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Objetivo: Delinear operações de fabricação mecânica Pré-requisito: Processos de fabricação Unidade de competência associada: Planejar a manutenção de máquinas.

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1 Objetivo: Delinear operações de fabricação mecânica Pré-requisito: Processos de fabricação Unidade de competência associada: Planejar a manutenção de máquinas e equipamentos Delineamento

2 Conteúdo programático: Apresentação; Localização; A importância da padronização; O delineamento entre o processo e o chão de fábrica; O empirismo no delineamento; Etapas do delineamento; Desenvolvimento de gabaritos e dispositivos de fixação para usinagem; Plano de fabricação e Uso de tabelas e softwares aplicativos. Carga horária: 40h Delineamento

3 Introdução Fabricar é transformar matérias-primas em produtos acabados, por uma variedade de processos. Fundição; Conformação mecânica; Metalurgia do pó; Soldagem e Usinagem Delineamento

4 Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo: forma e dimensão da peça; material a ser empregado e suas propriedades; quantidade de peças a serem produzidas; tolerâncias e acabamento superficial requerido; custo total do processamento. Delineamento

5 A fundição é um processo de fabricação sempre inicial, pois precede importantes processos de fabricação como usinagem, soldagem e conformação mecânica. Esses, utilizam produtos semi-acabados (barras, chapas, perfis, tubos, etc.) como matéria prima que advém do processo de fundição. Podemos dividir os processos de fabricação de metais e ligas metálicas em: os com remoção de cavaco, e os sem remoção de cavaco. A Figura mostra a classificação dos processos de fabricação, destacando as principais operações de usinagem. Delineamento

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7 Usinagem Uma simples definição de usinagem pode ser tirada da Figura como sendo processo de fabricação com remoção de cavaco. Consultando, porém, uma bibliografia especializada pode-se definir usinagem de forma mais abrangente, como sendo: Operação que ao conferir à peça a forma, as dimensões, o acabamento, ou ainda a combinação qualquer destes itens, produzem cavacos. E por cavaco entende-se: Porção de material da peça, retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar uma forma geométrica irregular. 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.

8 Delineamento 1.1 – Classificação e nomenclatura de processos comven- cionais de usinagem. TORNEAMENTO RETILÍNEO Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea. O torneamento retilíneo pode ser: Torneamento cilíndrico – Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser externo (Figura 1.4 -a) ou interno (Figura 1.4 -b). Quando o torneamento cilíndrico visa obter na peça um entalhe circular, na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial (Figura 1.4 -c).

9 Delineamento Torneamento cônico – Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo principal de rotação da máquina. Pode ser externo (Figura 1.4 -d) ou interno (Figura 1.4 -e);

10 Delineamento Torneamento radial - Processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina. Quando o torneamento radial visa a obtenção de uma superfície plana, o torneamento é denominado torneamento de faceamento (Figura 1.4 -f). Quando o torneamento radial visa a obtenção de um entalhe circular, o torneamento é denominado sangramento radial (Figura 1.4 -g).

11 Delineamento Perfilamento – processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial (Figura 1.4 -h) ou axial (Figura 1.3 -a), visando a obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil da ferramenta.

12 Delineamento Torneamento curvilíneo O torneamento curvilíneo é um processo onde a ferramenta se desloca segundo uma trajetória curvilínea (Figura 1.3 -b). Quanto à finalidade, as operações de torneamento podem ser classificadas ainda em torneamento de desbaste e torneamento de acabamento.

