cunha da ferramenta) diminui;

⇒ Menor (e as vezes até negativo) para materiais mais duros e com irregularidades na superfície.

Se o ângulo γ diminui, o β (ângulo de cunha da ferramenta) aumenta;

B) Angulo de cunha da ferramenta (β): ângulo entre a superfície da saída e a de folga.

γ > 0 γ = 0 γ < 0

41

C) Ângulo de folga (α): ângulo entre a superfície de folga e o plano de corte (Ps - plano que contém a aresta de corte e é perpendicular ao plano de referência, veja a Figura 3.8 ). O α

(ângulo de folga) possui as seguintes funções e características:

Evitar o atrito entre a peça e a superfície de folga da ferramenta;

Se α é pequeno ( o ângulo β aumenta) : a cunha não penetra convenientemente no material, a

ferramenta perde o corte rapidamente, há grande geração de calor que prejudica o acabamento

superficial;

Se α é grande (o ângulo β diminui) : a cunha da ferramenta perde resistência, podendo soltar

pequenas lascas ou quebrar;

α depende principalmente da resistência do material da ferramenta e da peça a usinar.

⇒ Geralmente o ângulo α esta entre 2° e 14°. A Figura 3.9 ilustra de forma esquemática os

ângulos α, β e γ.

α + β + γ = 90°

Figura 3.9 – Ângulos de folga (α), de cunha (β) e de saída (γ).

ÂNGULOS MEDIDOS NO PLANO DE REFERÊNCIA (Pr)

A) Ângulo de posição ( χ ): ângulo entre o plano de corte (Ps) e o plano de trabalho (Pf). O ângulo de posição possui as seguintes funções e características:

γ β

α

42

⇒ Influi na direção de saída do cavaco;

⇒ Se χ diminui, o ângulo de ponta (ε) aumenta , aumentando a resistência da ferramenta e a

capacidade de dissipação de calor;

⇒ O controle de χ reduz as vibrações, uma vez que as forças de corte estão relacionadas com este

ângulo. Geralmente o ângulo χ está entre 30° e 90°;

B) Ângulo de ponta (ε): ângulo entre os planos principal de corte (Ps) e o secundário (P’s);

C) Ângulo de posição secundária (χ’): ângulo entre o plano secundário de corte (P’s) e o plano de trabalho. A Figura 3.10 ilustra os ângulos χ, χ’ e ε.

χ + χ’ + ε = 180°

Figura 3.10 – Ângulos medidos no plano de referência (Pr) χ, χ’ e ε.

ÂNGULO MEDIDO NO PLANO DE CORTE (Ps)

Ângulo de inclinação (λ): ângulo entre a aresta de corte e o plano de referência. Funções do

ângulo “λ”:

⇒ controlar a direção de saída do cavaco;

⇒ proteger a quina da ferramenta contra impactos;

⇒ atenuar vibrações;

⇒ geralmente λ (ângulo de inclinação) tem um valor de –4° a 4°.

Plano de referência (Pr): plano da folha

Ps

Pf

Ps'

χ χ'

ε

43

Obs:

Quando a ponta da ferramenta for:

* mais baixa em relação a aresta de corte ⇒ λ será positivo (usado nos trabalhos em desbaste

nos cortes interrompidos nos materiais duros)

*mais alta em relação a aresta de corte ⇒ λ será negativo (usado na usinagem de materiais macios, de baixa dureza);

*da mesma altura da aresta de corte ⇒ λ será nulo (usado na usinagem de materiais duros,

exige menor potência no corte). A Figura 3.11 ilustra o ângulo λ.

Figura 3.11 – Ângulo de inclinação “λ”.

A Figura 3.12 mostra os planos e ângulos definidos anteriormente.

λ- λ+ Plano de corte (Ps): plano da folha

Pr

λ=0

44

Figura 3.12. Ângulos de uma ferramenta de torneamento.

45

4 – MATERIAIS PARA FERRAMENTA DE CORTE

4.1 – CONSIDERAÇÕES SOBRE AS FERRAMENTAS DE CORTE

• A ferramenta deve ser mais dura nas temperaturas de trabalho que o metal estiver sendo usinado

(“Dureza a Quente”);

• A ferramenta deve ser dura, mas não a ponto de se tornar quebradiça e de perder resistência

mecânica (tenacidade);

• O material da ferramenta deve ser resistente ao encruamento (endurecimento do metal após ter

sofrido deformação plástica resultante do processo de conformação mecânica) e a microsoldagem

(adesão de pequenas partículas de material usinado ao gume cortante da ferramenta).

As principais propriedades que um material de ferramenta de corte deve apresentar são

listadas abaixo, não necessariamente em ordem de importância. Dependendo da aplicação, uma ou

mais propriedades podem se destacar.

• Alta dureza;

• Tenacidade suficiente para evitar falha por fratura;

• Alta resistência ao desgaste;

• Alta resistência à compressão;

• Alta resistência ao cisalhamento;

• Boas propriedades mecânicas e térmicas a temperaturas elevadas;

• Alta resistência ao choque térmico;

• Alta resistência ao impacto;

• Ser inerte quimicamente.

A lista à seguir refere-se à materiais para ferramenta de corte, seqüenciadas de acordo com a

ordem crescente que foram surgindo. A medida que se desce na lista, a dureza aumenta e tenacidade

diminui.

46

1. Aço Carbono • comum • com elementos de liga (V, Cr)

2. Aço Semi-Rápido (Baixo W) 3. Aço Rápido (Fundidos ou fabricadas pela

Metalurgia do Pó)

• sem revestimento • com revestimento

4. Aço Super-Rápido (Elevado teor de V) 5. Ligas Fundidas 6. Metal Duro (Com ou sem revestimento) Classes: • P • M • K

7. Cermets (Com ou sem revestimento) 8. Cerâmicas • com e sem revestimento • a base de Si3N4 • a base de Al2O3 (alumina)

• pura • com adições

• ZrO2 (branca) • TiC (preta ou mista) • SiC (whiskers)

9. Ultraduros • CBN – PCBN • PCD

10. Diamante Natural

Figura 4.1- Lista dos materiais para ferramentas de corte.

Sabe-se que todos os materiais de engenharia apresentam uma queda de resistência com o

aumento da temperatura. A Figura 4.2 mostra o comportamento da dureza dos principais grupos de

ferramentas de corte com a temperatura de trabalho. Nota-se que até as ferramentas de metal duro e

cerâmica têm suas propriedades reduzidas, mas numa taxa bem menor que aquelas apresentadas

pelos aços-rápidos. Isto garante a aplicação destas ferramentas em condições de corte bem mais

desfavoráveis que aquelas a que podem se submeter os aços-rápidos.

