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Usinagem dos Materiais Aula 12 - Otimização e Formação dos Custos de Usinagem - Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau Usinagem dos Materiais Aula 12 Tópicos ➔ Cu ➔ Tipos de solicitações ➔ Generalidades ➔ Conceito de vida ➔ Fatores de influência da usinabilidade ➔ Critérios de usinabilidade ➔ Ações para minimizar os efeitos da má usinabilidade ➔ Definição T-4 Usinagem dos Materiais Otimização das condições de corte ➔ ➔ ➔ Definição: Procedimento cujo objetivo é definir da melhor maneira possível, o valor mais adequado à operação em curso, em função de valores que podem ser pré-determinados ou conhecidos Otimização exige conhecimento de leis de desgaste da ferramenta, de métodos de otimização, de formação de custo e de estatística Importância: necessidade de ser competitivo em um mundo globalizado, ou seja, ter elevada produtividade, garantindo qualidade e a assegurando baixos custos Usinagem dos Materiais Custos de fabricação Composição dos custos de usinagem ➔ ➔ Custos diretos ✔ Máquina-ferramenta ✔ Ferramentas ✔ Mão de obra Custos indiretos ✔ Impostos ✔ Amortizações ✔ outros Usinagem dos Materiais Evolução das vidas ótimas de ferramentas Causada pelo aumento nos custos de investimentos (máquinasferramentas mais caras) e pelo aumento dos custos de mão de obra ➔ – 1940 – T = 4 a 8 horas – 1960 – T = 1h (aproximadamente) – 1990 – T = 10 a 20 min Usinagem dos Materiais ● Conseqüências de maiores velocidades de corte – Maiores vidas de ferramentas – Menos trocas de ferramentas – Menor custo de ferramentas – Maior custo de salários – Maior custo de máquinas-ferramentas – Maior tempo de usinagem Usinagem dos Materiais ● Conseqüências dos custos de salário / máquinas – Atualmente o custo de salário e máquinas é maior que o custo com ferramentas e trocas de ferramentas – A tendência de menores custos ocorre para maiores velocidades de corte e menores vidas das ferramentas Usinagem dos Materiais Generalidades ● Otimização da usinagem é feita conforme processo de fabricação, e pode ser realizada com relação a custo, tempos, lucro, qualidade,... Mínimo custo / Máximo lucro ● Desbaste Mínimo tempo de fabricação Outros Custos maiores => mínimo custo ● Acabamento Mínimo tempo de fabricação Outros Usinagem dos Materiais Custos de Fabricação ● Custos de fabricação por peça (KF) - [$/peça] – – – 1 - Custos de preparação e secundários (custo fixo); 2 - Custos de máquina e operador (principal); 3 - Custos de ferramenta Usinagem dos Materiais Otimização – Custos da Fabricação KF th  tr  = K ML  + t n  + K ML ⋅ t h + ⋅ ( K ML ⋅ tW + K WT T m  1 2 3 ➔ 1 Custos secundários (custos fixos); ➔ 2 Custos de máquina e operador (principal); ➔ 3 Custos de ferramenta ) Usinagem dos Materiais Otimização – Custos da Fabricação KF th  tr  = K ML  + t n  + K ML ⋅ t h + ⋅ ( K ML ⋅ tW + K WT T m  1 2 ) 3  KF - custo de fabricação por peça [$/peça]  KML - custo de máquina e operador por hora [$/min]  KWT - custo de ferramenta por vida [$]  tr - tempo de preparação [min]  tn - tempos secundários [min]  m - tamanho do lote  th - tempo principal [min]  tw - tempo de troca da ferramenta [min]  T - vida da ferramenta [min] Usinagem dos Materiais Otimização – Tempo de Fabricação por Peça th tr te = + tn + th + ⋅ t w m T [min/peça] 1 2 3 1 - tempo de preparação e secundário 2 - tempo principal  tr - tempo de preparação [min]  m - tamanho do lote  tn - tempos secundários [min]  th - tempo principal [min]  tw - tempo de troca da ferramenta [min]  T - vida da ferramenta [min] 3 - tempo de troca de ferramenta O tempo de fabricação tem um comportamento análogo aos dos custos de fabricação por peça, apresentando