FRESAMENTO 1. Introdução Processo de fabricação onde cavacos são retirados progressivamente através de movimentos coordenados entre uma ferramenta multicortante em rotação e movimentos de avanço da peça. Em máquinas mais recentes, a ferramenta pode avançar em qualquer direção contra a peça. Na operação de fresamento a ferramenta de corte possui vários gumes e executa movimento de giro, enquanto é pressionada contra a peça. A peça movimenta-se (avanço) durante o processo.A superfície usinada resultante pode ter diferentes formas, planas e curvas.

FRESAMENTO O fresamento é um dos métodos de usinagem de maior versatilidade, porém um dos mais complicados. Em fresamento existem muito mais fatores que podem influenciar o resultado da usinagem do que em torneamento. Porém, o índice de remoção de material é extremamente alto e as possibilidades de conseguir um bom acabamento da superfície são excelentes.

Os principais tipos de fresamento, em relação ao efeito sobre uma peça, ou do ponto de vista da trajetória da ferramenta,são: -faceamento -fresamento de cantos a 90o -fresamento de perfis -fresamento de canais -tornofresamento -fresamento de roscas -cortes -fresamento com altos avanços -fresamento de mergulho -fresamento de rampa -interpolação helicoidal -interpolação circular -fresamento trocoidal

Muitos tipos de operações de fresamento Acabamento/perfilamento de aços Desbaste de aços CoroMill 245 CoroMill 200 CoroMill 245 CoroMill 300 CoroMill 390 CoroMill Century CoroMill Plura Alumínio CoroMill 390 CoroMill Plura

Muitos tipos de operações de fresamento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 FACEAMENTO 8 CORTES 2 FRESAMENTO DE CANTOS A 90º 9 FRESAMENTO COM ALTOS AVANÇOS 3 FRESAMENTO DE PERFIS 10 FRESAMENTO DE MERGULHO 4 FRESAMENTO DE CAVIDADES 11 FRESAMENTO DE RAMPA 5 FRESAMENTO DE CANAIS 12 INTERPOLAÇÃO HELICOIDAL 6 TORNOFRESAMENTO 13 INTERPOLAÇÃO CIRCULAR 7 FRESAMENTO DE ROSCAS 14 FRESAMENTO TROCOIDAL

3.2. Fundamentos Básicos Distinguem-se dois métodos de fresamento, o frontal e o tangencial (ou periférico), cada um com suas vantagens e desvantagens. Quanto à relação entre os sentidos das velocidades de corte e de avanço, distinguem-se fresamento concordante e discordante. Para fazer essa distinção, considera-se que a fresa apenas gira enquanto que a peça apenas avança contra a ferramenta. Esta é a situação mais comum no fresamento convencional. .

Variáveis e Parâmetros de Corte No fresamento, assim como nos demais processos de usinagem, existe uma série de importantes parâmetros de corte a considerar. Eles descrevem quantitativamente os movimentos, as dimensões e outras características da operação de corte. Os parâmetros que descrevem o movimento da ferramenta e/ou peça são: freqüência de rotação, velocidade de corte e velocidade de avanço. As dimensões do corte são: profundidade de corte e penetração de trabalho. Outros parâmetros são: diâmetro da ferramenta e seu número de dentes (gumes principais), taxa de remoção de material e o tempo de corte.

Definições Básicas n = Velocidade do fuso, rpm (rotações por minuto) vc = Velocidade de corte (m/min) Dc = Diâmetro da fresa (mm) n vc (m/min) n (rpm)

n zn= 6 fz vf = fz x zn x n fz = Avanço por dente (mm/dente) vf = Mesa de Avanço (mm /min) zn = Número efetivo de dentes fn = Avanço por rotação = ( fz x zc) fz n vf = fz x zn x n

Fresamento Periférico No fresamento tangencial a superfície fresada se encontra, de modo geral, paralela ao eixo da fresa. Também a profundidade de corte ap é significativamente maior que a penetração de trabalho ae. No fresamento tangencial concordante (ou apenas fresamento concordante), os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, os mesmos. A espessura do cavaco decresce durante a sua formação. A espessura do cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a superfície de corte.