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47

Figura 4.2 - Variação da dureza de alguns materiais de ferramentas de corte com a temperatura.

Considerações sobre os materiais para ferramentas de corte.

1 - Aço-carbono: utilizados em baixíssimas velocidades de corte, no ajuste de peças.

a) Comum: até 200° C (limas)

b) Com elementos de liga (V, Cr, Mo e W): até 400° C (brocas, machos, etc.)

2 - Aço-rápido: O 1° grande impulso para materiais para ferramentas de corte. Eles são indicados

para operações de baixa e média velocidade de corte, dureza a quente até 600° C. Seus elementos de

ligas são o W, Co, Mo, Cr e V;

3 - Ligas Fundidas: têm um elevado teor de Co, contendo também W e Cr, apresentam um bom

rendimento na usinagem do FoFo, dureza a quente de 900° C.

48

4 - Metal duro: O 2° grande impulso, compreende o WC + Co, fabricado pelo processo de

sinterização (metalurgia do pó: processo pelo qual os pós são misturados e levados à condições

controladas de pressão e calor). O metal duro pode ser encontrado no mercado principalmente na

forma de pastilhas intercambiáveis, sem revestimento, ou revestidas com TiC, Al2O3. Existem 3

classes de metais duros:

• Classe P: (WC + Co com adições de TiC, TaC e às vezes NbC) aplicamos a usinagem de aços e

materiais que produzem cavacos longos;

• Classe K: (WC + Co puros) usinagem do FoFo e das ligas não ferrosas que produzem cavacos

curtos;

• Classe M: intermediária.

As ferramentas de cortes de metal duro operam com elevadas velocidade de corte,

temperaturas até 1300°C.

5 – Cermets: Grupo intermediário entre os metais duros e as cerâmicas. Constituído por TiC e TiN

e geralmente tem o Ni como elemento ligante. Devido à baixa condutividade térmica e ao alto

coeficiente de dilatação, os cermets têm um baixo coeficiente de resistência ao choque térmico, bem

inferior ao do metal duro. Daí a explicação do cermets só ser eficiente em baixos avanços, pequenas

profundidades de corte e altas velocidades (operações de acabamento) na usinagem dos ferrosos.

6 - Cerâmicas: são constituídas basicamente de grãos finos de Al2O3 e Si3N4 sinterizados, a

velocidade de corte de 3 a 6 vezes maiores que a do metal duro. Elas se dividem basicamente em

dois grandes grupos:

• A base de Al2O3 (Alumina sinterizada);

• A base de Si3N4 (mesma resistência ao desgaste porém com uma tenacidade superior).

Principais características das ferramentas cerâmicas:

• Capacidade de suportar altas temperaturas (materiais refratários);

• Alta resistência ao desgaste (alta dureza);

• Baixa condutividade térmica;

• Boa estabilidade química (inércia química);

49

No passado o principal limitador das ferramentas cerâmicas era a sua fragilidade. Hoje com a

introdução no mercado de cerâmicas mistas, reforçadas com SiC (Whiskers) e a base de nitreto de

silício o grau de tenacidade destas ferramentas melhorou significativamente, podendo ser usadas em

cortes interrompidos (fresamento) em altíssimas velocidades de corte e avanço. No entanto, o uso de

fluido de corte deve ser evitado, se requerido, deve-se usa-lo em abundância na aresta de corte.

7 - Ultra-duros: São materiais com 3000 HV. São considerados ultraduros:

• Diamante natural:

• Diamante sintético monocristalino;

• Diamante sintético policristalino (PCD);

• Nitreto cúbico de boro sintético monocristalino (CBN);

• Nitreto cúbico de boro sintético policristalino (PCBN);

Devido à sua fragilidade, risco de falha sob impacto e também seu alto custo, o diamante

natural tem a sua aplicação limitada como ferramenta de corte, principalmente após o surgimento

dos diamantes e CBN sintéticos, que podem substituí-lo com bastante eficiência. Tanto os PCDs

como os CBNs podem ser encontrados apenas como uma camada de 0,5 a 1,0 mm, que são brasadas

geralmente no metal duro (WC + Co), ou então, mais raramente, como ferramentas totalmente

sólidas.

O diamante sintético policristalino (PCD) não é usado para usinar materiais ferrosos, há

desintegração química quando as temperaturas ultrapassam 700 °C. Ao contrário, o CBN tem-se

mostrado excelente na usinagem dos aços, ligas de níquel, titânio, FoFo, etc. Ele mantém sua

estabilidade química até a temperaturas da ordem de 1200 °C. O PCBN apresenta uma tenacidade

melhor, chegando próxima à do metal duro.

O que limita a aplicação dos ultra-duros é o seu alto custo. O preço destas pastilhas está em

torno de 80 vezes o preço do metal duro e de 15 a 25 vezes o preço da cerâmica. Os preços médios

destas ferramentas variam de US$80,00 a US$120,00 cada aresta. Entretanto, este custo tem baixado

nos últimos anos.

50

4.2 - REVESTIMENTO PARA FERRAMENTAS DE CORTE A deposição de revestimentos em ferramentas de corte tem como principal objetivo o

aumento da vida das ferramentas. Outros efeitos positivos, tais como o aumento da velocidade de

corte (o que resulta em uma maior produtividade), redução de forças de corte (menor potência

consumida) e redução da tendência à adesão, também podem ser obtidos.

As primeiras referências sobre o estudo dos revestimentos para ferramentas de corte datam

da segunda metade da década de 1960. As principais ferramentas revestidas são compostas por um

substrato relativamente tenaz de metal duro ou aço-rápido sobre o qual é aplicada uma fina camada

de material resistente ao desgaste com granulometria extra fina (carbonetos, nitretos, carbonitretos e

óxidos). De forma geral, a utilização de revestimentos conferem certas características às ferramentas

de corte como:

• Resistência ao calor e ao desgaste;

• Diminuição do choque térmico no substrato;

• Usinagem com velocidades e avanços mais altos;

• Possibilidade de corte a seco ou com mínima quantidade de fluido de corte;

• Melhor acabamento superficial da peça;

• Redução do atrito;

• Redução e até mesmo ausência da aresta postiça de corte;

• Redução do desgaste de cratera e de flanco.

A baixa condutividade térmica dos revestimentos funciona como uma barreira entre o

material da peça e o substrato da ferramenta. Devido a esta barreira, a carga térmica no substrato, o

atrito, a adesão, a difusão e a oxidação podem ser reduzidos e a resistência à abrasão aumentada.

