Seleção de Operações de Usinagem

1. Seleção de Operações de Usinagem • otimizar os processos de usinagem: restrições técnicas como restrições e otimização pelo aspecto econômico. • Restrições consideradas: • tecnológicas baseadas na teoria de usinagem; • peça; • material; • máquina; • ferramenta; • usuário. • restrições estabelecem limites para: profundidade de corte, avanço e velocidade de corte. 1

2. Restrições Tecnológicas • Com base na teoria de usinagem pode-se dizer que existem limites mínimo e máximo para os valores de : profundidade de corte, avanço e velocidade de corte. • Valores baixos de avanço e profundidade : retorno elástico ou abrasivo. Valores altos: desgaste de cratera. • Velocidade de corte: alta: desgaste por difusão, baixa: aresta postiça de corte. • Os limites podem ser estimados com base no material a ser usinado na ferramenta. • atmax, atmin, ftmax,ftmin, vtmax,vtmin. • Restrições relacionadas a peça • Deve-se considerar a rugosidade e tolerâncias dimensionais e geométricas relacionadas ao processo e aos máximos valores de avanço e profundidade de corte. asmax, fsmax. 2

3. Restrições relacionadas ao material usinado • Alguns pesquisadores consideram os valores máximos de velocidade e profundidade de corte dependentes do material: ahmax, vhmax. • Restrições relacionadas a máquina • O processo de usinagem gera esforços dinâmicos que excitam a estrutura da máquina e a peça usinada como resultado em algumas situações a superfície pode ficar ondulada ou com marcas, de um modo geral recomenda-se os seguintes limites para os parâmetros: avmax 7mm , avmin 0,15 mm, fvmin 0,04mm/volta, vvmax. • Restrições relacionadas a ferramenta • Avanço acima de um determinado limite altera o mecanismo de desgaste da ferramenta o máximo avanço depende da velocidade de corte. As dimensões da ferramenta limitam a profundidade de corte. akmax, fkmax, vkmax. 3

4. Restrições relacionadas ao usuário • usuários podem limitar por prática os valores de avanço, profundidade e velocidade de corte: aumax, fumax. • Limites • O valor máximo para um determinado parâmetro será o menor dos máximos e o valor mínimo será o maior dos mínimos, com isto pode-se obter: aamax,aamin, famax,famin, vamax, vamin. Condições de Usinagem em função das especificações da peça: rugosidade e tolerâncias dimensionais e de forma • Efeitos da Velocidade de Corte • aresta principal de corte - aresta postiça - temperatura • aumento da velocidade melhor acabamento • mais importante que a velocidade são o avanço e forma da ferramenta; • de um modo geral peça de aço e ferramentas de metal duro de 60 m/min a 400 m/min. 4

5. Efeito do avanço na rugosidade • Torneamento: f<<r ; h = f2/8r ; Ra/Rt=0,256 ; • f = ( 8 r Ra / 0.256 ) 0,5 ou usar tabela 8.1 • Fresamento: de topo análogo ao torneamento mas usar avanço por aresta • Fresamento tangencial A=Vf/Vc Rt=h=D ( A/z)2 * 1/(48A) onde D diâmetro da fresa, z:número de arestas de corte; usar + para fresamento discordante e - para concordante. • fz = 0.6 z (Ra/D)0.5 para fresamento concordante. • Efeito da profundidade de corte • para acabamento de 0,15 a 0,90 mm • raio da ponta da ferramenta deve ser 10% da profundidade de corte, em acabamento raio limitado a 1 mm. • asmax = 32 Ra / BHN0,8 ou tabela 8.1 5

6. Limites Operacionais e Interdependentes • Profundidade de corte em função do avanço • Estimar as forças permissíveis em cada direção considerando forças que causam: • movimento da peça; • cisalhamento por torsão; • tensões residuais de compressão; • deflexão angular acima do limite; • excedem o torque permitido; • deflexão da peça ou do porta-ferramenta acima do permitido; • excedem a potência ou torque disponível na máquina. • O menor valor em cada direção será considerado na seleção dos parâmetros de usinagem 6

