F. R. Faustino - Laboratório de Fenômenos de Superfície

 VIII Encontro de Iniciação Científica do LFS 03-04 maio de 2007, 44-48
Método para ensaios de avaliação de usinabilidade de
materiais metálicos utilizando torno CNC e torno
convencional (mecânico)
F. R . Faustino, J. O .Santos, I. F. Machado
Laboratório de Fenômenos de Superfície – LFS, Departamento de Engenharia Mecânica,
Escola Politécnica, Universidade de São Paulo – USP.
E-mail para contato: [email protected]
Resumo
É de conhecimento geral que a usinagem constitui-se num dos mais importantes
processos de fabricação da indústria metal-mecânica. Justamente por este motivo, a
preparação de equipamentos, tanto quanto a aferição dos instrumentos, apresentamse como fundamentais para a realização dos processos de usinagem. Um outro
aspecto importante é a usinabilidade dos materiais. Neste trabalho, apresentam-se
parâmetros de ensaio, onde são utilizadas diferentes velocidades de corte e mantida
a relação entre o avanço (f) e profundidade de corte (cp), para que o estado plano
seja alcançado. A ferramenta utilizada é do tipo plana sem quebra cavacos. Também
são utilizados um torno com Comando Numérico Computadorizado e torno mecânico
convencional. Este método permite a avaliação da usinabilidade de materiais
metálicos.
Palavras-chave: Usinagem,usinabilidade e esforços de corte..
Resumen
Es de conocimiento general que el maquinado constituye uno de los procesos de
fabricación más importantes de la industria metal-mecánica. Justamente por esta
razón, la preparación de equipos asi como la calibración de los instrumentos, son
fundamentales para la realización de los procesos de maquinado. Otro aspecto
importante es la maquinabilidad de los materials. En este trabajo, se presentan
parámetros de ensayo, donde son utilizadas diferentes velocidades de corte y
sostenida la relación entre el avance (f) y la profundidad de corte (cp), para que otro
estado plano pueda ser alcanzado. La herramienta utilizada es del tipo plana sin
quiebra de viruta. También son utilizados un torno de Control Numérico
Computarizado y torno mecánico convencional. Este método permite la evaluación de
la maquinabilidad de materiales metálicos.
Palabras clave: Maquinado, maquinabilidad, esfuerzos de corte.
1. INTRODUÇÃO
Os processos de usinagem envolvem a remoção de material para a
produção de um determinado componente ou peça. Esta remoção de material
visa: obtenção das formas finais, acabamento superficial adequado e se
alcançar os valores de tolerância requeridos [1]. Por exemplo, há alguns anos
atrás havia uma estimativa de que 1 milhão de toneladas de aço inoxidável era
usinados por ano [2].
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Dentre os processos de usinagem estão o torneamento, fresamento,
aplainamento e furação [1, 3]. Cada um desses processos apresenta
características específicas. Este trabalho da ênfase ao processo de
torneamento. O processo de torneamento consiste na utilização de
ferramentas com corte em um único ponto, o qual é fixo . A ferramenta
remove material de uma peça gira. O material produzido durante o corte nos
processos de usinagem é chamado de cavaco. Em princípio, o cavaco é
assumido como sendo uma fita contínua de largura constante, com um plano
de cisalhamento bem definido, o que na verdade não ocorre [3, 4]. A formação
de cavaco é um fenômeno que ocorre periodicamente.
2. MÉTODOLOGIA
A Figura 1 apresenta a montagem completa do torno CNC, para a
realização dos ensaios para a avaliação da usinabilidade.
a)
b)
Figura 1. Torneamento cilíndrico externo em diferentes ângulos.
2.1 Equipamentos
A Figura 2 apresenta o dispositivo (porta-ferramentas) com a pastilha ou
inserto fixado utilizado para a para a realização dos ensaios para a avaliação
da usinabilidade.
Figura 2. Porta ferramentas instrumentado para medir os esforços de corte,
pastilha TPUN 160304 BA55. A seta indica a pastilha.
