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Notas de Aula de Usinagem
Prof. Jos¶e Lu¶³s Silveira
Departamento de Engenharia Mec^anica
Escola de Engenharia/UFRJ
I Introdu»c~ao
Usinagem ¶e um processo de fabrica»c~ao que modi¯ca a forma de uma pe»ca atrav¶es da remo»c~ao de material. O material removido ¶e normalmente chamado de \cavaco", ou tamb¶em, \limalha" ou \apara".
I.1 Processos de usinagem
Aplainamento { ¶e um processo usado na fabrica»c~ao de pe»cas cuja superf¶³cie pode ser gerada por um movimento alternativo retil¶³neo realizado por uma ferramenta mono- cortante.
Torneamento { ¶e um processo usado na fabrica»c~ao de pe»cas com superf¶³cies de revolu- »c~ao, realizado com o aux¶³lio de uma ferramenta monocortante.
Fresagem { ¶e um processo vers¶atil de fabrica»c~ao, no qual a ferramenta, geralmente multicortante, gira e se desloca em uma trajet¶oria qualquer em rela»c~ao μa pe»ca.
I.2 Ferramenta Monocortante
² Aresta principal de corte - ¶e aquela cuja cunha indica a dire»c~ao de avan»co.
II.2.4 Movimentos passivos
S~ao aqueles que n~ao tomam parte direta na forma»c~ao do cavaco:
Movimento de posicionamento { ¶e aquele no qual a ferramenta ¶e aproximada da pe»ca antes da usinagem.
Movimento de profundidade { ¶e o que determina a camada de material a ser re- movida.
Movimento de ajuste { ¶e aquele que compensa o desgaste da ferramenta.
II.3 Dire»c~oes dos movimentos
Dire»c~ao de corte { ¶e a dire»c~ao instant^anea do movimento de corte.
Dire»c~ao de avan»co { ¶e a dire»c~ao instant^anea do movimento de avan»co.
Dire»c~ao efetiva de corte { ¶e a dire»c~ao instant^anea do movimento efetivo de corte.
II.4 Percursos ou trajetos da ferramenta sobre a pe»ca
Percurso de corte { lc [mm] - ¶e o espa»co percorrido sobre a pe»ca pelo \ponto de re- fer^encia" da aresta cortante segundo a dire»c~ao de corte.
² no torneamento lc = ¼:d
Percurso de avan»co { la [mm] - ¶e o espa»co percorrido sobre a pe»ca pela \ferramenta" segundo a dire»c~ao de avan»co.
Percurso efetivo de corte { le [mm] - ¶e o espa»co percorrido sobre a pe»ca, pelo \ponto de refer^encia" da aresta cortante, segundo a dire»c~ao efetiva de corte.
² no torneamento
lc = ¼:d le =
q l a^2 + l c^2
la = avan»co por volta
² no fresamento cil¶³ndrico tangencial
II.5 Velocidades
Velocidade de corte { v [m/min] - ¶e a velocidade instant^anea do ponto de refer^encia da aresta cortante, segundo a dire»c~ao e sentido de corte.
v =
lc 1000 :t
Velocidade de avan»co { va [mm/min] - ¶e a velocidade instant^anea da ferramenta, se- gundo a dire»c~ao e sentido de avan»co.
va =
la t
Velocidade efetiva de corte { ve [m/min] - ¶e a velocidade instant^anea do ponto de refer^encia da aresta cortante, segundo a dire»c~ao efetiva de corte.
ve =
sμ va 1000
¶ 2
μ (^) v a 1000
¶ v: cos '
² no torneamento
² no aplainamento
² fresamento cil¶³ndrico tangencial concordante e discordante
II.6.3 Angulo^ ´ da dire»c~ao efetiva de corte
E o ^^ ¶ angulo entre a dire»c~ao de corte e a dire»c~ao efetiva de corte.
sen ' =
AB
va
; cos ' =
BC
va ( AB = va:sen ' BC = va:cos '
tg ´ =
AB
BC + v
va:sen ' va:cos ' + v
sen ' cos ' + (^) vva Normalmente a velocidade de avan»co va ¶e pequena quando comparada com a veloci- dade de corte:
v À va ) ´! 0 Na opera»c~ao de roscamento ´ n~ao ¶e desprez¶³vel, pois representa o ^angulo de inclina»c~ao da rosca. Sendo ' = 90o
tg ´ =
va:sen 90o va:cos 90o^ + v
va v
la lc
a ¼:d
(ver tabela I.1 do livro Fundamentos da Usinagem dos Metais de Dino Ferraresi)
II.7 Superf¶³cies de corte
S~ao as superf¶³cies geradas na pe»ca pela ferramenta:
² Superf¶³cie principal de corte { ¶e a superf¶³cie de corte gerada pela aresta principal de corte da ferramenta.