As ferramentas podem ser revestidas basicamente por dois processos:

• Processo de deposição química a vapor - CVD (Chemical Vapour Deposition): a deposição dos

revestimentos ocorre por meio de reações químicas em uma faixa de temperatura entre 900 e

1100°C;

• Processo de deposição física a vapor - PVD (Physical Vapour Deposition): a deposição ocorre por

meio de vapores gerados no interior de um forno a baixa pressão, em temperaturas em torno de

500° C. O processo PVD traz benefícios como a possibilidade de revestir substratos de aço-rápido

51

(devido à temperatura relativamente mais baixa), obtenção de revestimentos com granulometria

mais fina (possibilidade de revestir cantos vivos).

A Tabela 4.1 mostra os principais revestimentos da atualidade e o processo de deposição.

Tabela 4.1 - Principais revestimentos na atualidade e forma de deposição (Santos, 2002).

PROCESSO DE APLICAÇÃO

PVD CVD

Revestimento TiN, TiAlN,TiCN, WC/C, CrN, MoS2 Diamante, SiC, Al2O3, TiC, TiN

Uma evolução no processo de revestimento surgido na década de 80 foi o revestimento

multicamada, formado por uma combinação de TiC, TiN, TiCN, Al2O3 e ocasionalmente HfN que

resultam em um revestimento de espessura total próxima a 10 µm. O desenvolvimento dos

revestimentos multicamadas possibilitou o aumento da vida e campo de aplicação das ferramentas.

4.3 – ESTUDO DOS CAVACOS

Etapas de mecanismo de formação de cavaco:

1. Recalque, devido a penetração da ferramenta na peça;

2. O material recalcado sofre deformação plástica, que aumenta progressivamente, até que

tensões cisalhantes se tornem suficientemente grandes para que o deslizamento comece;

3. Ruptura parcial ou completa, na região de cisalhamento, dando origem aos diversos tipos

de cavacos;

4. Movimento sobre a superfície de saída da ferramenta.

Tipos de cavacos:

• Cisalhado (segmentado);

• De ruptura (descontínuo);

• Contínuo;

• Cavaco contínuo com aresta postiça de corte (APC)

52

A Figura 4.3 mostra os principais tipos de cavacos, bem como sua formação e o material

usinado propício à sua formação.

Quanto à forma, os cavacos são classificados como:

• Em fita;

• Helicoidal;

• Espiral;

• Em lasca ou pedaços.

A norma ISO 3685 faz uma classificação mais detalhada, conforme pode ser visualizado na

Figura 4.4.

O material da peça é o principal fator que vai influenciar na classificação quanto à forma dos

cavacos. Quanto às condições de corte: maior vc(velocidade de corte), f (avanço) e γ (ângulo de

saída) tende a produzir cavacos em fitas (ou contínuos, quanto ao tipo). O “f” é o parâmetro mais

influente e o ap é o que menos influencia na forma de cavacos. A figura 4.5 ilustra a influência

destes parâmetros na forma do cavaco.

Os cavacos do tipo contínuos (em fita) trás sérios inconvenientes, entre eles destacam:

• Pode ocasionar acidentes, visto que eles se enrolam em torno da peça, da ferramenta ou dos

componentes da máquina; • Dificulta a refrigeração direcionada, desperdiçando o fluido de corte; • Dificulta o transporte (manuseio); • Ele prejudica o corte, no sentido de poder afetar, o acabamento, as forças de corte e a vida útil

das ferramentas.

Apesar das condições de corte poderem ser escolhidas para evitar ou pelo menos reduzir a

tendência de formação de cavacos longos em fita (contínuo ou cisalhado). Até o momento, o método

mais efetivo e popular para produzir cavacos curtos é o uso de dispositivos que promovem a quebra

mecânica deles, que são os quebra-cavacos. Os tipos mais comuns de quebra-cavacos estão

ilustrados na Figura 4.6, e são:

• Quebra-cavacos usinado diretamente na ferramenta;

• Quebra-cavacos fixado mecanicamente;

• Quebra-cavacos em pastilha sinterizada.

53

Como vantagens do uso de quebra-cavacos podemos enumerar:

1. Redução de transferência de calor para a ferramenta por reduzir o contato entre o cavaco

e ferramenta;

2. Maior facilidade de remoção dos cavacos;

3. Menor riscos de acidentes para o operador;

4. Obstrução menor ao direcionamento do fluido de corte sobre a aresta de corte da

ferramenta.

Figura 4.3-Formas de cavacos produzidos na usinagem dos metais.

54

Tipo de cavaco Formação Material

Forma-se na usinagem de materiais dúcteis e tenazes, com o emprego de grandes avanços e velocidade de corte geralmente superiores a 100 m/mm

Aços liga e aço-carbono

Forma-se na usinagem de materiais frágeis com avanço e velocidade de corte inferiores aos anteriores

Ferro-fundido, bronze duro, latão.

Forma-se de materiais dúcteis e homogêneos, com o emprego de avanço médio e pequeno da ferramenta, e com velocidade de corte geralmente superior a 60m/min

Aço com baixo teor de carbono e alumínio.

È constituída por u depósito de material da peça que adere face de corte da ferramenta, e que ocorre durante o escoamento da apara contínua.

Aço com baixo teor de carbono.

Figura 4.4-Tipos de cavacos na usinagem dos metais.

55

Figura 4.5 -Influência do f e do ap na forma dos cavacos.

Figura 4.6 -Tipos mais comuns de quebra-cavacos. a) Quebra-cavaco fixado mecanicamente;

b) Quebra-cavaco usinado diretamente na ferramenta; c) Quebra-cavaco em pastilha sinterizada.

a) b) c)

56

5 – FLUIDOS DE CORTE:

5.1 – INTRODUÇÃO:

A busca por valores maiores de velocidade de corte sempre foi almejada em virtude de uma

maior produção de peças, e isso foi possível devido ao surgimento de novos materiais de corte

(metal duro, cerâmicas, ultra-duros “PCB” e “PCD”) capazes de usinar os materiais com altíssimas

vc(velocidade de corte), em contrapartida grandes valores de temperaturas foram geradas na região

de corte devido a um grande atrito entre a peça e a ferramenta.

O calor excessivo prejudica a qualidade do trabalho por várias razões:

1. Diminuição da vida útil da ferramenta;

2. Aumento da oxidação da superfície da peça e da ferramenta;

3. Aumento da temperatura da peça, provocando dilatação, erros de medidas e deformações.

Para resolver estes problemas surgiram fluidos de corte, que são materiais compostos por

sólidos, gases e, na maioria das vezes, líquidos.

5.2 – FUNÇÕES DOS FLUIDOS DE CORTE:

As principais funções dos fluidos de corte são:

• Refrigeração a altas velocidades;

• Lubrificação a baixas velocidades.

