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Prática de Fresamento frontal

Laboratório

Processos de Fabricação

Fresamento Frontal

Influência das condições de usinagem nos esforços de

corte e na rugosidade da peça.

Acadêmico:

Árlei Huebra Póvoa

Disciplina: Usinagem dos materiais

GRUFAB / Departamento de Engenharia Mecânica

São João del-Rei, 22 de Junho de 2009

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Sumário

1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 4

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................. 4

3.1. FRESAMENTO ..................................................................................................................... 4

3.2. TIPOS FUNDAMENTAIS DE FRESAMENTO ................................................................ 5

3.3. PARÂMETROS DE USINAGEM NO FRESAMENTO ................................................... 8

3.4. RUGOSIDADE .................................................................................................................... 12

3.5. FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE ............................................................................. 14

4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ............................................................................. 15

5. RESULTADOS ........................................................................................................................ 18

6. ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................................................ 28

7. CONCLUSÕES ........................................................................................................................ 29

8. REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS ...................................................................................... 30

Resumo

Neste trabalho é feita a análise dos esforços de corte e o acabamento superficial de

corpos de prova que foram submetidos ao processo de fresamento. Corpos de prova de

aço ABNT 1045 serão submetidos ao fresamento frontal e a partir da potência medida no

instante dos ensaios serão obtidos os esforços de corte como cada um deles é afetado por

cada variação nos parâmetros de usinagem. Será feita também uma abordagem a respeito

do acabamento superficial do corpo de prova.

Palavras – chave: Rugosidade; Fresamento; Potência de corte.

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1. INTRODUÇÃO

A usinagem é o processo de fabricação que consiste em alterar as dimensões de uma

peça pela retirada ou produção de cavaco. Nos dias atuais, qualquer aprimoramento, que

seja na máquina, ferramenta, material ou processo, converte-se em redução de custos de

fabricação. As empresas fabricantes de ferramentas estão em constantes pesquisas e

desenvolvimentos, inclusive com geometrias específicas para determinados trabalhos.

Informações como esforços de corte e potências de usinagem são de fundamental

importância para os fabricantes de máquinas operatrizes, proporcionando assim, condições

de executar seus projetos de produtos mais próximos da realidade e com custo final

apropriado à demanda de mercado.

Assim como em outros processos de usinagem, no fresamento a remoção de

material e a geração da superfície usinada ocorrem em decorrência do movimento relativo

entre peça e ferramenta. Há dois movimentos a considerar, o de rotação da ferramenta e o

de avanço da peça. Em determinados casos, a ferramenta também pode realizar os dois

movimentos.

A variedade de tipos de máquinas, a flexibilidade destas e a diversidade de tipos de

ferramentas tornam o fresamento de larga aplicação para a usinagem de peças. Suas

vantagens são encontradas na variedade de formas e superfícies que podem ser geradas, na

qualidade do acabamento da superfície usinada e nas altas taxas de remoção de cavaco.

No fresamento, o processo de corte é intermitente e o cavaco possui uma espessura

variável. A cada revolução da ferramenta, cada um dos seus gumes remove uma certa

quantidade de material da peça.

As ferramentas de fresar são denominadas fresas e geralmente são providas de vários

gumes dispostos ao redor do seu eixo de rotação. As máquinas-ferramenta que realizam o

processo de fresamento são denominadas fresadoras. Elas são construídas de modo a

assegurar os movimentos necessários para a remoção do cavaco e para a geração da

superfície usinada.

4

2. OBJETIVOS

O trabalho propõe-se a realizar ensaios experimentais para verificar como as

condições de usinagem avanço por dente , velocidade de corte , e velocidade de

avanço influenciam na rugosidade superficial da peça e nos esforços de

corte.

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. FRESAMENTO

Segundo DINIZ et al (2008), o fresamento é a operação de usinagem que se

caracteriza por:

A ferramenta, chamada fresa, é provida de arestas cortantes dispostas

simetricamente em torno de um eixo;

O movimento de corte é proporcionado pela rotação da fresa ao redor do seu

eixo;

O movimento de avanço é geralmente feito pela própria peça em usinagem, que

esta fixada na mesa da máquina, o qual obriga a peça a passar sob a ferramenta

em rotação, que lhe dá forma e dimensão desejada.

Os movimentos no processo de usinagem são movimentos relativos entre a peça e a

aresta cortante. Por convenção, estes movimentos são referidos à peça considerada como

parada, devendo ser distinguidos duas espécies de movimentos: os que causam diretamente

a saída do cavaco e aqueles que não tomam parte na formação do cavaco. O movimento

efetivo de corte é o qual origina diretamente a saída do cavaco, que é, na maioria das

vezes, resultante do movimento de corte e do movimento de avanço (KRABBE, 2006).