13 Delineamento Roscamento O roscamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de filetes, por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução. Para tanto, a peça ou a ferramenta gira e uma delas se desloca simultaneamente segundo uma trajetória retilínea paralela ou inclinada ao eixo de rotação. O roscamento pode ser interno ou externo. a) Roscamento interno com ferramenta de perfil único b) Roscamento interno com ferramenta de perfil múltiplo c) Roscamento intero com macho d) Roscamento interno com fresa e) Roscamento externo ferramenta de perfil único f) Roscamento externo com ferramenta de perfil múltiplo g) Roscamento externo com cossinete h) Roscamento externo com jogos de pentes

14 Delineamento Roscamento

15 Delineamento

16 APLAINAMENTO O aplainamento é um processo de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento pode ser horizontal ou vertical. Delineamento

17 APLAINAMENTO Delineamento

18 Furação A furação é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com auxílio de uma ferramenta multicortante. Para tanto a ferramenta ou apeça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. A furação subdivide-se nas operações: 1.Furação em cheio 2.Furação escalonada 3.Escareamento 4.Furação de centros 5.Trepanação

19 Delineamento Furação

20 Delineamento Furação

21 Delineamento ALARGAMENTO O alargamento é um processo mecânico destinado ao desbaste ou ao acabamento de furos cilíndricos ou cônicos, com auxílio de ferramenta normalmente multicortante. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo de rotação da ferramenta. O alargamento pode ser: 1.Alargamento de desbaste 2.Alargamento de acabamento

22 Delineamento Alargamento

23 Delineamento Rebaixamento O rebaixamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de uma forma qualquer na extremidade de um furo. Neste processo, geralmente, a ferramenta gira e desloca-se simultaneamente segundo uma trajetória retilínea, coincidente com o eixo de rotação da ferramenta.

24 Delineamento Rebaixamento

25 Delineamento Mandrilamento O mandrilamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies de revolução com auxílio de uma ou várias ferramentas de barra. Para tanto a ferramenta gira e se desloca segundo uma trajetória determinada. 1.Mandrilamento cilíndrico 2.Mandrilamento cônico 3.Mandrilamento radial 4.Mandrilamento de superfícies especiais

26 Delineamento Mandrilamento

27 Delineamento Fresamento O fresamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta se desloca segundo uma trajetória qualquer.

28 Delineamento Fresamento

29 Delineamento Fresamento

30 Delineamento Serramento O serramento é um processo mecânico de usinagem destinado ao seccionamento ou recorte com auxílio de ferramentas multicortantes de pequena espessura. Para tanto, a ferramenta gira, se desloca ou se mantém parada.

31 Delineamento Serramento

32 Delineamento Brochamento O brochamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas multicortantes. Para tanto, a ferramenta ou a peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo da ferramenta.

33 Delineamento Limagem A limagem é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com auxílio de ferramentas multicortantes (elaboradas por picagem) de movimento contínuo ou alternado

34 Delineamento Rasqueteamento Processo manual de usinagem destinado à ajustagem de superfícies com auxílio de ferramenta multicortante.

35 Delineamento Tamboramento Processo mecânico de usinagem no qual as peças são colocadas no interior de um tambor rotativo, junto ou não de materiais especiais, para serem rebarbados ou receberem um acabamento.

36 Delineamento Retificação A retificação é um processo de usinagem por abrasão destinado à obtenção de superfícies com auxílio de ferramenta abrasiva de revolução. Para tanto, a ferramenta gira e a peça ou a ferramenta desloca-se segundo uma trajetória determinada, podendo a peça girar ou não. A retificação pode ser tangencial ou frontal. a) Retificação cilíndrica externa com avanço radial b) Retificação cilíndrica interna com avanço circular

37 Delineamento c) Retificação cônica externa com avanço longitudinal d) Retificação de perfil com avanço radial

38 Delineamento

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40 Brunimento Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no acabamento de furos cilíndricos de revolução no qual os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça e descrevem trajetórias helicoidais. Para tanto, a ferramenta ou a peça gira e se desloca axialmente com movimento alternativo.

