MOVIMENTOS, GRANDEZAS E GEOMETRIA DA FERRAMENTA NO PROCESSO DE USINAGEM

Numa definição simples podemos definir usinagem como  sendo o processo de fabricação onde há a remoção do cavaco. Numa definição mais abrangente  podemos dizer que é operação que ao conferir à peça  a forma, as dimensões , o acabamento, ou ainda, a combinação destes itens , produzem cavacos. A usinagem é reconhecidamente o processo de fabricação mais popular do mundo, transformando em cavacos algo em torno de 10% de toda a produção de metais, e empregando dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo.

Os movimentos entre ferramenta e peça durante a usinagem são aqueles que permitem a ocorrência do processo, tais movimentos são considerados durante o projeto e a fabricação de máquinas ferramentas que realizarão este trabalho. Por convenção, os movimentos sempre estarão ocorrendo supondo-se a peça parada, portanto, todo movimento é entendido como sendo realizado pela ferramenta. Esta norma visa padronizar o os sinais algébricos aos movimentos, tendo sempre a peça como referência, isso facilita o estudo dos movimentos principalmente quando a usinagem envolve ferramentas com geometrias complexas.       

  PRINCIPAIS PROCESSOS DE USINAGEM:

TORNEAMENTO	FRESAMENTO	FURAÇÃO	ALARGAMENTO
REBAIXAMENTO	MANDRILAMENTO	SERRAMENTO	BROCHAMENTO
ROSCAMENTO	LIMAGEM	RASQUETEAMENTO	TAMBORAMENTO
RETIFICAÇÃO	BRUNIMENTO	ESPELHAMENTO	POLIMENTO
SUPERACABAMENTO	LAPIDAÇÃO	LIXAMENTO	JATEAMENTO
AFIAÇÃO	DENTEAMENTO

Conceitos Básicos

Cavaco - Raspas ou pedaços extraídos do material bruto.
Desbaste-Fase inicial da usinagem
Acabamento-Fase final da usinagem
Aresta de corte- A superfície da ferramenta de corte que entra em contato com a peça

MOVIMENTOS DE UMA MÁQUINA FERRAMENTA

Os movimentos podem ser  classificados como ativos e passivos.

Os movimentos ativos são aqueles que promovem a remoção do material, gerando cavacos, são eles:

Movimento principal de corte- é o movimento entre a ferramenta e a peça que, sem a ocorrência simultânea do movimento de avanço, provoca a remoção do cavaco durante uma única rotação ou num curso da ferramenta

Movimento de avanço- Movimento relativo entre a peça e a ferramenta que, juntamente com o movimento de corte, origina a remoção contínua ou repetida do cavaco durante várias rotações ou curso  da ferramenta. Pode ser contínuo, como no caso do torneamento e da furação ou intermitente, como no caso do aplainamento 

Movimento Efetivo de corte-   é o movimento entre a peça e a ferramenta, a partir do qual resulta o processo de usinagem. Quando o movimento de avanço é contínuo  o movimento efetivo resulta dos movimentos de corte e avanço realizados ao mesmo tempo. Quando o movimento de avanço é intermitente, o movimento efetivo é o próprio movimento de corte

Movimentos passivos  São aqueles que, apesar de fundamentais no processo de usinagem, não tomam parte direta na formação do cavaco:

Movimento de ajuste- é o movimento entre a ferramenta e a peça. Na qual é predeterminada a espessura do material a ser removida. Nos processos de sangramento, furação e brochamento,  este movimento não ocorre, pois a espessura do material a ser removida está definida pela geometria da ferramenta;

Movimento de correção - é o movimento entre a ferramenta e a peça, empregado para compensar alterações do posicionamento que, normalmente, ocorrem durante o processo (desgaste de ferramenta, variações térmicas, deformações plásticas, etc.);

Movimento de aproximação– aquele no qual a ferramenta é aproximada da peça antes da usinagem.

Movimento de recuo- é o movimento entre a ferramenta e a peça com o qual a ferramenta, após a usinagem, é afastada da peça.