5

Figura 1 – Movimento instantâneo do ponto de referência no momento de corte (FERRARESI, 1970)

3.2. TIPOS FUNDAMENTAIS DE FRESAMENTO

Segundo a posição do eixo-árvore da máquina-ferramenta, o fresamento é

classificado em horizontal, vertical ou inclinado.

Segundo a disposição dos dentes ativos da fresa, classifica-se a operação da seguinte

maneira:

Fresamento frontal: operações nas quais os dentes ativos da fresa estão na

superfície frontal da ferramenta – o eixo da fresa é perpendicular à superfície

gerada. (Figura 2a)

Fresamento tangencial: operações nas quais os dentes ativos estão na superfície

cilíndrica da ferramenta – o eixo da fresa é paralelo à superfície que está sendo

gerada. (Figura 2b)

Figura 2 - (a) Fresamento frontal; (b) Fresamento tangencial (www.cimm.com.br)

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O fresamento tangencial ainda pode ser dividido em fresamento concordante e

discordante. Para melhor entendimento, deve- se definir o ângulo de contato percorrido

pelo dente no processo de usinagem. Define-se ângulo de contato o ângulo delimitado

pela linha radial que passa pelo centro da fresa até o ponto de contato dente-peça e outra

linha que passa pelo ponto onde a espessura de cavaco é zero (KRABBE, 2006).

A definição clássica para fresamento concordante é relatada como sendo o

fresamento no qual, na região de penetração do dente da fresa na peça, o sentido do

movimento de corte, conforme pode ser visualizado na Figura 3 coincide (concorda) com o

sentido do movimento de avanço. Neste tipo de movimento a aresta de corte penetra na

peça, o faz como espessura máxima de cavaco (ponto B) e prossegue até atingir um valor

de espessura igual a zero (ponto A) (FERRARESI, 1970). O ângulo começa com um

valor máximo e decresce até zero.

Figura 3 - Fresamento tangencial concordante (KRABBE, 2006)

No fresamento discordante (Figura 4), o sentido do movimento de corte, na região de

penetração do dente na peça é contrário (discorda) ao sentido do movimento de avanço.

Neste fresamento, a espessura de corte aumenta progressivamente de zero (ponto A)

até um valor máximo (ponto B). Para ente sentido de movimento cresce de zero até um

valor máximo. Assim, no momento da entrada do gume, não há corte, mas apenas o

esmagamento de material. Conseqüentemente os esforços e a tendência a vibrações na

ferramenta são maiores.

7

Figura 4 - Fresamento tangencial discordante (KRABBE, 2006)

As vantagens do fresamento concordante, quando comparado com o discordante,

são:

Menor desgaste e, como conseqüência, maior vida da ferramenta;

Melhor qualidade superficial;

Menor potência requerida para o corte;

A força resultante empurra a peça contra a mesa onde está fixada, reduzindo os

efeitos de vibração.

Deve-se preferir o fresamento discordante nas seguintes situações:

Quando existe folga no fuso da mesa da máquina-ferramenta;

Quando a superfície da peça tiver resíduo de areia de fundição, ou for muito

irregular ou o material for proveniente de processos de forjamento.

No fresamento frontal, não se aplica totalmente a definição de fresamento

concordante e discordante. Nos fresamentos frontais simétricos de rasgo (Figura 5A) e

comum (Figura 5B), a definição realmente não se aplica, pois a primeira metade do contato

do dente da fresa com a peça, a espessura de corte cresce (o que poderia ser chamado de

corte discordante) e na segunda metade deste contato, a espessura diminui (o que poderia

ser chamado de corte concordante) (KRABBE, 2006).

8

Figura 5 - (A) Fresamento frontal simétrico de rasgo; (B) Fresamento frontal simétrico comum (KRABBE,

2006)

Outros tipos de posicionamento da fresa em relação à peça e nas relações

geométricas entre diâmetro da peça e largura da fresa, tem - se os fresamentos frontais

assimétricos. Tem – se esta definição em função do fato do corte não ser realizado com o

eixo central da fresa posicionado no centro da largura fresada de simetria da fresa.

Pode – se nestes casos classificar o fresamento em discordante(Figura 6A ) quando, na

maior parte do contato do dente com a peça, a espessura crescer e em fresamento

concordante (Figura 6B), quando, na maior parte do contato entre o dente e a peça, a

espessura do corte decrescer.