7. Torneamento Fz = Cp au fv • Fresamento Fz = Ks a Br Fz (z/D) ; estimar Fa, Fh e Fv . • Pode-se calcular a máxima profundidade de corte para um determinado valor de avanço. • Profundidade de corte em função da operação • Algoritmo para determinar as profundidades de corte em desbaste, semi-acabamento e acabamento. • Valores elevados de profundidade de corte e avanço causam: perda da integridade superficial, elevada rugosidade, erros geométricos e outros devidos a esforços de usinagem elevados. • A quantidade de material que deve ser removida pelo passe final é asmin (dado na tabela 8.3) e deve ser adicionado a aamin a soma deve ser menor que asmax. 7

8. Algorítmo para determinação das condições de usinagem operações. 1) Obtenha o valor de asmax na tabela 8.1 em função da dureza e da rugosidade. 2) Calcule an (quantidade de material a usinar) se an < asmax vá para 10 senão vá para 3. 3) Calcule asm= asmax - aamin 4) Obtenha na tab 8.3 os valores de as , procurando com maior valor de avanço que tenham o valor de asmin ou menor, a profundidade de corte correspondente é as . Dentre as opções escolha com o maior valor de as . Se as >1.33 acmin então as=1.33 acmin. 5) Calcule Pg= an -asmax . 6) Compare Pg com as. Se Pg as vá para 11 senão vá para 7. 7) Calcule Bi , neste caso pelo menos três passes são necessários. O número de passes será B=(an - as)/(1.33 acmin) , arredonde para o proximo inteiro, número de passes=Bi +semi+acabamento. 8

9. 8) Calcule a distribuição das profundidades de corte ap = (an-as)/Bi 9) Se ap acmin vá para 12 senão vá para 13. 10) a=an , f é obtido na tabela 8.1 um único passe é necessário verifique se an > asmin , fim 11) Neste caso dois passes podem ser utilizados, selecione na tab 8.3 uma coluna com profundidade de corte com valor Pg e o máximo avanço compatíveis com asmin. Q assume o valor de asmin e então: acabamento a0=aamin +Q e f é obtido na tabela 8.1 e desbaste a1=an-a0 e f é obtido na tabela 8.3. Fim. 12) Nos passes de desbaste usar a=acmin e f correspondente a famax, semi acabamento as e f tabela 8.3 e o final com asmax e f da tabela 8.1. 13) Usar a=ap e corrigir o avanço recalcular Pg=an - Bi *ap -asmax ir para 11. • Exemplos. 9

10. Seleção da Velocidade de Corte • Antes de selecionar ferramentas e máquinas deve-se especificar os parâmetros de usinagem porque ferramentas e máquinas podem introduzir restrições artificiais. • Tempo de Usinagem pode ser calculado por: T= L / (z * n * fz) = L /vf • Fontes para selecionar a velocidade de corte • manuais de usinagem: Machining Data Handbook publicado pela Machinability Data Center, Metcut Research Associate Inc., Cincinnati , Ohio. Centre Technique des Industries Mecaniques na França e na Alemanha a Universidade de Aachen desenvolveu oum banco de dados denominado INFOS. 10

11. Classificação por Usinabilidade: grupo 1 mais difíceis, grupo 8 apresenta 100% . • Livros Técnicos. • Fabricantes de ferramentas. • Sistemas computadorizados : exemplo figura 9.1 • Otimização da Velocidade de Corte • Da equação do tempo de usinagem pode-se inferir que quanto maior a velocidade de corte menor o tempo de usinagem , mas como a ferramenta se desgasta em algum momento ela deverá ser substituída, de acordo com F.W. Taylor que em 1907 apresentou a relação entre vc e vida da ferramenta é: vc TL n= Cv . Até hoje esta expressão é utilizada. • Critérios de otimização utilizados mínimo custo ou máxima produção. • Velocidade de corte para mínimo custo e para máxima produção. 11

12. Aplicabilidade da velocidade de corte otimizada • A velocidade de corte é o fator mais importante na determinação do custo e tempo de usinagem. • definição de vida da ferramenta: ISO 3685 para torneamento e ISO 8688 para fresamento, baseia-se na largura média da região desgastada no flanco VB . Desgaste uniforme na região B então limite é VBB=0,3 mm, se não for uniforme então VBB=0,6 mm. A vida pode ser determinada também pela profundidade KT da cratera na superfície de saída KT = 0,06 + 0,3 * f . • Efeito do tamanho do lote: A vida deve ser compatível com o tamanho do lote. • Usinagem real de peças com ferramentas diferentes e diferentes números de peças, ver exemplo. • Dados para utilização da equação estendida de Taylor. Tabela 9.1 vale para ferramentas de carboneto não revestidas em torneamento ou fresamento frontal. 12