A espessura do cavaco é máxima no início do corte e mínima no final (teoricamente zero). Assim, na saída do gume, ocorre o esmagamento de material e maior atrito entre o gume e a superfície de corte.

No fresamento periférico discordante (ou apenas fresamento discordante) ocorre o contrário. Os sentidos das velocidades de corte e de avanço são, em média, opostos. A espessura do cavaco cresce durante a sua formação. Neste caso, a espessura do cavaco é mínima no início do corte e máxima no final.

Se ocorrer fresamento discordante puro a espessura inicial é teoricamente zero. Assim, no momento da entrada do gume, não há corte, mas apenas o esmagamento de material. Consequentemente os esforços e a tendência a vibrações na ferramenta são maiores.

No fresamento discordante, com a pastilha iniciando seu corte com uma espessura de cavaco zero, temos grandes forças de corte que tendem a afastar a fresa e a peça uma da outra. A pastilha tem que penetrar, criando um atrito ou efeito de brunimento com altas temperaturas e, geralmente, entra em contato com uma superfície com encruamento causado pela pastilha anterior por deformação plástica. As forças tendem a levantar a peça da mesa.

No fresamento concordante, a pastilha começa a cortar gerando um cavaco de grande espessura. Isso evita o efeito de brunimento com menos calor e o mínimo de possibilidade de encruamento por deformação plástica. A grande espessura do cavaco é vantajosa e as forças de corte tendem a empurrar a peça contra a fresa, mantendo a pastilha no corte.

As vantagens do fresamento concordante, quando comparado com o discordante, são: • Menor desgaste e, como consequência, 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. Mas 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 procesos de forjamento.

Direção do fresamento O fresamento concordante é preferível sempre que a máquina- ferramenta, dispositivo de fixação e a peça permitirem

Fresamento Frontal No fresamento frontal, a superfície usinada é gerada pelo gume secundário e encontra-se normalmente perpendicular ao eixo da fresa. Ela também é plana, sem relação com o contorno dos dentes da fresa. A penetração de trabalho ae é consideravelmente maior que a profundidade de corte ap. No fresamento frontal, ocorrem simultaneamente fresamento concordante e discordante. Tomando um dente em particular, primeiro ele se engaja em fresamento discordante. A espessura do cavaco que está se formando cresce até um valor máximo na linha que passa pelo centro da fresa e com direção igual à do avanço. A partir deste ponto o corte passa a ser concordante. A espessura do cavaco decresce até o gume sair da peça. No caso de fresamento frontal em cheio tanto a espessura inicial e a final do cavaco são teoricamente zero.

ae = profundidade de corte radial (mm) (largura fresada) ap = profundidade de corte axial (mm) ae ap

Em geral, no processo de faceamento, a largura da peça determina o diâmetro da fresa. O diâmetro da fresa não deve ser igual a largura da peça – Normalmente, recomenda-se um diâmetro 20 a 50% maior que a largura da peça. Se houver necessidade de vários passes, eles devem ser executados de modo a criar uma relação diâmetro/largura de aproximadamente 4/3 e não o diâmetro total em cada passe, pois isso ajuda a garantir uma boa formação de cavacos e uma carga adequada na aresta de corte.

Na situação ideal, com o diâmetro da fresa bem maior que a largura da peça, a fresa deverá sempre ser posicionada um pouco fora do centro. O posicionamento exatamente no centro, gera uma situação desvantajosa. As forças radiais de igual magnitude terão variações de sentido na medida em que as arestas de corte entram e saem do corte. O fuso da máquina pode vibrar e se danificar, as pastilhas podem quebrar e o acabamento superficial pode ser prejudicado.

O diâmetro da fresa deve ser 20%-50% maior do que a largura de corte. regra de 2/3 (p. ex.: fresa de 160 mm) 2/3 em corte (100 mm) 1/3 fora do corte (50 mm)

Considerações sobre entrada e saída Sempre que uma das pastilhas da fresa entra na peça, a aresta de corte é submetida a uma carga-choque, que depende da seção transversal do cavaco, do material da peça e do tipo de corte. O tipo certo de contato inicial e final, entre a aresta e a peça, é um aspecto importante do processo de fresamento.