Figura 6 - Fresamento com espessura do cavaco: (A) Crescente; (B) Decrescente (KRABBE, 2006)

3.3. PARÂMETROS DE USINAGEM NO FRESAMENTO

Avanço (f)

No fresamento, o avanço é a distância linear percorrida por um conjunto de dentes

que compõe uma ferramenta durante uma rotação completa dessa ferramenta. É medido no

9

plano de trabalho. Para escolha do avanço em uma operação de fresamento, vários fatores

devem ser levados em consideração, por exemplo, tipo da fresa, material da ferramenta,

acabamento da superfície, potência da máquina, etc. (DINIZ et al, 2008).

Velocidade de avanço (Vf)

É a velocidade instantânea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de

avanço, em relação à peça. No fresamento, o movimento de avanço é provocado pela

translação da ferramenta sobre a peça ou vice-versa. A direção da velocidade de avanço é,

então, radial ao eixo da ferramenta (Figura 8).

Profundidade de corte (ap)

É a quantidade que a ferramenta penetra na peça, medida perpendicularmente ao

plano de trabalho (na direção do eixo da fresa). No fresamento frontal, ap corresponde à

profundidade de corte (

Figura 7) e no fresamento tangencial, à largura de corte.

Penetração de trabalho (ae)

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É a quantidade que a ferramenta penetra na peça, medida no plano de trabalho e

perpendicular à direção de avanço (

Figura 7). Segundo DINIZ et al (2008), o crescimento de tende a causar uma

forte queda da vida da ferramenta, pois à medida que cresce aumenta o ângulo de

contato fresa – peça , aumentando também a temperatura da ferramenta.

Figura 7 - Ilustração de ap e ae no fresamento frontal (STOETERAU)

Número de dentes da fresa (z)

Dependendo do número de dentes da fresa, ela pode ser classificada como fresa de

passo largo (poucos dentes), usada para desbaste pesado e máquinas de pouca potência, de

passo médio (número intermediários de dentes), usadas no desbaste médio de aços e

desbaste pesado de ferro fundido, e de passo fino (número grande de dentes), indicada para

acabamento de aços ou materiais que formam cavacos longos. Segundo DINIZ et al

(2008), quanto menor o avanço por dente, e conseqüentemente, maior o número de dentes

para um determinado avanço por volta, melhor o acabamento superficial da peça.

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Avanço por dente (fz)

É a distância linear percorrida por um dente da ferramenta no intervalo em que dois

dentes consecutivos entram em corte. Também é medido no plano de trabalho. De acordo

com DINIZ et al (2008), uma modificação de altera a espessura média do cavaco, isso

ocorre porque quando aumenta – se a velocidade de corte ,mantendo – se constante a

velocidade de avanço e a potência consumida no corte, obtém – se uma redução na força

de corte e conseqüentemente na pressão específica de corte , o que causa um

acréscimo na espessura de corte .

Velocidade de corte (VC)

É a velocidade instantânea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de

corte, em relação à peça (Figura 8). No fresamento, o movimento de corte é proporcionado

pela rotação da ferramenta. Segundo DINIZ et al (2008), uma alteração na velocidade de

corte significa uma mudança do avanço por dente , se a velocidade de avanço for

mantida constante. Assim uma alteração na rotação da fresa, visando mudar a velocidade

de corte vai ocasionar uma alteração do avanço por dente, exceto no caso em que a

velocidade de avanço for alterada na mesma proporção, já que:

Onde rotação da fresa;

D = diâmetro da fresa;

z = número de dentes da fresa.

Figura 8 - Velocidade de avanço e de corte no fresamento (www.cimm.com.br)

ESPESSURA DO CAVACO (h)

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No fresamento,quando o centro da ferramenta não está posicionado geometricamente

dentro de (Figura 9), a espessura do cavaco será sempre menor que o avanço por dente

( ). Desta maneira, o valor de não é um parâmetro suficientemente representativo para

se determinar com exatidão uma determinada condição de usinagem (KRABBE, 2006).

Para estes casos outro parâmetro adquire mais importância e representatividade: a

espessura média do cavaco.

A espessura média do cavaco leva em consideração o diâmetro da fresa, as relações

geométricas de posicionamento entre fresa e peça e o avanço por dente (Figura 10).