um valor ótimo (mínimo) para uma determinada condição de trabalho Usinagem dos Materiais Otimização - Tempo de fabricação Tempo de fabricação por peça (te) - [min/peça] – – 1 - tempo de preparação e secundário 2 - tempo principal 3 - tempo de troca de ferramenta tempo [min] – t total 3 te(OT) vc(OT) 2 1 vc [m/mim] Usinagem dos Materiais Otimização – Custo de Fabricação por Peça KF th  tr  = K ML  + t n  + K ML ⋅ t h + ⋅ ( K ML ⋅ tW + K WT T m  d ⋅ π ⋅ l f [min] th = f ⋅ vc Vz th = a p ⋅ f ⋅ vc ) [min]  Equação do Custo de Fabricação por Peça: Vz = volume usinado por peça VZ  tr  K ML ⋅ VZ K F = K ML + t n  + + ⋅ ( K ML ⋅ tW + K WT ) k+ 1 m  a p ⋅ f ⋅ vc a p ⋅ f ⋅ CV ⋅ vc  Equação do Tempo de Fabricação por Peça: te = tr VZ VZ + tn + + ⋅ tw k+ 1 m a p ⋅ f ⋅ v c a p ⋅ f ⋅ CV ⋅ v c Usinagem dos Materiais Otimização – Custo de Fabricação por Peça  Para determinar a velocidade de corte de mínimo custo: dK F =0 dvc ⇒ k vcok =  K WT   t w +  K ML   − ( k + 1) ⋅ CV  Para determinar a velocidade de corte de mínimo tempo: dt e =0 dvc ⇒ vcoz = k tw − ( k + 1) ⋅ CV OBS: O equacionamento da vida para ótimo custo e para ótimo tempo são identicos Usinagem dos Materiais Otimização - Maximização da profundidade de corte  Otimização dos dados de entrada de usinagem;  Otimização da profundidade de corte (ap);  Otimização do avanço (f);  Otimização da velocidade de corte (vc) Maximização da profundidade de corte Custo de fabricação KF Prof de corte ap f = cte Velocidade de corte vc Usinagem dos Materiais Otimização - Maximização do avanço Custo de fabricação KF ap = cte Maximização do avanço Velocidade de corte vc Usinagem dos Materiais Otimização – Escolha dos parâmetros de usinagem  Na escolha dos parâmetros é indispensável observar:  Limites ferramenta-peça-máquina;  Potência da máquina-ferramenta;  Tamanho do inserto (largura máxima de usinagem);  Forças de corte; Forma do inserto Compr. do gume (mm) Carga Adm. (N) Usinagem dos Materiais Exercício 1) Na furação de furos cegos em carcaças de embreagem, as ferramentas convencionais de aço-rápido foram substituídas por ferramentas de aço-rápido revestido com nitreto de titânio. Experimentalmente foram determinadas as condições de desgaste destas ferramentas para um avanço de 0,1 mm/rot, e para estas condições foram obtidos os seguintes dados: vc1 = 25 m/min; T1 = 100 min e vc2 = 55 m/min; T2 = 6,8 min. a) Determine as constantes da equação de Taylor. b) Na reafiação destas brocas revestidas o revestimento do flanco foi removido. Admite-se que a ferramenta reafiada tenha uma vida apenas 80% da vida original, e quer-se saber as modificações na equação de Taylor para as brocas reafiadas. Usinagem dos Materiais Exercício c) Para o comportamento de desgaste determinado no item a), verifique a velocidade de corte para o mínimo tempo de fabricação (vcOZ), bem como a vida da ferramenta para o mínimo tempo de fabricação (TOZ) e o tempo de fabricação da peça (te). d) Sendo os custos de uma broca de R$ 2,50, quais os custos de furação por peça na produção em série caso seja utilizada a velocidade de corte do item c) e KML = R$ 30,00/h? Este custo determinado é o mínimo custo de produção? Calcule o tempo de fabricação da peça (te) para o mínimo custo de fabricação. DADOS ADICIONAIS: tr/m + tn = 0,5 min; tw = 1 min; Øbroca = 8mm; Profundidade total de furação (l) = 500mm. Processos de Usinagem Fórmulas para resolução do exercício KF th  tr  = K ML  + t n  + K ML ⋅ t h + ⋅ ( K ML ⋅ tW + K WT T m  l th = f ⋅n th tr te = + tn + th + ⋅ t w m T π ⋅d⋅n vc = 1000 dK F =0 dvc ⇒ dt e =0 dvc ⇒ vcok = vcoz = k k  K WT   t w +  K ML   − ( k + 1) ⋅ CV − ( k + 1) ⋅ tw CV k T = vc ⋅ Cv ) Usinagem dos Materiais FIM Aula 12