Outras funções:

• Ajudar a retirar cavaco da zona de corte;

• Proteger a máquina-ferramenta e a peça da corrosão atmosférica.

Como refrigerante o fluido de corte evita que a ferramenta atinja uma temperatura elevada,

tanto pela dissipação do calor (refrigeração), como também pela redução da geração de calor

57

(lubrificação). Quando um fluido de corte é a base de água, a dissipação de calor (refrigeração) é

mais importante que a redução de calor (lubrificação).

A eficiência do fluido de corte em reduzir a temperatura diminui com o aumento da

velocidade de corte e da profundidade de corte .

Como lubrificante, o fluido de corte forma um filme (película) entre a ferramenta e a peça,

impedindo quase totalmente o contato direto entre os mesmos. O fluido de corte pode também

restringir o caldeamento (microssoldagem) de cavacos da superfície de saída da ferramenta e evitar

o aparecimento da aresta postiça de corte (APC), isso quando são adicionados certos aditivos

apropriados.

À baixas velocidades de corte, a refrigeração é relativamente sem importância, enquanto que

a lubrificação é importante para reduzir o atrito e evitar o aparecimento de APC (aresta postiça de

corte). Um fluido de corte à base de óleo seria o indicado.

À altas velocidades de corte, as condições não são favoráveis para a penetração do fluido de

corte na interface cavaco-ferramenta para que ele exerça o papel lubrificante. Nessas condições a

refrigeração se torna mais importante e um fluido à base de água deve ser utilizado.

5.3 – RAZÕES PARA SE USAR FLUIDOS DE CORTE

Usa-se os fluidos afim de obter um custo total por partes usinadas menor ou um aumento na

taxa de produção.

Isto é possível devido aos benefícios que os fluidos de corte podem proporcionar, como por

exemplo:

• Aumento da vida útil da ferramenta pela lubrificação e refrigeração (diminuição da

temperatura);

• Redução das forças de corte devido a lubrificação e, conseqÿentemente, redução de potência;

• Melhora do acabamento superficial;

• Fácil remoção do cavaco da zona de corte;

• Menor distorção da peça pela ação da ferramenta (controle dimensional da peça).

58

5.4 – ADITIVOS

Certas propriedades especiais são conferidas aos fluidos de corte por meio de aditivos, que

são produtos químicos ou orgânicos. Os aditivos mais usados são:

• Antiespumantes: evitam a formação de espuma que poderia impedir a boa visão da região de

corte e comprometer o efeito de refrigeração do fluido;

• Anticorrosivos: protegem a peça, a ferramenta e a máquina-ferramenta da corrosão (são produtos

à base se nitrito de sódio);

• Antioxidantes: tem a função de impedir que o óleo se deteriore quando em contato com o

oxigênio no ar;

• Detergentes: reduzem a deposição de iôdo, lamas e borras (composto de magnésio, bário, cálcio,

etc);

• Emulgadores: são responsáveis pela formação de emulsões de óleo na água;

• Biocidas: substâncias ou misturas químicas que inibem o crescimento de microorganismos;

• Agentes EP (extrema pressão): para operações mais severas de corte, eles conferem aos fluidos

de corte uma lubricidade melhorada para suportarem elevadas temperaturas e pressões de corte

reduzindo o contato da ferramenta com o material. Os principais agentes EP são à base de

enxofre, cloro e fósforo.

5.5 – GRUPO DOS FLUIDOS DE CORTE

Sem sombras de dúvidas o grupo dos fluidos de corte líquidos é o mais importante e mais

amplamente empregado, eles ocupam lugar de destaque por apresentarem propriedades refrigerantes

e lubrificantes, enquanto os gasosos (Ar, CO2 e N ) só refrigeram e os sólidos (grafite, bissulfeto de

mobilidênio) só lubrificam.

Podemos ainda subdividir o grupo dos fluidos refrigerantes em três grandes grupos:

1. Óleos de corte integrais (puros): óleos minerais (derivados de petróleo), óleos graxos (de

origem animal ou vegetal), óleos sulfurados (enxofre) e clorados (cloro) que são agentes

EP.

2. Óleos emulsionáveis ou solúveis: são fluidos de corte em forma de emulsão composto

por uma mistura de óleo e água na proporção de 1:10 a 1:1000. Sua composição é à base

59

de óleos minerais, óleos graxos, emulsificados, agentes EP (enxofre, cloro, fósforo ou

cálcio) e água.

3. Fluidos químicos ou sintéticos: não contêm óleo mineral em sua composição, formam

soluções transparentes (boa visibilidade no processo de corte). Composto por misturas de

água e agentes químicos (amina, nitritos, fosfatos, boratos, sabões, agentes umectantes,

glicóis e germicidas).

5.6 – SELEÇÃO DO FLUIDO DE CORTE

Não existe um fluido universal, a escolha do fluido com determinada composição depende

do material a ser usinado, do tipo de operação e da ferramenta usada. Os fluidos de corte solúveis e

sintéticos são indicados quando a refrigeração for mais importante. Os óleos minerais e graxos

usados juntos ou separados, puros ou contendo aditivos especiais, são usados quando a lubrificação

for o fator mais determinante.

5.7 – DICAS TECNOLÓGICAS

• Fofo cinzento: são normalmente usinados a seco, porém um óleo emulsionável pode ser útil para

ajudar a remover o cavaco que é o tipo de ruptura;

• O alumínio e suas ligas podem ser usinados a seco. Para algumas ligas é necessário o fluido de

corte, que pode ser uma emulsão com mistura de óleo mineral e graxo e a maioria das emulsões

solúveis. Não requer aditivos EP e o enxofre ataca o metal instantaneamente;

• Magnésio e suas ligas normalmente são usinados secos e a altíssimas velocidades de corte,

entretanto, um refrigerante pode ser usado. Emulsões são proibidas, pois a água reage com o

cavaco para liberar hidrogênio, que apresenta riscos de ignição. O enxofre ataca o metal;

• O cobre e suas ligas geralmente usam óleos solúveis. O enxofre causa descoloração das peças;

• Devido a altas fragilidades das ferramentas cerâmicas, deve-se tomar cuidado ao aplicar um

refrigerante, porque os choques térmicos podem causar trincas superficiais.

60

5.8 - DIREÇÕES DE APLICAÇÃO DO FLUIDO

Existem três direções de aplicação dos fluidos de corte, como mostra a Figura 5.1.

Figura 5.1 - As três direções possíveis de aplicação do fluido de corte.