Figura 9 - a) hmax=fz; b) hmax < fz (KRABBE, 2006)

Figura 10 - Parâmetros envolvidos no calculo da espessura média (KRABBE, 2006)

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Onde:

Espessura média do cavaco

Avanço por dente

Ângulo de posição

Ângulo entre o ponto de saída (ou entrada no fresamento concordante) do

dente e a vertical

Ângulo entre o ponto de entrada (ou saída no fresamento concordante) do

dente e a vertical

Ângulo de contato entre o dente e a peça

Para o caso de fresamento tangencial, que se caracteriza por ter a entrada ou a saída

do dente de corte igual a zero e para um ângulo de posição da fresa igual a 90°, a equação

para o calculo de se reduz a:

3.4. RUGOSIDADE

A rugosidade de uma superfície é definida pelas irregularidades finas ou erros micro-

geométricos da ação inerente ao processo de corte. A rugosidade superficial é utilizada

para controlar o processo de fabricação, sendo avaliada com aparelhos eletrônicos, a

exemplo do rugosímetro, em diversas considerações (ESPANHOL, 2008).

Parâmetros de rugosidade são procedimentos usados para avaliar o acabamento

superficial de um componente. Dentre todos, o mais usado é o da rugosidade média .

Rugosidade média :

Média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento dos pontos do

perfil de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição. Essa

grandeza pode corresponder à altura de um retângulo, cuja área é igual a soma absoluta das

áreas delimitadas pelo perfil de rugosidade e pela linha média, tendo por comprimento o

percurso de medição (Figura 11). Esse parâmetro é conhecido como (roughness

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average) que significa rugosidade média. O desvio médio aritmético é expresso em

micrometro (μm). (AMORIM, 2002 e ESPANHOL, 2008)

Figura 11 - Percurso de medição de rugosidade Ra (ESPANHOL, 2008)

A rugosidade de uma peça manufaturada é afetada por diversos fatores, desde o

processo de fabricação até a geometria da ferramenta, passando pelos parâmetros de corte.

Rugosidade máxima :

Definida como o valor das rugosidades parciais (Zi) que se apresentam no percurso

de medição (lm). Por exemplo, na Figura 12, o maior valor parcial é o Z3, que está

localizado no 3º cut off (comprimento de medição), e que corresponde à rugosidade Ry

Figura 12 - Rugosidade Ry (ESPANHOL 2008)

3.5. FORÇAS E POTÊNCIAS DE CORTE

No processo de fresamento, a potência de corte consumida na operação varia a todo

instante devido à variação do número de dentes no corte e à espessura do cavaco. Assim,

tanto no fresamento tangencial como no fresamento frontal, a potência média de corte é

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calculada com um valor médio de Ks, utilizando – se um valor médio para espessura do

cavaco (DINIZ et al, 2008 e KRABBE, 2006). Assim:

A pressão específica de corte de referência é um parâmetro importante para se

determinar a potência necessária para uma operação de usinagem. Segundo KRABBE

(2006), seu valor é determinado como sendo a força tangencial ( necessária para cortar

um cavaco com uma seção de um milímetro quadrado (Figura 13).

No fresamento, existem vários fatores que influenciam no consumo de potência. De

acordo com KRABBE (2006), existem também, diversas maneiras extremamente

complicadas de se calcular a potência necessária para o fresamento. Uma boa aproximação

é o calculo em função da quantidade de material removida no tempo e da pressão

específica de corte média.

Onde número de arestas no corte.

Figura 13 - Representação gráfica da força tangencial de corte (KRABBE, 2006)

4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

Metodologia

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Corpos de prova de aço ABNT 1045 serão usinados em um Centro de Usinagem SV

– 40 – MORI SEIKI (Figura 14), com variações nos parâmetros . Em cada ensaio,

a variável de resposta potência elétrica será monitorada por fase da máquina (trifásica).

Com isto poder – se – á estabelece uma relação entre a variação das condições de usinagem

e os esforços de corte.

Após cada ensaio, será observada a rugosidade das diversas peças utilizando um

Rugosímetro MITUTOYO Surftest – 211 possibilitando o estabelecimento da relação entre

condições de usinagem e a rugosidade superficial da superfície usinada.

A profundidade de corte foi mantida constante e igual a 1 mm.

As condições de corte para os ensaios de usinagem são mostrados na Tabela 1:

Tabela 1 - Condições de corte para os ensaios

Primeira etapa Segunda etapa Terceira etapa

Vf = 874 mm/min fz = 0,200 mm/rot.z Vc = 193 m/min

Vc

[m/min]

fz

[mm/rot.z]

Vc

[m/min]

Vf

[mm/min]

Vf

[mm/min]

fz

[mm/rot.z]

140 0,261 140 669 669 0,153

160 0,223 160 765 765 0,175

183 0,2 183 874 874 0,2

209 0,175 209 999 999 0,223

239 0,153 239 1142 1142 0,261

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Figura 14 - Centro de Usinagem SV - 40 - MORI SEIKI (www.eamtm.com)

Figura 15 - Rugosímetro portátil MITUTOYO Surftest – 211 (www.mitutoyo.com.br)

Especificação da ferramenta

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Inserto de MD ISO R245 – 12T3N – PM; CG 4030/P25, Sandvik classe GC – A,

com 3 camadas de cobertura, fresa de diâmetro 80 mm, , 6 arestas e fase

plana das arestas de 2 mm.