² Superf¶³cie lateral de corte { ¶e a superf¶³cie gerada pela aresta lateral de corte.
As superf¶³cies de corte que permanecem na pe»ca s~ao chamadas superf¶³cies trabalhadas.
Avan»co de corte { ac [mm] - ¶e a dist^ancia entre duas superf¶³cies de corte consecutivas, medidas no plano de trabalho e perpendicular μa dire»c~ao de corte.
ac? v
ac ¼ ad : sen '
² no torneamento, ' = 90o^! ac ¼ ad : sen 90o^ = ad ² no torneamento, Z = 1! a = ad ¼ ac
Avan»co efetivo de corte { ae [mm] - ¶e a dist^ancia entre duas superf¶³cies de corte con- secutivamente formadas, medida no plano de trabalho e perpendicular μa dire»c~ao efetiva de corte.
ae ¼ ad : sen (' ¡ ´)
² no torneamento e no aplainamento: ' = 90o^ ; ad = a
ae ¼ a : sen (90o^ ¡ ´) = a : cos ´
² quando ´ ¼ 0, devido v À va, temos:
ae ¼ ad : sen ' = ac
Profundidade ou largura de corte { p [mm] - ¶e a profundidade ou largura de pene- tra»c~ao da aresta principal de corte, medida numa dire»c~ao perpendicular ao plano de trabalho. p ¶e chamado profundidade de corte:
² no torneamento
² no faceamento
² no aplainamento
² no fresamento frontal
² na fura»c~ao em cheio
A profundidade ou largura de corte p multiplicada pelo avan»co de corte fornece a ¶area da se»c~ao de corte S , p ¶e medida perpendicular ao plano de trabalho enquanto o avan»co de corte ac ¶e medido sempre no plano de trabalho.
Espessura de penetra»c~ao { e [mm] - ¶e a espessura de corte em cada curso ou revolu»c~ao (ciclo), medida no plano de trabalho e numa dire»c~ao perpendicular μa dire»c~ao avan»co.
II.9 Grandezas relativas ao cavaco
S~ao derivadas das grandezas de corte e obtidas atrav¶es de c¶alculo. N~ao s~ao id^enticas μas obtidas atrav¶es da medi»c~ao do cavaco.
Comprimento de corte { b [mm] - ¶e o comprimento de cavaco a ser retirado, medido na superf¶³cie de corte, segundo a dire»c~ao normal μa dire»c~ao de corte.
² no torneamento
sen  =
p b
! b =
p sen Â
onde  ¶e o ^angulo de posi»c~ao da aresta principal de corte.
Espessura de corte { h [mm] - ¶e a espessura calculada do cavaco a ser retirado, medida normalmente μa superf¶³cie de corte e segundo a dire»c~ao perpendicular μa dire»c~ao de corte.
² no torneamento
sen  =
h ac
! h = ac : sen Â
Area da se»^ ¶ c~ao de corte { (ou se»c~ao de corte) { S [mm^2 ] - ¶e a ¶area calculada da se»c~ao de cavaco a ser retirada, medida em um plano normal μa dire»c~ao de corte.
S = p : ac ou S = b : h Substituindo
ac = ad : sen ' =
a Z
: sen '
se obt¶em a express~ao geral:
S = p :
a Z
: sen '
² no torneamento e no aplainamento: ' = 90o^ ; Z = 1! S = p : a
² na fura»c~ao com broca de 2 navalhas: ' = 90o^ ; Z = 2 ; p = d 2
S =
d 2
a 2
a : d 4 ² no fresamento cil¶³ndrico tangencial { tr^es situa»c~oes podem ocorrer:
- na entrada da fresa: ' = 0o^ ; sen 0o^ = 0! S = 0
Espessura efetiva de corte { he [mm] - ¶e a espessura calculada do cavaco a ser reti- rado, medida normalmente μa superf¶³cie de corte e segundo a dire»c~ao perpendicular μa dire»c~ao efetiva de corte.
he =
h q 1 + tg^2 ´ : sen^2 Â
(dedu»c~ao ver Dino Ferraresi { p¶agina 15)
² Quando v À va ) ´! 0 ; tg ´! 0 e he ¼ h ² Para  = 90o:
he =
h q 1 + sen
(^2) ´ cos^2 ´
h q (^) cos (^2) ´+sen (^2) ´ cos^2 ´
h 1 cos ´
= h : cos ´
Area de se»^ ¶ c~ao efetiva de corte { Se [mm^2 ] - ¶e a ¶area calculada da se»c~ao do cavaco a ser retirado, medida em um plano normal μa dire»c~ao efetiva de corte.