Direção A: Aplicação convencional de fluido na forma de jorro à baixa pressão (sobre-cabeça);

Direção B: Aplicação de fluido entre a superfície de saída da ferramenta e a parte inferior do

cavaco. Nesta aplicação, estudada em algumas pesquisas, o fluido é aplicado sob alta pressão;

Direção C: Aplicação do fluido entre a superfície de folga da ferramenta e a peça.

5.9. MÉTODOS DE APLICAÇÃO DOS FLUIDOS DE CORTE

Existem basicamente três métodos de aplicação do fluido:

• Jorro de fluido à baixa pressão (torneira à pressão normal);

• Pulverização;

• Sistema à alta pressão.

61

O primeiro sistema é o mais utilizado pela sua simplicidade. O segundo método oferece

vantagens sobre o primeiro devido ao maior poder de penetração e velocidade. O terceiro método é

mais engenhoso e bons resultados foram obtidos com o seu emprego. A Figura 5.2 mostra um

sistema de aplicação de fluido de corte por jorro a baixa pressão.

Figura 5.2 – Aplicação por jorro do fluido de corte semi-sintético, vazão total de 1230 l/h.

Nos últimos tempos, na tentativa de reduzir custos e atender as normas ambientais, tem-se

observado uma necessidade de reduzir o consumo de fluido de corte. A técnica de aplicação de

Mínima Quantidade de Fluido de Corte (MQF) tem sido objeto de pesquisas nos últimos anos. Nesta

técnica o fluido é aplicado em volumes muito baixos chegando a 10 ml/h. Normalmente, eles são

aplicados juntamente com um fluxo de ar (método da pulverização), e direcionados contra a saída do

cavaco, ou entre a superfície de folga da ferramenta e a peça.

62

5.10 – MANUSEIO DOS FLUIDOS E DICAS DE HIGIENE

Providências e cuidados no manuseio de fluidos de corte:

• Armazenamento: local adequado sem variações de temperaturas, limpos e livres de

contaminação;

• Alimentação: deve-se aplicar diretamente sobre a aresta de corte, a alimentação deve ser iniciada

antes do início do corte;

• Purificação e recuperação: por meio de decantação e filtragem;

• Controle de odor: contornado por meio de limpeza do local e pelo uso de bactericida da

emulsão;

• O contato do operador com os fluidos de corte mais os resíduos da usinagem formam compostos

que aderem à pele das mãos e dos braços. Essas substâncias entopem os poros e os folículos

capilares, impedindo a formação normal do suor e a ação da limpeza natural da pele, o que causa

a dermatite. O controle desse problema é mais uma questão de higiene pessoal (vestir um avental

a prova de óleo, lavar as áreas da pele que entram em contato com o fluido, sujeiras e partículas

metálicas ao menos duas vezes ao dia. Tratar e proteger imediatamente os cortes e arranhões,

aplicar cremes adequados as mãos e aos braços antes do início do trabalho e depois de lavá-los,

instalar nas máquinas protetores contra salpicos, etc.).

63

6 – COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)

A sigla CNC significa comando numérico computadorizado e refere-se a máquinas-

ferramenta comandadas por computadores. A primeira máquina-ferramenta controlada por

computador foi uma fresadora. Ela surgiu em 1952 e destinava-se a usinar peças de geometria

complicadas utilizadas em aviões e helicópteros. Na verdade, tratava-se de uma fresadora já

existente – fabricada por uma empresa americana chamada Cincinnati – que sofreu modificações em

seus componentes mecânicos e recebeu um controlador eletrônico.

Este primeiro controlador eletrônico não lembra, nem de longe, os pequenos e numerosos

controladores numéricos atuais. Eles tinham várias vezes o tamanho da própria máquina,

consumiam muita energia elétrica, falhavam freqüentemente e sua capacidade de cálculo era muito

limitada, se comparada à tecnologia atualmente disponível.

No entanto, apesar dessas limitações, essa fresadora inaugurou a era das máquinas-

ferramenta CNC.

Durante cerca de oito anos, entre 1952 e 1960, a utilidade desse novo tipo de tecnologia foi

testada nos mercados dos Estados Unidos e da Europa. Os usuários de máquinas-ferramenta,

desconfiados da eficiência dos equipamentos e assustados com os preços elevados, não aderiram

imediatamente ao novo conceito de produção. Apenas poucas indústrias, como a aeronáutica e a

automobilística, tinham condições financeiras para adquirir este tipo de equipamento.

Com a redução progressiva dos custos e o aumento da capacidade de cálculo dos

controladores eletrônicos, a tecnologia CNC popularizou-se entre indústrias pequenas e médias.

Hoje, é praticamente impossível imaginar a indústria, principalmente os setores mecânico e

metalúrgico, sem a presença de máquinas-ferramenta CNC.

Os benefícios trazidos pela aplicação de comandos numéricos e máquinas-ferramenta foram:

• Fabricação de peças de geometria mais complexas, tolerâncias dimensionais mais estreitas e

melhor acabamento superficial;

• Maior repetibilidade das características do produto: já que as peças são produzidas são idênticas

umas as outras, independentemente dos fatores humanos;

• Redução da fadiga dos operadores humanos, que passam a ser responsáveis apenas por tarefas de

preparação programação e controles de uma grande variedade de peças, sem que para isso sejam

necessários ajustes demorados no equipamento;

64

Contudo, o uso das máquinas CNC trouxe alguns problemas, tais como:

• Necessidade de investimentos relativamente elevados para aquisição dos equipamentos;

• Necessidade de treinamento e capacitação de mão-de-obra para a utilização de todo o potencial

tecnológico das máquinas;

• Desempregos nos segmentos da indústria onde foram instaladas.

Alguns desses problemas, no entanto, poderiam ser solucionados na própria empresa.

Assim, a recapacitação dos operários para novos postos de trabalho ou até sua absorção pelos

próprios fabricantes dos equipamentos automáticos são soluções viáveis que dependem

basicamente da política social da empresa.

6.1 - SISTEMAS DE COORDENADAS

Toda geometria de peça é transmitida ao comando com o auxílio de um sistema de

coordenadas cartesianas.

TORNO

Figura 6.1 – Eixos programáveis de um torno CNC.

Z - Movimento longitudinal

peça

placa OBS. “Os movimentos em X e Z são dados pela ferramenta”.

X - Movimento transversal

65

FRESADORA (CENTRO DE USINAGEM)

Figura 6.2 – Eixos lineares programáveis de uma fresadora CNC.

O sistema de coordenadas é definido no plano formado pelo cruzamento de uma linha

paralela ao movimento longitudinal (Z) com outra paralela ao movimento transversal (X).