Suporte R245 080Q 27 12M, Sandvik, Tmax 145R/L260.22 (6 arestas).

Adaptador para fresa frontal C5 – 391 05 – 27 025, Sandvik.

Cone 05 – 390.272 – 40 040, Sandvik.

Material da peça

Para os ensaios serão utilizados corpos de prova de Aço ABNT 1045 laminado de

dimensões quadradas e iguais a 65 x 65 x 100 mm.

Kso = 1600 N/mm2 e z = 0,25

Posição relativa entre a peça e a ferramenta A ferramenta Esquema da operação de fresamento frontal

www.coromant.sandvik.com/br

Figura 16 - Ferramenta e posição relativa entre a peça e a ferramenta para os ensaios

Para o posicionamento utilizado, temos que:

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Ánalise dos resultados

A análise dos resultados será feita pela avaliação da potência consumida no corte e

da rugosidade média e máxima das superfícies usinadas, quando são alteradas duas

das variáveis de influência no processo. Para entender melhor este comportamento, cabe

lembrar que a velocidade de avanço em um processo de fresamento pode ser dada por:

Assim, ao variar a velocidade de corte sem alterar a velocidade de avanço da mesa da

máquina, o avanço por dente, como conseqüência, altera – se de uma maneira

inversamente proporcional.

Por outro lado, pode – se também alterar o avanço por dente, via uma variação da

velocidade de avanço e mantendo – se constante a velocidade de corte.

Pode – se ainda, variar – se as velocidades de avanço e de corte na mesma proporção

e, assim, manter – se constante o avanço por dente.

São estas alterações nas condições de usinagem que serão realizadas nestes ensaios

5. RESULTADOS

Primeira etapa:

Na primeira etapa dos ensaios, a velocidade de avanço foi mantida constante e igual

a 874 mm/min. Para isso foi necessário que se alterasse a velocidade de corte, alterando

assim o avanço por dente.

Segunda etapa

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Na segunda etapa, o avanço por dente foi forçado a manter – se constante e igual a

0,200 mm/rot.z, fazendo com que as velocidades de avanço e de corte variassem.

Terceira etapa

Nesta ultima etapa do ensaio, a velocidade de corte foi mantida constante e igual a

183 m/min, fazendo com que variassem a velocidade de avanço e o avanço por dente.

De acordo com o texto apresentado acima e com as fórmulas apresentadas, chegou –

se aos seguintes resultados:

Tabela 2 - Resultados obtidos

Primeira etapa

Vf Vc fz Po [KW]

Por fase Pt [KW]

Por fase

Pc [KW]

Vf=874[mm/mi

n]

Fc.z

[KN] hm [mm]

Livro Ksm[N/mm^2]

Sensor Ksm[N/mm^2]

Livro

874 140 0,261 0,181 1,150 0,969 66,522 0,155102 1023,411 2549,562

874 160 0,229 0,236 1,300 1,064 73,043 0,136086 1123,746 2634,309

874 183 0,200 0,192 1,138 0,946 64,943 0,118852 999,120 2725,010

874 209 0,175 0,192 1,200 1,008 69,199 0,103996 1064,601 2817,514

874 239 0,153 0,226 1,000 0,774 53,135 0,090922 817,462 2913,753

Segunda etapa

Vf Vc fz Po [KW]

Por fase Pt [KW]

Por fase

Pc [KW]

fz=0,2[mm/volta

]

Fc.z

[KN] hm [mm]

Livro Ksm[N/mm^2]

Sensor Ksm[N/mm^2]

Livro

669 140 0,200 0,238 0,901 0,663 59,462 0,118852 914,798 2725,010

765 160 0,200 0,200 1,250 1,050 82,353 0,118852 1266,968 2725,010

874 183 0,200 0,192 1,138 0,946 64,943 0,118852 999,120 2725,010

999 209 0,200 0,260 1,500 1,240 74,474 0,118852 1145,761 2725,010

1142 239 0,200 0,160 1,600 1,440 75,657 0,118852 1163,950 2725,010

Terceira etapa

Vf Vc fz Po [KW]

Por fase Pt [KW]

Por fase Pc [KW]

Vc=183[m/min] Fc.z

[KN] hm [mm]

Livro Ksm[N/mm^2

] Sensor Ksm[N/mm^2]