Movimento de ajuste- É aquele que compensa o desgaste da ferramenta. 

A todos esses movimentos são associados direções, sentidos, velocidades e percursos. As direções são suas direções instantâneas, os sentidos são aqueles resultantes quando se considera a peça parada e a ferramenta realizando todo o movimento e as velocidades do movimento são suas velocidades instantâneas.

Os percursos são considerados nas direções dos movimentos durante um tempo desejado de evolução do processo 

Direção, Velocidade e Percurso

· Direção efetiva, velocidade efetiva (Ve) e percurso efetivo (Ie)

· Direção de corte, velocidade de corte (Vc) e percurso de corte (Ic);

· Direção de avanço, velocidade de avanço (Vc) e Percurso de avanço (Ic);

· Direção de ajuste, velocidade de ajuste (Vz) e percurso de ajuste (Iz)

· Direção de correção, velocidade de correção (Vn) e percurso de correção (In)

· Direção de aproximação, velocidade de aproximação (Va) e percurso de aproximação (Ia)

· Direção de recuo, velocidade de recuo (Vr) e percurso de recuo (Ir)

SUPERFÍCIES

3.1-    SUPERFÍCIES NA PEÇA

• Superfícies a usinar- Superfície da peça antes da operação de usinagem;
•   Superfície em usinagem- Superfície da peça que está sendo gerada pela ferramenta;
•   Superfície usinada- Superfície da peça que foi gerada pelo processo de usinagem.

    SUPERFÍCIES DE CORTE- São as superfícies geradas na peça pela ferramenta:

•  Superfície principal de corte- É a superfície de corte gerada pela aresta principal de corte da ferramenta.
• Superfície lateral de corte- É a superfície gerada pela aresta lateral de corte. 

As superfícies de corte que permanecem na peça são chamadas superfícies trabalhadas

ELEMENTOS DA FERRAMENTA

• Corpo parte da ferramenta que contém as lâminas de corte ou partilhas intercambiáveis, ou onde são formadas as arestas de corte
• Haste-  Parte na qual a ferramenta é fixada;
• Furo-  Onde a ferramenta pode ser colocada ou fixada num eixo, árvore ou mandril .
• Eixo da Ferramenta- Linha reta imaginária com relações geométricas definidas com superfícies de locação usadas para a fabricação e afiação da ferramenta ou para fixá-la para a utilização. Geralmente é a linha de centro da haste ou do furo da ferramenta.
• Partes ativas - Partes funcionais ou cortantes da ferramenta e que compreende os elementos geradores de cavaco (gumes, faces e flancos)
• Base-  Superfície plana na haste da ferramenta, paralela ou perpendicular ao plano de referência da ferramenta, utilizada para colocar ou orientar a ferramenta na sua  fabricação, afiação e medição. Nem todas as ferramentas tem base claramente definidas.
• Cunha- Porção da parte ativa da ferramenta incluída entre a face e o flanco

Sistema de Referência da Ferramenta

• Plano de Referência da Ferramenta ( Pr ) – Plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular à direção admitida de corte. É escolhido de forma a ser o mais paralelo ou perpendicular possível a uma superfície ou eixo da ferramenta.
• Plano  Admitido de Trabalho (Pf) – Plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular ao plano de referência da ferramenta ( Pr ) e é paralelo à direção admitida de avanço. É escolhido de forma a ser o paralelo ou perpendicular possível a uma superfície ou eixo da ferramenta.
• Plano Dorsal da Ferramenta – Plano que, passando pelo ponto de corte escolhido, é perpendicular r aos planos de referência da ferramenta ( Pr ) e admitdo  de trabalho (Pf). Também chamado de plano passivo da ferramenta

GEOMETRIA DAS FERRAMENTAS DE CORTE

Geometria do corte é uma série de propriedades geométricas das ferramentas de corte capaz de influenciar a vida útil da ferramenta, a formação e a evacuação de cavacos, a estabilidade e a segurança. Basicamente, a boa geometria do corte é um ajuste em que a formação de cavacos ocorre de maneira correta sem muito esforço. O processo de corte bem executado envolve a formação e a evacuação eficazes dos cavacos. Esse procedimento é determinado pela geografia da ferramenta de corte, ou seja, pela forma de posicionamento da aresta de corte no porta ferramentas ou na fresa.

