As Forças da Usinagem

Sumário

Introdução        2

Forças atuantes e influência no processo        3

Determinação experimental das forças de usinagem        5

Potência necessária        10

Conclusão        12

Referências        13

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Introdução

É de grande importância conhecer a ordem de grandeza dos esforços de corte nos processos de usinagem, pois eles afetam diretamente o resultado final desse processo de fabricação, a potência de necessária para o corte, a obtenção de tolerâncias apertadas, o desgaste da ferramenta e a temperatura de corte são alguns fatores que são de fundamental importância ter conhecimento.

Consideradas uma ação da peça sobre a ferramenta, as forças de usinagem têm uma resultante que atua sobre a cunha cortante da ferramenta durante a usinagem, damos a essa força o nome de força de usinagem (Fu).

À princípio, direção e sentido de cortes não são conhecidos, dessa forma se torna impossível medir ou conhecer melhor o valor da força de usinagem ou os diversos parâmetros e suas influências, por isso não se trabalha com força de usinagem propriamente dita, mas com suas componentes seguindo suas direções conhecidas.

As principais forças são Força de corte (Fc) sobre a direção de corte, força de avanço (Ff) que e a projeção de Fu sobre a direção de avanço, força de apoio (Fap) que é a projeção de Fu sobre a direção perpendicular à direção de avanço, situada no plano de trabalho e por último força efetiva de corte (Fe) que a projeção de Fu sobre a direção efetiva de corte. Esse trabalho vai tratar ainda sobre potência de corte e sua importância no processo de usinagem e sua relação com força de corte e força de avanço.

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Forças atuantes e influência no processo

O processo de usinagem de um material gera forças, energia e potências de usinagem. A força de usinagem possui três componentes, a força de avanço, força de corte e força passiva ou de profundidade Através do conhecimento e orientação da força de usinagem e de suas componentes é possível dimensionar corretamente as estruturas, acionamentos, fixação de ferramentas e guias, entre outros elementos. Também é possível a determinação das condições de corte em condições de trabalho. A avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da peça e da máquina). E a determinação de procedimentos que ocorrem na região de formação de cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste. A força de usinagem é um importante variável a ser avaliada durante o processo.

 Pela Figura abaixo são mostradas as principais forças que atuam durante o processo de usinagem. A força passiva () é a força que age perpendicular ao plano de trabalho. A força de avanço (é a força necessária para a realização do corte. A força de corte  é a força necessária para a realização do corte. [pic 1][pic 2][pic 3]

Figura 1 – Forças atuantes

[pic 4]

A força de usinagem sofre influência de diversas fatores que diminuem ou aumentam sua intensidade. Dentre estes fatores estão as condições de corte, da geometria e do material da ferramenta, o material da peça. Os fatores que contribuem para facilitar o deslizamento do cavaco sobre a superfície de saída atuam para diminuir a força de usinagem. Outro fator importante é a resistência mecânica do material da peça.

Os componentes da força de usinagem diminuem com o aumento da velocidade de corte devido à diminuição da resistência do material com o aumento da temperatura. Se a profundida de corte for maior que o raio da quina, as componentes da força de usinagem aumentam de forma proporcional com o aumento da profundidade de corte.

 A tabela abaixo mostra a influência do ângulo de saída γ e do ângulo de inclinação λ lateral sobre os componentes da força de usinagem:

Figura 2 - Tabela de influência sobre a forças de usinagem

[pic 5]

Uma variação do ângulo de incidência na faixa de 3º a 12º não tem influência considerável sobre as componentes da força de usinagem. Uma variação do raio de quina não influencia a força de usinagem, desde que a condição 2r maior que a profundidade seja satisfeita.

A força de usinagem aumenta linearmente com o aumento do teor de carbono da peça e da ferramenta, visto que a presença do elemento torna o material mais duro. A variação de alguns elementos de liga influenciam na diminuição da força de corte. O tipo de material da ferramenta, atua principalmente no coeficiente de atrito entre cavaco e ferramenta e em decorrência disso, principalmente sobre a força passiva e a força de avanço. Com o aumento da condutividade térmica do material da ferramenta, em regra geral, verifica-se o aumento da força de corte. O desgaste de cratera sobre a face da ferramenta que leva à formação de um ângulo de saída mais positivo, em regra, leva à diminuição das componentes da força de usinagem. O desgaste do flanco da ferramenta aumenta as componentes da força de usinagem devido ao aumento da superfície de atrito entre peça e superfície de incidência.

Determinação experimental das forças de usinagem

O conhecimento da força de usinagem que age sore a cunha de corte e o estudo de seus componentes são de grande importância, pois possibilitam estimar a potência necessária para o corte, estimar as forças atuantes nos elementos da máquina-ferramenta e manter relação com o desgaste das ferramentas. Este estudo causa influência na viabilidade econômica do processo de usinagem.

A usinagem de um material usando parâmetros de corte determinada gera forças, energia e potências de usinagem. O conhecimento da grandeza e da orientação da força de usinagem e de suas componentes é a base para:

• O projeto de uma máquina-ferramenta, isto é, para o dimensionamento correto das estruturas, acionamentos, fixação de ferramentas e guias, entre outros elementos.
• A determinação das condições de corte em condições de trabalho.
• A avaliação da precisão de uma máquina-ferramenta, em certas condições de trabalho (deformação da peça e da máquina).
• A determinação de procedimentos que ocorrem na região de formação de cavaco e para a explicação de mecanismos de desgaste.

De maneira geral, pode-se afirmar que todos os fatores que contribuem para facilitar o deslizamento do cavaco sobre a superfície de saída atuam para diminuir a força de usinagem, sendo esta, a força atuante sobre a aresta da ferramenta durante a operação de corte. Ela pode ser decomposta nas suas componentes ortogonais, de acordo com as considerações tecnológicas e físicas do cavaco. Estas componentes podem ser vistas na Figura 3.

Figura 3 - Componentes da força de usinagem nos processos de: (a) Torneamento; (b) Furação; (c) Fresamento (Kistler, 2009).