Livro

669 183 0,153 0,232 1,150 0,918 82,3318 0,090922 1266,644 2913,753

765 183 0,175 0,232 1,250 1,018 79,8431 0,103996 1228,356 2817,514

874 183 0,200 0,192 1,138 0,946 64,9428 0,118852 999,120 2725,010

999 183 0,223 0,232 1,300 1,068 64,1441 0,132520 986,833 2651,853

1142 183 0,261 0,232 1,500 1,268 66,6200 0,155102 1024,923 2549,562

1305 183 0,299 0,232 1,600 1,368 62,8966 0,177684 967,639 2464,381

1492 183 0,342 0,232 1,750 1,518 61,0456 0,203237 939,163 2382,973

1705 183 0,390 0,232 1,900 1,668 58,6979 0,231762 903,045 2306,001

21

Com os resultados obtidos acima, podemos exibir a variação dos esforços de corte de

acordo com as variações dos parâmetros propostas inicialmente.

Potência de corte (PC):

Figura 17 – Potência de corte x Velocidade de corte

Figura 18 - Potência de corte x Velocidade de avanço

Figura 19 - Potência de corte x Avanço por dente

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

100 150 200 250

Po

tên

cia

de

co

rte

[K

W]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Po

tên

cia

de

co

rte

[K

W

Vf (mm/min)

fz constante

Vc constante

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

0,100 0,200 0,300 0,400

Po

tên

cia

de

co

rte

[K

W

fz (mm/rot.z)

Vc constante

Vf constante

22

Força de corte (FC)

Figura 20 – Força de corte x Velocidade de corte

Figura 21 - Força de corte x Velocidade de avanço

Figura 22 – Força de corte x Avanço por dente

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

85,0

100 150 200 250

Forç

a d

e c

ort

e [

KN

]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

85,0

500 1000 1500 2000

Forç

a d

e c

ort

e [

KN

]

Vf (mm/min)

fz constante

Vc constante

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

85,0

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Forç

a d

e c

ort

e [

KN

]

fz (mm/rot.z)

Vc constante

Vf constante

23

Espessura média de corte (hm)

Figura 23 – Espessura média do cavaco x Velocidade de corte

Figura 24 - Espessura média do cavaco x Velocidade de avanço

Figura 25 – Espessura média do cavaco x Avanço por dente

0,080

0,090

0,100

0,110

0,120

0,130

0,140

0,150

0,160

100 150 200 250

Esp

ess

ura

mé

dia

[m

m]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160

0,180

0,200

0,220

0,240

500 1000 1500 2000

Esp

ess

ura

mé

dia

[m

m]

Vf (mm/min)

fz constante

Vc constante

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Esp

ess

ura

mé

dia

[m

m]

fz (mm/rot.z)

Vc constante

Vf constante

24

Pressão específica de corte (Ks) – Sensor

Figura 26 – Pressão específica de corte (Sensor) x Velocidade de corte

Figura 27 - Pressão específica de corte (Sensor) x Velocidade de avanço

Figura 28 - Pressão específica de corte (Sensor) x Avanço por dente

800,0

900,0

1000,0

1100,0

1200,0

1300,0

100 150 200 250

Ks

(Se

nso

r) [

N/m

m2

]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

800,0850,0900,0950,0

1000,01050,01100,01150,01200,01250,01300,0

500 1000 1500 2000

Ks

(Se

nso

r) [

N/m

m2

Vf (mm/min)

fz constante

Vc constante

800,0

900,0

1000,0

1100,0

1200,0

1300,0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Ks

(Se

nso

r) [

N/m

m2

fz (mm/rot.z)

Vf constante

Vc constante

25

Pressão específica de corte (Ks) – Teórica

Figura 29 - Pressão específica de corte (Teórica) x Velocidade de corte

Figura 30 - Pressão específica de corte (Teórica) x Velocidade de avanço

Figura 31 - Pressão específica de corte (Teórica) x Avanço por dente

20002100220023002400250026002700280029003000

100 150 200 250

Ks

(Te

óri

co)

[N/m

m2

]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

2000

2200

2400

2600

2800

3000

500 1000 1500 2000

Ks

(Te

óri

co)

[N/m

m2

]

Vf (mm/min)

fz vonstante

Vc constante

20002100220023002400250026002700280029003000

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Ks

(Te

óri

co)

[N/m

m2

]

fz (mm/rot.z)

Vf constante

Vc constante

26

Rugosidade

Através dos dados obtidos no rugosímetro (R1, R2, R3) para as rugosidades,

média e máxima, podemos estimar um valor para cada rugosidade através da média

aritmética dos valores mensurados.