Para o torneamento, todo o movimento da ponta da ferramenta é descrito neste plano XZ em

relação a uma origem pré-estabelecida (X0, Z0). Sendo assim, é conveniente adotar-se que X é

sempre a medida do diâmetro.

Observação:

O sinal positivo ou negativo introduzido na dimensão a ser programada é dado pelo

quadrante onde a ferramenta esta situada:

OBS. “Os movimentos em X e Y são dados pela mesa (peça) e o movimento em Z é dado pela ferramenta”

ferramenta

eixo-árvore Z

peça

X +

Z + Y +

66

TORRE TRASEIRA TORRE DIANTEIRA

Figura 6.3 – Sinais dos quadrantes para tornos com torres traseira e dianteira.

SISTEMA DE COORDENADAS ABSOLUTAS

Neste sistema, a origem é estabelecida em função da peça a ser executada, para tanto,

pode-se estabelece-la em qualquer ponto do espaço facilitando a programação. Este processo

denomina-se “Zero Flutuante”.

Como vimos, a origem do sistema foi fixada como sendo os pontos X0, Z0. O ponto X0 é

definido pela linha de centro-árvore. O ponto Z0 é definido por qualquer linha perpendicular à

linha de centro do eixo-árvore.

Durante a programação, normalmente a origem (X0, Z0) é pré-estabelecida no fundo da

peça ( encosto das castanhas) ou na face da peça, conforme a ilustração que se segue:

Figura 6.4 – Zero-peça (zero programa).

X

Z(+)

ORIGEM (X0, Z0)

X

Z(+)

ORIGEM (X0, Z0)

4º QUADRANTE 3º QUADRANTE

2º QUADRANTE 1º QUADRANTE

1º QUADRANTE 2º QUADRANTE

3º QUADRANTE 4º QUADRANTE

67

EXEMPLO DE PROGRAMAÇÃO:

SISTEMAS DE COORDENADAS INCREMENTAIS

A origem deste sistema é estabelecida para cada movimento da ferramenta. Após qualquer

deslocamento haverá uma nova origem, ou seja, para qualquer ponto atingido pela ferramenta, a

origem das coordenadas passará a ser o ponto alcançado. Todas as medidas são feitas através da

distância a ser deslocada.

Se a ferramenta desloca-se de um ponto A até B (dois pontos quaisquer), as coordenadas a

serem programadas serão as distâncias entre os dois pontos, medidas (projetadas) em X e Z.

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B 30 30

B C 50 20

C D 80 20

D E 80 0 ∅ 80

∅ 30

20 10x45°

A

C

B

D E

FERRAMENTA

68

Figura 6.5 – Movimento de uma ferramenta no sistema de coordenadas incrementais

Note que o ponto A é a origem do deslocamento para o ponto B. Após a maquina chegar ao

ponto B, esse será a origem para o deslocamento até o ponto C, e assim sucessivamente.

EXEMPLO DE PROGRAMAÇÃO:

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B 30 0

B C 20 -10

C D 30 0

D E 0 -20

∅ 80

∅ 30

20 10x45°

A

C

B

D E

C

X

B

A Z

69

6.2 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS

a)

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B

B C

C D

D E

E F

F G

G H

MOVIMENTO COORDENADAS INCREMENTAIS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B

B C

C D

D E

E F

F G

G H

∅ 90

E 10

∅ 40

∅ 50

20

10x45°

H G

D

F

B

A

10

C

70

b)

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B

B C

C D

MOVIMENTO COORDENADAS INCREMENTAIS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

A B

B C

C D

40

∅ 10

0

R40

A

CD

B

71

c)

POSIÇÃO A:

MOVIMENTO COORDENADAS INCREMENTAIS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

40

∅ 2

5

∅ 40

Posição A

3 x 45° R 3

R 4

30 15 20 10

Posição B 1

2 3 4

5 6 7 8

10 9

72

POSIÇÃO B:

6.3 – PROGRAMAÇÃO

Um programa de usinagem CNC é uma lista de instruções codificadas que descrevem como

a peça projetada será usinada. Cada linha do programa é chamada de bloco, e estes blocos são

executados seqüencialmente. Nem todos os códigos estão ainda sob controle da norma internacional

ISO. Por isso, o mesmo código pode ter um significado diferente dependendo do comando

(Siemens, fanuc, Mach, etc.) ou da mudança de máquina (torno e fresa). A Tabela 6.1 fornece uma

lista de caracteres que vão estar presentes em um programa CNC.

MOVIMENTO COORDENADAS INCREMENTAIS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

MOVIMENTO COORDENADAS

ABSOLUTAS

PARTIDA META EIXO

DE PARA X Z

1 2

2 3

3 4

4 5

5 6

6 7

7 8

8 9

9 10

73

Tabela 6.1 – Caracteres (siglas) presentes em um programa CNC

CARACTERE Significado O Número do programa N Número da linha (bloco) G Função preparatória X Movimento no eixo X Y Movimento no eixo Y Z Movimento no eixo Z I Distância incremental paralela ao eixo X J Distância incremental paralela ao eixo Y K Distância incremental paralela ao eixo Z

R Raio da trajetória da ferramenta/ Recuo da ferramenta no ciclo de desbaste - torno M Função miscelânea H Altura da ferramenta T Número da ferramenta S Rotação do eixo-árvore F Avanço

U Profundidade de corte em X no raio /material deixado em X para acabamento - torno W Material deixado em Z para acabamento - torno P Número de um sub-programa

; ou # Fim de bloco

Exemplo de um bloco: N20 G01 X20 Y30 Z2 F200 M03 S2000

O fabricante de máquinas de usinagem Denford (comando Fanuc) traz em seus programas

termos chamados de diretivas que são usados nos programas principalmente para auxiliar na geração

dos gráficos de simulação, definir o diâmetro e a altura das ferramentas.

Exemplos:

G21 [BILLET X100 Y90 Z20 Define o tarugo a ser usinado no sistema métrico com 100 mm em X, 90 mm em Y e 20 mm em Z. [EDGMOVE X0 Y0 Define o deslocamento do zero peça; [TOOLDEF T2 D4 Define a ferramenta 2 com 4 mm de diâmetro

As funções G (preparatórias) e M (miscelâneas) são funções que compõem basicamente um

programa CNC. As funções “G” definem à máquina o que fazer preparando-a para executar

74

movimentos e reconhecer unidades de medida. As funções “M” funcionam como botões

liga/desliga; a exemplo temos a função M08 que tem a liga o refrigerante de corte e M09 que

desliga. As Tabelas 6.2 e 6.3 mostram algumas funções G e M usadas regularmente em programas

de usinagem CNC.