41 Delineamento Espelhamento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento final da peça por meio de abrasivos, associados a um porta- ferramenta específico para cada tipo de operação. Polimento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual a ferramenta é constituída por um disco ou conglomerado de discos revestidos de substâncias abrasivas

42 Delineamento Superacabamento Processo mecânico de usinagem por abrasão empregado no acabamento de peças, no qual os grãos ativos da ferramenta abrasiva estão em constante contato com a superfície da peça. Nesse processo a peça gira lentamente enquanto a ferramenta se desloca com movimento alternativo de pequena amplitude e freqüência relativamente grande

43 Delineamento Lapidação Processo mecânico de usinagem por abrasão executado com um abrasivo aplicado por portaferramenta adequado, com o objetivo de se obter dimensões específicas das peça

44 Delineamento Lixamento Processo mecânico de usinagem por abrasão executado por abrasivo aderido a uma tela que se movimenta com uma pressão contra a peça

45 Delineamento Jateamento Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual as peças são submetidas a um jato abrasivo para serem rebarbadas, asperizadas ou receberem um acabamento

46 Delineamento Afiação Processo mecânico de usinagem por abrasão no qual é dado o acabamento das superfícies da cunha cortante da ferramenta, com o fim de habilitá-la à fazer sua função. Desta forma, são obtidos os ângulos finais da ferramenta

47 2.2 – DIREÇÃO DOS MOVIMENTOS E VELOCIDADES: Direção de corte: direção instantânea do movimento de corte: Direção de avanço: direção instantânea do movimento de avanço; Direção efetiva do movimento de corte; Velocidade de corte (vc): velocidade instantânea do ponto de referência da aresta cortante da ferramenta, segundo a direção e sentido de corte; Velocidade de avanço; Velocidade efetiva de corte. Delineamento

48 Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo na furação.

49 Delineamento Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no fresamento discordante.

50 Delineamento PARÂMETROS DE CORTE PARA TORNEAMENTO Parâmetros de corte são grandezas numéricas que definem, numa usinagem, os diferentes esforços, velocidades, etc., auxiliando-nos na obtenção de uma perfeita usinabilidade dos materiais, com a utilização racional dos recursos oferecidos por uma determinada máquina operatriz. Para as operações de torneamento, utilizam-se os seguintes parâmetros de corte: PARÂMETROSÍMBOLO Avançof Profundidade de CorteP Área de CorteS Velocidade de CorteVCVC Tensão de RupturaTR Pressão Especifica de CorteKS Força de CorteFC Potência de CortePC

51 Delineamento Avanço ( f ) O avanço, por definição, é a velocidade de deslocamento da ferramenta em cada volta da peça. Geralmente, nos tornos a CNC se utiliza o avanço expresso em mm/rot. Quando temos a unidade de avanço em mm/rot e queremos obtê-la em mm/min, utilizamos a seguinte relação: Avanço(mm/min) = rpm X avanço(mm/rot) A escolha do valor de avanço deve ser feita levando-se em consideração material, a ferramenta (classe de dureza das pastilhas intercambiáveis) e a operação que será executada na usinagem.

52 Delineamento Profundidade de corte ( P) É a grandeza numérica que define a penetração da ferramenta para a realização de uma determinada operação, possibilitando remoção de certa quantidade de cavaco. A profundidade de corte deve ser compatível com o tipo de usinagem a ser feita. Para uma operação de acabamento, ela não deve ser inferior ao raio da pastilha para não prejudicar a rugosidade.. A profundidade de corte máxima para uma operação de desbaste, pode ser obtida em função de outros parâmetros a serem abordados nesta seção, segundo a fórmula abaixo: P =

53 Delineamento Onde: PC = Potência de corte (CV) KS = Força específica de corte (Kp/mm²) = Rendimento (%) - 50 A 60% (máq. usada); 70 A 80% (máq. nova) f= Avanço (mm/rot) P= Profundidade de corte (mm) 4500= Fator para transformação Nota: Para transformar cv em kw dividir o valor por 1,36..