Tabela 3 – Resultados obtidos para Rugosidade

Primeira etapa

Vf Vc fz Ra1 Ra2 Ra3 Ra

Vf cte. Ry1 Ry2 Ry3

Ry

Vf cte.

874 140 0,261 0,95 0,96 0,91 0,940 6,40 6,53 6,17 6,367

874 160 0,229 0,90 0,91 0,85 0,887 5,90 6,03 5,43 5,787

874 183 0,200 0,84 0,78 0,71 0,777 5,13 5,03 4,73 4,963

874 209 0,175 0,82 0,76 0,74 0,773 5,60 5,37 5,13 5,367

874 239 0,153 0,66 0,67 0,73 0,687 4,70 4,60 4,70 4,667

Segunda etapa

Vf Vc fz Ra1 Ra2 Ra3 Ra

fz cte. Ry1 Ry2 Ry3

Ry

fz cte.

669 140 0,200 0,91 0,93 0,88 0,907 6,00 6,03 6,13 6,053

765 160 0,200 0,81 0,91 0,95 0,890 5,63 5,43 5,90 5,653

874 183 0,200 0,84 0,78 0,71 0,777 5,13 5,03 4,73 4,963

999 209 0,200 0,65 0,7 0,71 0,687 4,60 4,47 4,87 4,647

1142 239 0,200 0,59 0,66 0,66 0,637 4,70 4,90 4,90 4,833

Terceira etapa

Vf Vc fz Ra1 Ra2 Ra3 Ra

Vc cte. Ry1 Ry2 Ry3

Ry

Vc cte.

669 183 0,153 0,91 0,87 0,88 0,887 5,87 5,40 5,80 5,690

765 183 0,175 0,86 0,92 0,93 0,903 5,67 6,17 5,97 5,937

874 183 0,200 0,84 0,78 0,71 0,777 5,13 5,03 4,73 4,963

999 183 0,223 0,83 0,79 0,85 0,823 5,20 5,57 5,67 5,480

1142 183 0,261 0,82 0,83 0,92 0,857 5,67 5,50 6,03 5,733

27

Com os resultados obtidos acima, podemos exibir a variação das rugosidades, média

e máxima, acordo com as variações dos parâmetros propostas inicialmente.

Rugosidade média (Ra)

Figura 32 – Rugosidade média x Velocidade de corte

Figura 33 - Rugosidade média x Velocidade de avanço

Figura 34 - Rugosidade média x Avanço por dente

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

100 150 200 250Ru

gosi

dad

e m

éd

ia (

Ra)

[μ

m]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

500 700 900 1100 1300Ru

gosi

dad

e m

éd

ia (

Ra)

[μ

m]

Vf (mm/min)

Vc constante

fz constante

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

0,100 0,150 0,200 0,250 0,300Ru

gosi

dad

e m

éd

ia (

Ra)

[μ

m]

fz (mm/rot.z)

Vc constante

Vf constante

28

Rugosidade máxima (Ry)

Figura 35 – Rugosidade máxima x Velocidade de corte

Figura 36 - Rugosidade máxima x Velocidade de avanço

Figura 37 - Rugosidade máxima x Avanço por dente

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

100 150 200 250

Ru

gosi

dad

e m

áxim

a (R

y) [μ

m]

Vc (m/min)

Vf constante

fz constante

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

500 700 900 1100 1300

Ru

gosi

dad

e m

áxim

a (R

y) [μ

m]

Vf (mm/min)

fz constante

Vc constante

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

0,100 0,150 0,200 0,250 0,300

Ru

gosi

dad

e m

áxim

a (R

y) [μ

m]

fz (mm/rot.z)

Vc constante

Vf constante

29

6. ANÁLISE DOS RESULTADOS

Partindo do princípio físico, quando há um aumento da velocidade, há uma

diminuição da potência consumida. Mas no fresamento devemos nos atentar a outros

fatores que podem também influenciar na potência de corte.

Na primeira etapa dos ensaios, manteve – se a velocidade de avanço constante. Deste

modo, à medida que aumenta, a rotação também aumenta. Além disto, .

Uma vez mantidos a constante, o acréscimo na rotação exige uma diminuição de que

por sua vez acarreta uma diminuição na espessura média do cavaco (Figura 24) e (Figura

25), fazendo com que aumente a pressão específica de corte (Figura 31) (Figura 29) e

conseqüentemente a força de corte (Figura 20) (Figura 22). Observamos uma discrepância

quando se analisa a pressão específica de corte medida e a teórica, a medida no sensor

possui características semelhantes à potência de corte quando a velocidade de avanço é

mantida constante. Como a seção do cavaco não varia, pode – se notar que a pressão

específica média medida no sensor varia proporcionalmente com a força de corte

calculada, tal fato também ocorre quando o avanço por dente é mantido constante. Pode se

observar tais fatos comparando a Figura 20 com a Figura 26, Figura 21 com Figura 27 e a

Figura 22 com a Figura 28.