Tabela 6.2 – Funções Preparatórias (Funções “G”)

CÓDIGO FUNÇÃO G00 Posicionamento rápido G01 Interpolação linear G02 Interpolação circular anti-horária (torre dianteira) G03 Interpolação circular horária (torre dianteira) G20 Sistema métrico em polegadas G21 Sistema métrico em milímetros G28 Retorno ao ponto de referência (ponto de troca de ferramenta) G40 Cancela as funções G41 e G42 G41 Compensação do raio - ferramenta à esquerda da peça G42 Compensação do raio - ferramenta à direita da peça G71 Ciclo de desbaste em X G70 Cancela o ciclo de desbaste e chama o acabamento G81 Ciclo de furação G80 Cancela o ciclo de furação G90 Coordenadas absolutas G91 Coordenadas incrementais G94 Avanço por minuto (fresadora) G95 Avanço por rotação (fresadora) G96 Velocidade de corte constante G97 Rotação constante (torno) G98 Avanço em mm/minuto (velocidade de avanço) (torno) G98 Retorno à posição inicial do ciclo de furação (fresadora) G99 Avanço em mm/rotação (torno) G99 Retorno à posição de referência R no ciclo de furação (fresadora)

Tabela 6.3 - Funções Miscelâneas (Funções “M”)

75

A

s funções “G” podem ser modais e não-modais. As funções modais, uma vez programadas,

permanecem na memória do comando, valendo para todos os blocos posteriores. Já as não-modais,

todas as vezes que requeridas, devem ser programadas, ou seja, são válidas somente nos blocos que

as contêm.

FUNÇÃO G00: Posicionamento rápido.

Os eixos movem-se para a meta programada com a maior velocidade de avanço disponível

para cada modelo de máquina. A função G00 é modal e cancela as funções G1, G2, G3 e G73.

FUNÇÃO G01: Interpolação linear com avanço programável.

Com essa função obtem-se movimentos retilíneos com qualquer ângulo, através de

coordenadas e com avanço (F) pré-determinado pelo programador. Geralmente nos tornos CNC

utiliza-se o avanço em mm/ rotação, podendo também ser utilizado em mm/minuto.

O avanço é um dado importante de corte e é obtido levando-se em conta o material, a

ferramenta e a operação a ser executada. A função G1 é modal e cancela as funções G0, G2, G3, e

G73.

FUNÇÕES: G2 E G3: Interpolar circular.

Tanto G2 como G3 podem executar operações de usinagem de arcos pré-definidos através de

uma movimentação apropriada e simultânea dos eixos.

Na programação de um arco deve-se observar as seguintes regras:

• O ponto de início do arco é a posição de início da ferramenta;

CÓDIGO FUNÇÃO M00 Parada programada M03 Ativa a rotação do eixo-árvore no sentido horário M04 Ativa a rotação do eixo-árvore no sentido anti-horário M05 Para a rotação do eixo-árvore M06 Troca automática de ferramentas M08 Liga o fluido de corte M09 Desliga o fluido de corte M30 Finaliza o programa M98 Chama o subprograma M99 Encerra o subprograma e volta ao programa principal

76

• Programa-se o sentido de interpolação circular (horária ou anti-horária) através dos códigos G2 e

G3;

• Juntamente com o sentido do arco programa-se as coordenadas do ponto final do arco X e Z e as

funções I e K (coordenadas para o centro do arco) ,ou então, a função R (valor do raio)

FUNÇÃO R: Definição do raio.

É possível programar “interpolação circular” até 180º com o auxílio da função R, definindo o

valor do raio sempre com o sinal positivo.

FUNÇÕES I e K: Coordenadas do centro do arco.

As funções I e K definem a posição do centro do arco, no qual:

I é paralelo ao eixo X;

K é paralelo ao eixo Z.

As funções I e K são programadas tomando-se coma referência a distância do centro do arco

até a origem do sistema de coordenadas.

Figura 6.6 - Funções I e K

Z(+)

K

R

X(+)

Centro do arco I

77

Notas:

A função “I” deve ser programada em diâmetro. Caso o centro do arco ultrapasse a linha de

centro deveremos dar o sinal correspondente ao quadrante.

O sentido de execução da usinagem do arco define-se em horário ou anti-horário, conforme

as figuras abaixo:

Figura 6.7 – Funções G02 e G03 para torre traseira (quadrante positivo).

G03 (ANTI-HORÁRIO)

X+

G02 (HORÁRIO)

G02 (ANTI-HORÁRIO)

G03 (HORÁRIO)

X+

78

Figura 6.8 - Funções G02 e G03 para torre dianteira (quadrante positivo).

Observação:

Para o fresamento temos:

EXEMPLO DE PROGRAMAÇÃO

N30 G00 X21. Z81#

N40 G1 Z80. F.25#

N50 X24. Z78.5#

N60 Z50.#

N70 G2 X44. Z40. R10.#

Ou

N70 G2 X44. Z40. I44. K50.#

N80 X50. Z25. #

N90 X74.#

N100 G3 X80. Z22. R3.#

Ou

N100 G3 X80. Z22. I74. K22.#

N110 Z#

Importante:

Antes da execução do bloco contendo a interpolação circular o comando verifica

automaticamente o arco e, se for geometricamente impossível a execução, o comando para

mostrando uma mensagem de erro. As funções G2 e G3 não são modais.

∅ 50

∅ 2

4

1525

80

R10 R3

∅ 80

1,5 x 45º

Z+

X+

G03

G02

X+

Y+

79

6.4 - EXEMPLOS DE PROGRAMAS CNC

Elabore um programa CNC para usinar as peças que se seguem:

a)

N10 O005

N20 G21

N30 [BILLET X19 Z50

N40 G98

N50 G28 U0 W0

N60 M06 T0101

N70 G97 S2500 M03

N80 G00 X19 Z0.5

N90 G71 U0.3 R0.25

N100 G71 P110 Q200 U0.2 W0.2 F90

N110 G00 X7 F70

N120 G01 Z0

N130 X9 Z-1

N140 Z-6

N150 G03 X12 Z-7.5 R1.5

N160 G01 Z-12

N170 G02 X16 Z-14 R2

N180 G01 Z-22

N190 X19 Z-31

N200 G00 X19.5

N210 G70 P110 Q200

N220 M05

N230 G28 U0 W0

N240 M30

R 2 R 1,5

1 x 45°

9 8 8 6

∅ 1

9

∅ 1

6

80

b) N10 O005

N20 G21

N30 [BILLET X19 Z50

N40 G98

N50 G28 U0 W0

N60 M06 T01

N70 G97 S2500 M03

N80 G00 X19 Z0.5

N90 G71 U0.3 R0.25

N100 G71 P110 Q200 U0.2 W0.2 F90

N110 G00 X3

N120 G01 Z0 F70

N130 X7 Z-2

N140 Z-5.5

N150 G03 X11 Z-7.5 R2

N160 G02 X16 Z-10 R2.5

N170 G01 Z-15

N180 X18.7 Z-18

N190 Z-30

N200 G00 X19.5

N210 G70 P110 Q200

N220 M05

N230 G28 U0 W0

N240 M30

2x45º

R 2.5 R 2

12 53 10

φ1 8.