O modo com a aresta de corte sai do material da peça é importante O modo com a aresta de corte sai do material da peça é importante. Quando o corte está próximo do fim, o resto do material pode ceder um pouco, reduzindo a folga da pastilha. Também, uma força de tração momentânea é criada al longo da parte frontal da pastilha, enquanto o cavaco sai, quase sempre dando origem a uma rebarba na peça. Essa força de tração pode danificar a aresta de corte.

Forças no Fresamento Entre a peça e a ferramenta atua uma força, responsável pela deformação local de material e consequente formação de cavaco. Para simplificar o estudo dessa força, considera-se que ela atua em um único ponto localizado no gume cortante. De maneira geral, a direção e o sentido da força F são difíceis de se determinar. Por isso ela é decomposta em componentes.

As componentes de F são identificadas por índices: c:para a direção principal de corte; f:para a direção de avanço; p:para a direção passiva (perpendicular ao plano de trabalho Pf ). A Força de Corte Fc tem o mesmo sentido e direção da velocidade de corte vc. Ela é responsável pela maior parte da potência de corte. A Força de avanço Ff tem o mesmo sentido e direção da velocidade de avanço vf. Ela é a maior responsável pela deflexão da ferramenta. A Força passiva Fp é a componente de F perpendicular ao plano de trabalho Pf (onde se localizam Fc e Ff ). Caso a ferramenta tenha gumes retos (kr = 90o, ls = 0o) a Fp será muito pequena em relação à Fc e Ff.

A potência de corte Pc é a potência entregue ao gume da ferramenta e consumida na remoção de cavacos. A potência de acionamento Pa é a potência fornecida pelo motor à máquina ferramenta. Ela difere da potência de corte pelas perdas que ocorrem por atrito nos mancais, engrenagens, sistemas de avanço, etc. O rendimento  da máquina ferramenta é definido pela razão entre Pc e Pa. Em virtude da diversidade de estratégias de usinagem, da variação de espessura do cavaco e das diversas geometrias de ferramenta disponíveis, é muito mais difícil obter o equacionamento da força de corte no fresamento que no torneamento.

Ângulo de posição A espessura do cavaco, as forças de corte e a vida útil da ferramenta são afetadas especialmente pelo ângulo de posição. Diminuindo-se o ângulo de posição, reduz-se a espessura do cavaco para uma determinada faixa de avanço e essa redução na espessura do cavaco aumenta a quantidade de material em uma parte maior da aresta de corte.

Um ângulo de posição menor também resulta em uma entrada/saída mais gradual no corte, reduzindo a pressão radial e protegendo a aresta de corte. Entretanto, as forças axiais maiores aumentam a pressão na peça. Hoje em dia, os ângulos de posição mais comuns são 45, 90 e 10 graus e os de pastilhas redondas.

A fresa de 90 graus gera a maior parte das forças radiais, no sentido do avanço. Isso significa que a superfície que está sendo usinada não será submetida a mais pressão axial, o que é bom para peças fresadas com estrutura fraca ou paredes finas. A fresa de 45 graus tem forças de corte radial e axial que tem quase o mesmo valor, dando origem a uma pressão mais equilibrada e sendo menos exigente no que diz respeito à potência da máquina.