Na segunda etapa, mantendo agora constante e aumentando simultaneamente e

percebe-se que a potência de corte já apresenta a característica esperada (Figura 17) e

(Figura 18). Ou seja, aumentando-se a velocidade de corte, há um acréscimo na rotação, a

qual trará um aumento na velocidade de avanço. Ressalta-se que uma vez mantido

constante, a pressão específica de corte média não se altera (Figura 29) e (Figura 30), pois

esta depende da espessura média do cavaco, que se mantém constante (Figura 23) e (Figura

24). Assim, a variação da potência de corte está diretamente ligada ao aumento da

velocidade de avanço (Figura 18).

Na terceira etapa, mantém – se constante. À medida com que cresce, cresce

também a potência de corte (Figura 18), o avanço por dente também cresce na mesma

proporção que a velocidade de avanço. Tal fato pode ser notado comparando os gráficos

mostrados para o consumo de potência (Figura 17) e (Figura 18), para a velocidade de

corte constante, ambos possuem os mesmos valores para a potência. Logo, com o

crescimento de e , há um aumento da espessura do cavaco (Figura 24) e (Figura 25)

causando uma diminuição na pressão específica de corte, tal fato se dá tanto para a teórica

30

quanto para a medida no sensor, como pode ser observado na (Figura 27), (Figura 28),

(Figura 30), e (Figura 31), pois estes dois parâmetros estão entrelaçados. Como a seção do

cavaco foi mantida constante, a força de corte apresenta a mesma característica de Ks nesta

etapa, (Figura 21) e (Figura 22).

De maneira geral, como a potência de corte e diretamente influenciada pela

velocidade de corte, o aumento desta incentiva fenômenos como difusão, abrasão e

oxidação, já que a temperatura de corte cresce. Além disso, a velocidade de corte aumenta

a força de impacto da aresta de corte com a peça, o que incentiva ainda mais a ocorrência

de lascamento e trincas de origem mecânica na aresta de corte.

Quanto às rugosidades, pode - se ver que tanto a rugosidade média e tanto a máxima

possui características semelhantes para os diferentes ensaios. Quando velocidade de

avanço foi mantida constante, percebemos que a rugosidade diminuiu com o aumento da

velocidade de corte (Figura 32) e (Figura 35), pois o aumento da rotação da fresa resulta

em um avanço por dente menor, possibilitando uma rugosidade menor. Por outro lado, com

o aumento de , pode- se notar um aumento das rugosidades (Figura 34) e (Figura 37).

Quando o avanço por dente foi mantido constante as rugosidades diminuíram

consideravelmente com o aumento da velocidade de avanço e com a velocidade de corte

(Figura 32) (Figura 33) (Figura 35) (Figura 36). Quando a velocidade de corte é mantida

constante, não se percebe grande influência nas rugosidades quando se altera e .

(Figura 33) (Figura 34) (Figura 36) (Figura 37). Com o aumento da velocidade de avanço,

há uma melhor expulsão dos cavacos, impedindo que os mesmos venham a atritar com a

superfície usinada, depreciando o seu acabamento superficial. Mas, à medida que o avanço

por dente aumenta, a rugosidade é diretamente influenciada.

7. CONCLUSÕES

Com este trabalho, fica evidenciada a importância dos parâmetros de corte na

usinagem. Mudanças nesses, podem acarretar serias conseqüências quanto ao produto

final, seja para melhor ou para pior. No mundo globalizado, mínimos detalhes estão sendo

analisados a fim de minimizar os gastos e maximizar os lucros, então, devem ser levadas

em considerações todas as variáveis que possam influenciar no fator econômico do

produto.

31

8. REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS

AMORIM, H. JOSÉ DE. Estudo da relação entre velocidade de corte,

desgaste da ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em

torneamento com ferramenta de metal duro .Porto Alegre:UFRS, 2002,

113p.

DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L. Tecnologia da usinagem

dos materiais. 6.ed. São Paulo: Artliber Editora, 2008. 262 p.

ESPANHOL, V. Análise dos esforços de corte e acabamento superficial

no torneamento de aço com ferramenta de superfície lisa e com quebra-

cavaco. Porto Alegre: UFRS, 2008, 83p.

FERRARESI, D. Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Edgard

Blücher, 1970, 751 p.

KRABBE, D. F. M. Otimização do fresamento do aço inoxidável

aeronáutico 15 – 5 PH. Campinas: UNICAMP, 2006, 119p