7

φ 16

81

c)

N10 O0011 N20 G21 N30 [BILLET X76 Y50 Z20 N40 [TOOLDEF T04 D10 N50 [TOOLDEF T03 D6 N60 [TOOLDEF T08 D8 N70 G91 G28 X0 Y0 Z0 N80 M06 T04 N90 G43 H04 N100 G90 G00 X-7 Y0 Z3 S2500 M03 N110 Z-0.95 N120 G01 X0 F120 N130 X76 Y50 N140 X83 N150 Z-1.9 N160 X76 N170 X0 Y0 N180 G00 Z5 M05 N190 G91 G28 X0 Y0 Z0 N200 M06 T08 N210 G43 H08 N220 G90 G00 X-6 Y24 Z 3 S2500 M03 N230 Z-0.8 N240 G01 X0 F120 N250 G03 X26 Y50 R26 N260 G01 Y56 N270 Z-1.6 N280 Y50 N290 G02 X0 Y24 R26 N300 G00 Z5 N310 X50 Y-4 N320 Z-0.8 N330 G01 Y0 F120 N340 G02 X76 Y26 R26 N350 G01 X82 N360 Z-1.6 N370 X76 N380 G03 X50 Y0 R26 N390 G00 Z5 M05 N400 G91 G28 X0 Y0 Z0 N410 M06 T03 N420 G43 H03 N430 G90 G00 X8 Y42 Z5 S2500 M03 N440 G99 G81 X8 Y42 Z-1.5 R2 F70 N450 X38 N460 Y8 N470 X68 N480 G91 G80 G28 X0 Y0 Z0 M05 N490 M30

Canal A

Canal C

8

76

50 Canal B

830

8 30

R 26 (médio)

4 FUROS

8

Dados da peça:

• Canais A e C: largura 8 mm e profundidade 1.6

mm;

• Canal B: largura 10 mm e profundidade 1.9 mm;

• Quatro furos de Ø 6 mm e profundidade 1.5 mm;

• O material da peça é alumínio e o da ferramenta

é aço-rápido;

• Ferramentas a serem usadas:

o Fresa de topo de Ø 10 mm (T04);

o Fresa de topo de Ø 6 mm (T03);

o Fresa de topo de Ø 8 mm (T08).

82

d) N10 O0013 N20 G21 N30 [BILLET X76 Y50 Z20 N40 [TOOLDEF T04 D10 N50 [TOOLDEF T03 D6 N60 [TOOLDEF T08 D8 N70 G91 G28 X0 Y0 Z0 N80 M06 T04 N90 G43 H04 N100 S2500 M03 N110 G90 G00 X-7 Y5 Z3 N120 Z-0.95 N130 G01 X0 F120 N140 G03 Y45 R20 N150 G01 X-7 N160 Z-1.9 N170 X0 N180 G02 Y5 R20 N190 G00 Z5 N200 Y5 X83 N210 Z-0.95 N220 G01 X76 F120 N230 G02 Y45 R20 N240 G01 X83 N250 Z-1.9 N260 X76 N270 G03 Y5 R20 N280 G00 Z05 M05 N290 G91 G28 X0 Y0 Z0 N300 M06 T03 N310 G43 H03 N320 S2500 M03 N330 G90 G00 X20 Y25 Z3 N340 Z-0.75 N350 G01 X56 F120 N360 Z-1.5 N370 X20 N380 G00 Z5 M05 N390 G91 G28 X0 Y0 Z0 N400 M06 T08 N410 G43 H08 N420 G90 G00 X7.5 Y25 Z5 S2500 M03 N430 G99 G81 X7.5 Y25 Z-1.5 R2 F75 N440 X38 Y40 N450 Y10 N460 Y25 X68.5 N470 G91 G80 G28 X0 Y0 Z0 M05 N480 M30

4 FUROS

Canal B

Canal A Canal C

10

7.5 30,5

76

5050

Dados da peça:

• Canais A e C: largura 10 mm e profundidade 1.9 mm;

• Canal B: largura 6 mm e profundidade 1.5 mm;

• Quatro furos de Ø 8 mm e profundidade 1.7 mm;

• O material da peça é alumínio e o da ferramenta é aço-rápido;

• Ferramentas a serem usadas:

o Fresa de topo de Ø 10 mm (T04);

o Fresa de topo de Ø 6 mm (T03);

o Fresa de topo de Ø 8 mm (T08).

83

6.5 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS

Elabore um programa CNC para usinar as peças abaixo:

a)

Considerações:

• Ferramenta de metal-duro;

• O material da peça é aço ABNT 1020;

• A peça não é faceada;

• Uso de fluido de corte.

R 1

R 2,5

5 10 89 3

16

18

,7

12

84

b)

Considerações: • Os materiais das ferramentas são de aço-rápido e o da peça é bronze; • As superfícies do tarugo (180 x 120 x 30 mm) foram faceadas; • É necessário fazer a operação de acabamento; • Calcular a rotação e os avanços de acordo com as tabelas; • Escrever a letra inicial do seu nome no centro da peça. A altura da letra deverá ser de 30 mm e a

largura deve ser proporcional; • Ferramentas disponíveis: fresas de topo (2 dentes) com os seguintes diâmetros em mm: 5, 6, 7,

8 , 10, 12 e 20.

180

7 x 2,5 mm

6 furos)

12 x 1,5 mm

6 furos)

120 90

Canal com 8 mm de largura e 3 mm de profundidade

85

c) Considerações:

• Os materiais da peça e da ferramenta são aço ABNT 1020 e aço-rápido, respectivamente; • As profundidades dos canais devem ser usinadas em um único passe e as faces do tarugo (220 x

160 x 40 mm) foram faceadas;• É necessário o uso de fluido de corte;• Ferramentas disponíveis: fresas de topo com φ em mm de 3, 4, 5, 6, 7, 8, 16 e 30.

180

R75

80

Alojamento com 3 mm de prof.

15

10

20

120

Canal com 8 mm de largura e 2 mm de prof.

6 furos de φ 4 mm e 4 mm de prof.

Canal com 6 mm de largura e 2 mm de prof.

220

14

12

160

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