aula8

ENG03343 – Processos de Fabricação por Usinagem

Aula 8 – Força e Potência de Usinagem

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01/09/2010 1/13Prof. Dr. André João de Souza

Força de Usinagem

01/09/2010Prof. Dr. André João de Souza 2/13

Força de usinagem função {condições de corte (f, vc, ap), geometria da

ferramenta (, , ), desgaste da ferramenta, lubrirrefrigerante, outros}

Em Torneamento:

o F = Força de Usinagem

o Fc = Força de Corte

o Ff = Força de Avanço

o Fp = Força Passiva

o Fa = Força Ativa

Força de Usinagem


2 2 2a c f

2 2 2a p

F F F

F F F

Forças no Fresamento


Forças na Furação


Grandezas do Processo


Grandezas do processo de usinagem:

o r= ângulo de posição (ou direção)

o ap = profundidade de corte

o f = avanço

o b = largura de usinagem

o h = espessura de usinagem

r

h

.rap

f

b

h

p

r

a hsen

b f

p

c s

A a f b h

F k A

Força de corte é o principal fator no cálculo da potência necessária a

usinagem. Depende principalmente:

o do material a ser usinado;

o das condições efetivas de usinagem;

o da seção de usinagem;

o do processo.

A equação fundamental da força de corte (também denominada de

equação de Kienzle) permite relacionar as constantes do processo de

usinagem com o material a ser usinado.

Conceitualmente, esta equação independe do processo de usinagem:

Força de Corte


c s c s p c sF k A F k a f F k b h

Pressão específica de corte – ks

Pressão específica de corte, fatores de influência e considerações

o ks = fator puramente matemático;

o Influenciado pelo material, em especial a resistência e os elementos de liga;

o Influenciado pela geometria da ferramenta.

ks1 representa o valor da pressão específica para um cavaco com área da

seção transversal A = 1 mm2 (b = 1 mm, h = 1 mm).

o Para cada material existe um valor de pressão específica de corte ks1 e um

expoente z.

Pressão Específica de Corte


s1s z

kk

h

1 zs1 p1 z

c s c s1 c z

r

k a fF k A F k b h F

sen

Equação:

Condições de experimentação:

o vc = 90 a 120 m/min ap = 1 mm

h = 0,1 a 1,4 mm corte a seco

o Ângulos da ferramenta para corte de aço:

= 5o r = 79o = 6o = 4o r = 90o

o Ângulos da ferramenta para corte de fofo:

= 5o r = 83o = 2o = 4o r = 90o

OBS: Kienzle sugere um aumento ou redução de 1 a 2% de ks para cada

diminuição ou aumento de 1o no ângulo , respectivamente.

Equação de Kienzle


1 zc s1F k b h

Velocidade de corte:

Fatores de Influência em ks


Avanço:

Profundidade de corte: Fluido de corte:

Material da Peça:

Fatores de Influência em ks


Material da Ferramenta:

Ângulo de Saída: Ângulo de Posição:

r

A potência de corte Pc é o mais importante fator para selecionar uma

máquina-ferramenta:

o Pc = potência de corte [kW]

o Fc = força de corte [N]

o vc = velocidade de corte [m/min]

A potência de avanço Pf é calculada por:

o Pf = potência avanço [kW]

o Ff = força de avanço [N]

o vf = velocidade de avanço [mm/min]

A potência do motor Pm é dada por:

o Pm = potência do motor [kW]

o Pc = potência de corte [kW]

o = rendimento ou eficiência

Potência de Corte


c cc

F vP

60000

f f f cP F v P

cm

PP

1 cv = 735,55 W

A Taxa de remoção de material Q mede a produtividade em termos da

quantidade de material removido pela máquina-ferramenta em período

específico de tempo ou volume específico de material removido.

o Q = volume removido no tempo [cm3/min]

o A = área da seção de corte [mm2]

o vc = velocidade de corte [m/min]

Exemplo Numérico:

Deseja-se tornear um eixo de aço ABNT 1040 com 100 mm usando ap = 2,0 mm e

f = 0,5 mm/volta. Para tanto, tem-se uma ferramenta MD com r = 85o e = -6o.

Se Pm = 10 CV:

(a) determine o valor da velocidade de corte para que 90%;

(b) se n = 600 rpm, determine qual deve ser o valor de r para que 80%.

Taxa de Remoção de Material


c p cQ A v a f v

(a) determine o valor da velocidade de corte para que 90%

Para o aço ABNT 1040 com = -6o , tem-se:

Então:

Solução do Exemplo Numérico

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1 z 0,83c s1F k b h 2490 2,008 0,498 2,803 kN

p

or

or

a 2b 2,008 mm

sen sen 85

h f sen 0,5 sen 85 0,498 mm

s1 s1k (1 0,015 (6 ( 6))) 2110 k 2490

1 z 0,83

m

c c

c

54000 P 54000 7,3555v v

F 2803142 m / min

c c c

m

m

P F v0,9 0,9 P

P 60000

(b) se n = 600 rpm, determine qual deve ser o valor de r para que 80%.

Considerando que 75o < r < 90o, tem-se portanto:

Então, para uma rotação n = 400 rpm, calcula-se o ângulo de posição:

Solução do Exemplo Numérico

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1 z 0,83s1 p m

c cz 0,17

cr r

k a f 60000 P 2490 2 0,5 60000 7,3555F F 0,8

v ( 100 n /1000)sen sen

0,17o

1 0,83

0,17o

2 0,83

0,8 60000 1000 7,3555 sen 75n 398,81 rpm (mínimo)

100 2490 2 0,5

0,8 60000 1000 7,3555 sen 90n 401,17 rpm (máximo)

1000 2490 2 0,5

10 ,170,83

1r r

2490 2 0,5 100 400sen

0,8 60000 1000 7,3555o79,4

OBS: para uma rotação n = 600 rpm, = 150%!

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