       Princípio da cunha cortante

A geometria da ferramenta de corte exerce influência, juntamente com outros fatores na usinagem dos metais. É necessário, portanto, definir a ferramenta através dos ângulos da “cunha” para cortar o material.

Ângulo de saída (γ) para uma ferramenta de torno

O ângulo de cunha é dimensionado de acordo com a  resistência que o material usinado oferece ao corte. Essa resistência será tanto maior quando maior for a dureza e a tenacidade do material.

 Quanto aos ângulos podemos distinguir:

Ângulos da ferramenta- São aqueles obtidos pela medição direta na ferramenta, através de instrumentos de medição. São invariáveis com a mudança de posição da ferramenta e independem das condições de usinagem. Para o bom rendimento da operação a cunha não pode ter uma forma qualquer, porque é preciso que a peça seja atacada num ângulo conveniente

Ângulos efetivos ou de trabalho - Referem-se a ferramenta em operação ou em trabalho.

    Enquanto os ângulos da ferramenta interessam à execução e manutenção da mesma, os ângulos efetivos são de grande importância na operação de corte.

Ângulo de folga (α) e de saída (γ) para uma ferramenta de corte de plaina

Angulo de incidência (α)-  Tem a função principal de reduzir o atrito entre a peça e a superfície de incidência da ferramenta, permitindo que o gume penetre no material e corte livremente. Se o ângulo de incidência for muito pequeno, ocorre o aumento do atrito contra a peça e sobreaquecimento da ferramenta. Ângulo de incidência demasiadamente grande tende a enfraquecer o gume da ferramenta e a sua grandeza depende principalmente dos seguintes fatores:

• Resistência do material da ferramenta, e
• Resistência e dureza da peça a ser usinada

Angulo de saída (ϓ)       Ângulo entre a superfície de saída e o plano de referência da ferramenta. Também conhecido como ângulo de desprendimento,  possui as seguintes características:

Influi decisivamente na força e na potência necessária ao corte, no acabamento superficial e no calor gerado. Quanto maior for o ângulo γ menor será o trabalho de dobramento do cavaco. O ângulo γ depende principalmente de :

Ângulo de saída (γ ) para uma ferramenta de torno

o     Resistência do material da ferramenta e da peça a usinar;

o     quantidade de calor gerado pelo corte;

o     velocidade de avanço.

     O ângulo γ negativo é muito usado para corte de materiais de difícil usinabilidade e em cortes interrompidos, com o inconveniente da necessidade de maior força de e potências de usinagem e maior calor gerado pela ferramenta, geralmente o ângulo γ está entre –10° e 30°.

           O ângulo de saída pode ser positivo, nulo ou negativo

Ângulo de cunha ( β )       O ângulo de cunha é dimensionado de acordo com a resistência que o material usinado oferece ao corte. Essa resistência será tanto maior quando maior for a dureza e a tenacidade do material.

     Somente o ângulo de cunha não garante que o material seja cortado com sucesso, outros ângulos também assumem papel importante e estão relacionados com a posição da ferramenta em relação a peça. A  figura anterior ilustra uma ferramenta de corte (ferramenta de plaina) com os ângulos de folga(α), e de saída(γ).

Angulo de direção do gume (Ângulo de posição) (χ)        Ângulo entre o plano de corte (Ps) e o plano de trabalho (Pf). O ângulo de posição possui as seguintes funções e características:

Influi na direção de saída do cavaco;

• Se χ diminui, o ângulo de ponta (ε) aumenta , aumentando a resistência da ferramenta e a
• capacidade de dissipação de calor;
• O controle de χ reduz as vibrações, uma vez que as forças de corte estão relacionadas com este ângulo.
• Geralmente o ângulo χ está entre 30° e 90°;

Ângulo de inclinação  ( λ )             Ângulo entre a aresta de corte e o plano de referência. É medido no plano de corte

Funções do ângulo “λ”:

• controlar a direção de saída do cavaco;
• proteger a quina da ferramenta contra impactos;
• atenuar vibrações;
• geralmente λ (ângulo de inclinação) tem um valor de –4° a 4°.