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A Figura 3 (a) mostra o sistema de aquisição de dados, o torno CNC, e
instrumentos de metrologia. A Figura 3(b) mostra torno convencional com
corpo-de-prova.
a)
b) Figura 3. a) Sistema completo de ensaio CNC. b) Torno mecânico convencional
2.2 Corpos-de-prova (CP)
Para a realização do ensaio são utilizados corpos-de-prova de materiais
metálicos com diâmetros variados e com comprimento variando de 100 – 150
mm, com sobremetal para fixação na placa e na contra-ponta
2.3 Método
O método utilizado para avaliação da usinabilidade consiste no
torneamento cilíndrico externo. O torneamento pode ser feito usando o torno
mecânico ou CNC, em função das especificações desejadas. Neste método são
utilizadas diferentes velocidades de corte e mantida a relação entre o avanço
(f) e profundidade de corte (cp), para que o estado plano seja alcançado.
No torneamento em torno mecânico, o processo de preparação deste
equipamento obedece às seguintes etapas: 1. verifica-se o paralelismo da
ferramenta, com o uso da ponta giratória. A ferramenta esta referenciada em
relação ao centro da placa ao coincidir a ponta da ferramenta e da ponta
giratória; 2. fixa-se manualmente o CP na placa.3. passa-se o relógio
comparador no CP, que esta preso à placa e à ponta giratória para se
verificar o paralelismo. 4. inicia-se o torneamento.
No torneamento em torno CNC, a forma de preparação é diferenciada
daquela utilizada sob torno convencional, uma vez que o CNC dispõe de uma
linguagem ISO de preparação, que obedece aos seguintes passos : 1.
referenciam-se os eixos X e Z, com o objetivo de localizar o ponto "zero" ou
referência dos eixos; 2. prende-se o CP na placa e na ponta giratória. Neste
caso, trata-se de corpos-de-prova que já sofreram uma pré-usinagem em torno
convencional.3; referencia-se o ponto "zero" da peça, assim como o das
ferramentas. 4; o programa é carregado para a operação; inicia-se a operação
usando
o comando automático [5]. A figura 1 mostra o processo de
torneamento.
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3. RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE USINAGEM
3.1 Medidas das forças de corte.
A figura 7 mostra as forças de usinagem e suas componentes na operação
de torneamento. Fc é força de corte, Ft é força de avanço e Fp é força
passiva.[4].
Figura 7. Torneamento cilíndrico e suas componentes na operação.
3.2 Acabamento superficial
Findado o processo de usinagem, a rugosidade das superfícies torneadas é
medida, utilizando um rugosímetro (Mitutoyo SJ
201P), conectado ao
computador.
4. CONCLUSÕES
Este método de ensaio permite avaliar o comportamento do material
durante o processo de usinagem, bem como os resultados dos esforços de
corte e acabamento superficial, que são correlacionados com a usinabilidade
dos mesmos. O comando numérico CNC é um equipamento eletrônico capaz
de receber
informações por meio de entrada própria, compilar estas
informações e transmiti-las em forma de comando à máquina operatriz de
modo que esta, sem a intervenção do operador, realize as operações
programadas. Sua aplicação está na fabricação de peças complexas quando
precisão e repetibilidade são exigidas. A grande vantagem é o menor tempo
do operador ao lado da máquina.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. METALS HANDBOOK - Machining. USA: ASM. v.16. 1989
2. Tessler, M. B.; Barbosa, C. A.. A usinabilidade dos aços inoxidáveis. In:
INOX’96 (Seminário
Brasileiro do Aço Inoxidável), 3., São Paulo, 1992. São
Paulo, Núcleo Inox, 1992, pp. 151-167.
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3. Diniz, A. E.; Marcondes, F. C.; Coppini, N. L. Tecnologia da Usinagem dos
Materiais. São
Paulo. Editora Artliber. 2ª edição. 2000.
4. Ferraresi, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais.São Paulo. Edgard
Blücher ltda.1977.
5. Ferrer .J .G CTPA 5.65.2006.82P programação e comando open cnc . centro
SENAI fundação romi.
6. Prof. Francisco rocha.F.,Prof. Jose. A . Neves). Programação torno e
fresadora Denford comando FANUC Cefet –SP.