54 Delineamento Área de Corte ( S ) É a área calculada da seção do cavaco que será retirado em uma rotação da peça, definida como produto da profundidade de corte com um avanço conforme a fórmula abaixo: S = P x f

55 Delineamento Velocidade de Corte ( Vc ) A velocidade de corte (VC) é a velocidade circunferencial ou de rotação da peça. Dizemos então que a cada rotação da peça por tornear, o seu perímetro passa uma vez pela aresta cortante da ferramenta. Podemos também dizer que a velocidade de corte é o comprimento do cavaco que a ferramenta cortou em um minuto, como a velocidade do automóvel é o comprimento de estrada que o carro percorreu em uma hora. VC = velocidade de corte (metros/minuto) π = constante – valor de 3,1416 D = Diâmetro de corte (mm) n = rotação do eixo-árvore (rpm)

56 Delineamento Tensão de Ruptura ( TR ) É a máxima tensão (força) aplicada em um determinado material antes de seu completo rompimento, tensão esta que é medida em laboratório, com aparelhagens especiais. A unidade da tensão de ruptura é o Kg/mm². Apresentamos a seguir uma tabela com os principais materiais normalmente utilizados em usinagem, com suas respectivas tensões de ruptura.

57 Delineamento MATERIAL USINADO TENSÃO DE RUPTURA (kg/mm mm²) Alumínio-Bronze (fundido)46 a 56 Alumínio42 Bronze-manganês42 a 49 Bronze-fosforoso35 Inconel42 Monel (fundido)53 Nicrome46 Ferro fundido especial28 a 46 Ferro maleável (fundido)39 Aço sem liga49 Aço liga (fundido)63-41 AÇO CARBONO SAE 1010 (laminado ou forjado)40 SAE 1020 (laminado ou forjado)46 SAE 1030 (laminado ou forjado)53 SAE 1040 (laminado ou forjado)60 SAE 1060 (laminado ou forjado)74 SAE 1095 (laminado ou forjado)102 AÇO CARBONO DE CORTE FÁCIL SAE 1112 (laminado ou forjado)50 SAE 1120 (laminado ou forjado)49

58 Delineamento AÇO MANGANÊS SAE 1315 (laminado ou forjado)51 SAE 1340 (laminado ou forjado)77 SAE 1350 (laminado ou forjado)84 AÇO NÍQUEL SAE 2315 (laminado ou forjado)60 SAE 2330 (laminado ou forjado)67 SAE 2340 (laminado ou forjado)77 SAE 2350 (laminado ou forjado)92 AÇO CROMO-NÍQUEL SAE 3115 (laminado ou forjado)53 SAE 3135 (laminado ou forjado)74 SAE 3145 (laminado ou forjado)81 SAE 3240 (laminado ou forjado)102 AÇO MOLIBDÊNIO SAE 4140 (laminado ou forjado)92 SAE 4340 (laminado ou forjado)194 SAE 4615 (laminado ou forjado)58 SAE 4640 (laminado ou forjado)84 AÇO CROMO SAE 5120 (laminado ou forjado)70 SAE 5140 (laminado ou forjado)81 SAE (laminado ou forjado)106

59 Delineamento Pressão Específica de Corte ( KS ) É por definição, a força de corte para a unidade de área de seção de corte (S). Também é uma variável medida em laboratório obtida mediante várias experiências, onde se verificou que a pressão específica de corte depende dos seguintes fatores: material empregado (resistência), seção de corte, geometria da ferramenta, afiação da ferramenta, velocidade de corte, fluído de corte e rigidez da ferramenta. Na prática utilizam-se tabelas que simplificam o cálculo desse parâmetro de corte.

60 Delineamento FORÇA ESPECÍFICA DE CORTE PARA DIVERSOS MATERIAIS

61 Delineamento Força de Corte ( FC ) A força de corte FC (também conhecida por força principal de corte) é, por definição, a projeção da força de usinagem sobre a direção de corte. Esse parâmetro de corte resulta do produto da pressão específica de corte (KS) pela área de corte (S). A unidade é dada em kgf. Então : FC = Ks x Svisto que S = P x A FC = Ks x P x A

62 Delineamento Potência de Corte ( PC ) Potência de corte é a grandeza despendida no eixo-árvore para a realização de uma determinada usinagem. É um parâmetro de corte que nos auxilia a estabelecer o quanto podemos exigir de uma máquina-ferramenta para um máximo rendimento, sem prejuízo dos componentes dessa máquina, obtendo assim uma perfeita usinabilidade. PC =