ELEMENTOS DA FERRAMENTA

  SUPERFÍCIES

•         FACE: Superfície da cunha sobre a qual o cavaco escoa.
•         FACE REDUZIDA: É uma superfície que separa a face em duas regiões - face e face reduzida - de modo que o cavaco entre em contato somente com a face reduzida.
•         FLANCO: Superfície da cunha voltada para a peça.
•          FLANCO PRINCIPAL: Superfície da cunha voltada para a superfície transitória da peça.
•          FLANCO SECUNDÁRIO: Superfície da cunha voltada para a superfície usinada da peça.
•          QUEBRA CAVACO: São alterações presentes na face reduzida com o objetivo de controlar o tamanho do cavaco de modo que não ofereça risco ao operador e não obstrua o local de trabalho.

 GUMES E QUINA

Usado como referência para medir os ângulos da ferramenta

GUME: É o encontro da face com o flanco, destinada a operação de corte.

•         GUME PRINCIPAL: Interseção da face e do flanco principal.
•        GUME SECUNDÁRIO: Interseção da face e do flanco secundário.
•      GUME ATIVO: É a parte do gume que realmente está cortando.
•         GUME PRINCIPAL ATIVO: É a parte do gume principal que realmente está cortando.
•         GUME SECUNDÁRIO ATIVO: É a parte do gume secundário que realmente está cortando.       
• QUINA: É o encontro do gume principal com o gume secundário.

SUPERFÍCIES DE CORTE

As seguintes definições adotadas são necessárias para a determinação dos ângulos da cunha cortante de uma ferramenta de usinagem

Cunha de corte            É a cunha formada pelas superfícies de saída e de folga da ferramenta. Através do movimento relativo entre peça e ferramenta, formam-se os cavacos sobre a cunha de corte.

Superfície de Saída -  ( Aγ )          É a superfície da cunha de corte sobre o qual o cavaco desliza.

Superfície de folga (Aα)             É a superfície da cunha de corte, que determina a folga entre a ferramenta e a superfície de usinagem. Distinguem-se a superfície principal de folga Aα e a superfície secundária de folga Aα’.

Arestas de corte             São as arestas da cunha de corte formadas pelas superfícies de saída e de folga. Deve-se distinguir a aresta principal de corte S e a aresta secundária de corte S’.

Ponta de corte           Parte da cunha de corte onde se encontram a aresta principal e a aresta secundária de corte.

Ponto de corte escolhido                Ponto destinado à determinação dos planos e ângulos da cunha de corte, ou seja, as definições se referem a um ponto da ferramenta, dito ponto de corte escolhido ou “Ponto de Referência”.

 REFERÊNCIAS 

CALLISTER, Jr., W. D. – Ciência e Engenharia dos Materiais : Uma Introdução Tradução Sérgio Murilo Stamile Soares – Rio de Janeiro: LTC, 2008.
DINIZ, A. E. – Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 3 ed. São Paulo: Artliber Editora, 2001.
STEMMER,Caspar Erich, Ferramentas de Corte: ferramentas simples de tornear, Florianópolis: Editora da UFSC, 1987
LUERKE, Prof. Rogério Luerke, Fundamentos da Usinagem. Apostila do curso Técnico da Escola Técnica Tupy, Joinville, 1976
MACHADO, Álisson Rocha, Teoria da Usinagem dos Materiais- Alexandre Mendes Abrão- Mario Bacci da Silva; Rosalvo Tiago Ruffino, Revisor Técnico- São Paulo, Editora Blucher, 2009
TELECURSO 2000 Profissionalizante. Mecânica: Processos de Fabricação Vol. 2. Rio de Janeiro, Ed. Globo