Se = p : ae ou Se = be : he
III Geometria da Cunha Cortante da Ferramenta de
Usinagem
Cunha cortante ¶e a parte da ferramenta na qual o cavaco se origina, atrav¶es do movi- mento relativo entre a ferramenta e a pe»ca. As arestas que limitam a cunha cortante s~ao chamadas arestas de corte, que podem ser retil¶³neas, curvil¶³neas ou angulares.
III.1 Superf¶³cies
Superf¶³cies de folga { s~ao as superf¶³cies da ferramenta que defrontam com as superf¶³cies de corte, s~ao tamb¶em chamadas superf¶³cies de incid^encia. Estas superf¶³cies podem ter um chanfro junto a aresta de corte. A largura do chanfro ¶e representada por l®.
Superf¶³cie de sa¶³da { ¶e a superf¶³cie sobre a qual se forma o cavaco e por onde este desliza. Pode tamb¶em ter um chanfro, cuja largura ¶e representada por l°.
III.2 Sistemas de refer^encia
S~ao dois os sistemas de refer^encia usados para a determina»c~ao dos ^angulos das ferramentas:
² o sistema de refer^encia da ferramenta e
² o sistema efetivo de refer^encia.
O sistema efetivo ¶e din^amico, isto ¶e, considera-se a ferramenta movendo-se no seu trabalho de usinagem junto a pe»ca. Para determin¶a-lo deve-se levar em conta as condi»c~oes de usinagem, tais como: velocidade de corte e de avan»co, profundidade de corte, avan»co, material da pe»ca e da ferramenta etc. Este sistema interessa ao projeto da ferramenta.
² no torneamento, em dois casos, o plano de refer^encia da ferramenta n~ao ¶e perpendicular μa dire»c~ao de corte:
Plano de corte da ferramenta { ¶e o plano que passando pela aresta de corte, ¶e per- pendicular ao plano de refer^encia da ferramenta. No caso de arestas de corte curvas, este plano ¶e tangente a aresta de corte, passando pelo ponto de refer^encia.
Plano de medida da ferramenta { ¶e um plano perpendicular ao plano de corte e ao plano de refer^encia da ferramenta.
III.3.1 Angulos no sistema de refer^^ encia da ferramenta
a) ^Angulos medidos no plano de refer^encia
² Angulo de posi»^ c~ao  { ¶e o ^angulo entre o plano de corte e o plano de trabalho, medido no plano de refer^encia. E sempre positivo e situa-se fora da cunha de corte¶ de forma que seu v¶ertice indica a ponta de corte.
² Angulo de ponta^ ² { ¶e o ^angulo entre os planos principal e lateral de corte, medido no plano de refer^encia.
Vale a seguinte rela»c~ao:
 + ² + Âl = 180o
{ Um ^angulo de posi»c~ao menor que 90o^ faz com que o corte se inicie afastado da ponta da ferramenta, num lugar onde a ferramenta ¶e mais resistente e com mais condi»c~ao de suportar o impacto inicial. Para um ^angulo de 90o^ o corte se inicia subitamente em toda a aresta principal de corte.
{ A espessura do cavaco, para um mesmo avan»co, diminui com a redu»c~ao do ^angulo de posi»c~ao:
h = ac : sen Â
b =
p sen Â
Isto faz com que a for»ca de corte seja distribu¶³da em um comprimento maior da aresta de corte diminuindo o desgaste da ferramenta e aumentando sua vida, isto ¶e, o tempo necess¶ario entre a¯a»c~oes.
{ Para um ^angulo de posi»c~ao menor que 90o, a for»ca de usinagem ¶e decomposta em duas partes, sendo uma passiva e que comprime a ferramenta contra as guias e o fuso, diminuindo o perigo de vibra»c~oes devidas a folgas.