63 Delineamento A seguir será mostrado um método simples e muito rápido para cálculo do tempo, com ele você terá a possibilidade de fazer um orçamento 5minutos após uma conversa telefônica com o cliente. O método proposto se baseia na área de cavaco a ser removida. O método tradicional de se calcular o tempo de corte Tc em qualquer tipo de máquina operatriz, consiste em dividir o comprimento Lt percorrido pela ferramenta pelo avanço de trabalho at usado. Tc = Lt / at Tc = tempo de corte em minutos Lt = comp. percorrido em mm at = avanço em mm/min Quando calculamos o tempo para executar uma única passada, isto não gera grandes dificuldades, porém, no desbaste, temos sempre que executar várias passadas. Logo temos que calcular vários comprimentos de L ( para cada passada ) para que tenhamos ao final o comprimento total a ser percorrido pela ferramenta, que é a soma de todos os comprimentos gerados em cada passada.

64 Delineamento Para processos com movimento retilíneo (aplainamento), a velocidade de corte é calculada pela equação: Tem-se que: gpm: número de golpes por minuto; c: percurso da ferramenta.

65 Delineamento Obs: Os valores da velocidade de corte são encontradas em tabelas fornecidas pelos fabricantes de ferramentas de corte. A Tabela 2.1 mostra os valores de velocidade de corte na faixa recomendada para ferramentas de aço-rápido; Os valores de rpm e gpm são ajustados nas máquinas-ferramentas antes do início da usinagem. Em máquinas de usinagem CNC os valores da velocidade de corte são inseridos nos programas e são convertidos em rpm automaticamente pelo comando da máquina. A velocidade de corte é o parâmetro de corte mais influente na vida da ferramenta. Fatores que influenciam na velocidade de corte: *Tipo de material da ferramenta. Como o carbono, o metal duro, ferramentas cerâmicas, ferramentas diamantadas (PCD e PCB); *Condições da máquina. Maior velocidade de corte= maior temperatura = menor vida útil Menor velocidade de corte= problemas de acabamento e de produtividade.

66 Delineamento Velocidade de corte (vc):

67 Delineamento VELOCIDADE DE AVANÇO(Vf) A velocidade de avanço pode ser obtida pela fórmula: f (avanço) é o percurso de avanço em cada volta (mm/volta) ou em cada curso da ferramenta (mm/golpe). Obs: É o parâmetro mais influente na qualidade do acabamento superficial da peça; Para ferramentas multicortantes (fresas), distingui-se o avanço por dente fz e o valor de f = fz.z ( z: número de dentes); Os valores de f ou fz são fornecidos pelos catálogos de fabricantes de ferramenta de corte. A Tabela 2.2 mostra o avanço por dente para fresas de aço-rápido; Geralmente: Vf < Velocidade de corte, somente nos processos de roscamento Vf assume valores razoáveis.

68 Delineamento Tabela 2.2 – Escolha do avanço por dente para fresas de aço-rápido

69 Tabela 2.2 – Escolha do avanço por dente para fresas de aço-rápido continuação Delineamento

70 Uma segunda maneira de determinar o avanço é por intermédio de uma fórmula aproximada, considerando que o ideal sempre é obtido através da calibragem da peça teste. Onde: R é rugosida- de e r raio da pastilha

71 Delineamento Usinar uma peça em um torno a comando numérico, conforme o esquema abaixo: Uma segunda maneira de determinar o avanço é por intermédio de uma fórmula aproximada, considerando que o ideal sempre é obtido através da calibragem da peça teste. Estabeleceu-se o ferramental e definiu-se que a velocidade de corte para a usinagem é de 170 m/min e o raio da ferramenta é de 0.8 mm. Sabendo-se que a potência do motor principal é de 20 Kw e que o torno utilizado é novo. Calcular a máxima profundidade de corte permitida para o torneamento e a máxima rotação do eixo-árvore na usinagem.


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