Forças de corte e ângulo de posição Fresas com pastilhas redondas Peças de paredes finas Peças de dispositivos de fixação fracos Quando o formato de 90º é requerido Primeira escolha para uso geral Vibração reduzida em longos balanços Efeito de cavacos mais finos permite o aumento da produtividade Aresta de corte mais robusta com indexações múltiplas Fresa para uso geral Aumento do efeito de afinamento dos cavacos para ligas resistentes ao calor CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Ângulo de posição = (90º) fz Peças de paredes finas Peças com dispositivos de fixação fracos Cantos a 90 graus hex = fz (ae > 50% x Dc ) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Ângulo de posição = (45º) fz hex Dap Primeira escolha para uso geral Vibrações reduzidas em ferramenta com balanço longo Efeito de cavacos mais finos permite o aumento da produtividade fz = 1.41 x hex ( Compensação para ângulo de posição ) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Ângulo de posição = (Circular) 45° 30° 100% da carga de cavaco 75% 50% 25% Aresta de corte mais robusta com indexações múltiplas Fresa para uso geral Aumento do efeito de afinamento dos cavacos para ligas resistentes ao calor hex = Depende de ap Em pastilhas redondas, a carga de cavaco e o ângulo de posição variam com a profundidade de corte  Dc ae k1 fz = iC ap CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Ângulos de saída e inclinação da aresta principal

Marcas de avanço na superfície usinada

Passo da fresa O passo (u) é a distância entre dentes consecutivos da fresa. É a distância entre um ponto da aresta de corte para o mesmo ponto da aresta seguinte. As fresas geralmente são classificadas como de passo largo, fino e extra fino. Os diferentes passos influem na estabilidade da operação, consumo de potência e adequação do material da peça. Um passo diferencial significa um espaçamento desigual dos dentes da fresa; e trata-se de um meio bastante eficaz de se opor às tendências de vibração.

Escolha da ferramenta para fresamento Primeira escolha Estabilidade da operação Passo da fresa Baixo Alto L M H Passo largo (-L) Passo fino (-M) Passo extra fino (-H) -L -M -H Leve (-L) Média (-M) Pesada (-H) Resistência ao desgaste Condições de usinagem/classes Tenacidade Condições boas Condições médias Condições difíceis CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Primeira escolha Estabilidade da operação Opções de passo Primeira escolha Estabilidade da operação Baixo Alto L M H Passo largo (-L) Passo fino (-M) Passo extra fino (-H) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Passo largo (-L) L Número reduzido de pastilhas. Estabilidade limitada. Balanço longo. Máquinas pequenas / potência (HP) limitada. Operações de canais em cheio profundos. Passo diferencial. L Passo largo (-L) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Passo fino (-M) M Objetivos gerais. Adequada para produção combinada. Máquinas pequenas a médias. Geralmente a primeira escolha. M Passo fino (-M) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Passo extra fino (-H) Alto número de pastilhas para produtividade máxima. Condições estáveis. Materiais com cavacos curtos Materiais resistentes ao calor. H Passo extra fino (-H) CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Seleção de passos de fresa M H kW Ferros fundidos (CMC 08) Ligas resistentes ao calor (CMC 20)

Como obter um bom acabamento superficial no fresamento Use pastilhas Wiper para maior produtividade e melhora do acabamento superficial Limite o avanço em 60% da fase paralela Monte as pastilhas Wiper corretamente Configure as pastilhas Wiper abaixo das outras pastilhas r bs 0.05 8.2 CoroKey 2006 – Produtos / Teoria de fresamento

Dispositivo de fixação fraco Peças delgadas com paredes finas Soluções para alguns problemas comuns no fresamento Excesso de vibração Dispositivo de fixação fraco Peças delgadas com paredes finas Balanço de ferramenta longo Fresamento de cantos a 90o com máquina de baixa potência Avanço irregular da mesa

Acabamento superficial insatisfatório Avanço por rotação excessivo Soluções para alguns problemas comuns no fresamento Acabamento superficial insatisfatório Avanço por rotação excessivo Vibrações Acúmulo de material nas arestas da pastilha Fresamento do lado oposto Peça fragmentando-se

Quebra de pastilha no processo de fresamento Soluções para alguns problemas comuns no fresamento Quebra de pastilha no processo de fresamento Espessura excessiva de cavacos na saída da fresa Classe mais tenaz

Código das ferramentas para fresamento

Monitoramento do processo de fresamento utilizando sinal de emissão acústica MONITORING MACHINING PROCESS THROUGH ACOUSTIC EMISSION: MILLING OPERATION

Acoustic Emission Map for four inserts.

Acoustic Emission Map for eight inserts.

FACE MILLING OPERATION OF AN ENGINE BLOCK