Tecnologia Mecânica I

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o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica ETE “Cel. Fernando Febeliano da Costa” TECNOLOGIA MECÂNICA - I 1o Ciclo de Técnico Mecânica Apostila baseada nas anotações de Professores e do TC – 2000 Técnico – Distribuição gratuita aos Alunos 1 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica PRODUTOS SIDERÚRGICOS FERRO FUNDIDO A gusa retirada do alto-forno pode ser solidificada em blocos. Refundido num forno cubilô, junto com sucatas de ferro fundido e aço dá origem ao ferro fundido. É um ferro de segunda fusão. É utilizado para a fabricação de peças fundidas. A temperatura de fusão é em torno de 1200° C. A carga num alto-forno é feita na parte superior e consta do seguinte: minério de ferro a reduzir (hematita), coque ou carvão de lenha (para fornecer o calor e o CO necessários à redução), e fundente (calcário) para fluidificar as impurezas e formar uma escória mais fusível. Na parte inferior, logo acima do cadinho é injetado ar quente para alimentar a combustão do carvão. Das reações que se dão resultam os seguintes produtos: 1. gusa que goteja dentro do cadinho 2. a escória que flutua sobre a gusa 3. gases FORNO CUBILÔ⇒ A gusa é recolhida para ulteriores transformações (obtenção de ferro fundido e aço). A escória é aproveitada para o fabrico de tijolos refratários, cimento, lã mineral e lastro de pavimentação. Os gases saem pela parte superior e são recolhidos para sua utilização como combustível. AÇO O aço é um produto resultante: 1.) Do refino da gusa bruta no conversor Bessemer ou Thomas (figura abaixo) a ar ou a oxigênio; No conversor o oxigênio ou o ar é insuflado entre a massa líquida deixando-a gorgulhar. Esses conversores são usados para refino da gusa rica em silício (Si) e pobre em fósforo (P), também serve para o refino do Chumbo (Pb), Cobre (Cu) e Níquel (Ni). 2 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica 2.) Do refino da gusa bruta com sucatas de aço ou de ferro fundido em fornos como o Siemens-Martin e elétrico; FORNO SIEMENS MARTIN FERRO FUNDIDO É uma liga de ferro-carbono que contém 2 a 6,7 % de carbono (industrialmente de 2,5 a 5 % C). As impurezas do minério de ferro e do carvão, deixam no ferro fundido, pequenas porcentagens de silício, manganês, enxofre e fósforo. Os dois primeiros melhoram as qualidades do ferro fundido, o mesmo não acontecendo com os outros dois. FORNO ELÉTRICO O silício favorece a formação do ferro fundido cinzento e o manganês, o ferro fundido branco. Características do ferro fundido cinzento: 1. o carbono se apresenta quase todo em estado livre, sob a forma de palhetas pretas de grafita; 2. quando quebrado, a parte fraturada é escura devido à grafita; 3. apresenta elevadas porcentagens de carbono, 3,5 a 5 % e silício 2,5 %; 4. muito resistente à compressão. Não resiste bem à tração; 5. fácil de ser trabalhado pelas ferramentas manuais e de ser usinado nas máquinas; 6. funde-se a 1200° C, apresentando-se muito líquido, condição que é a melhor para a boa modelagem de peças. Características do ferro fundido branco: 1. 2. 3. 4. 3.) Da refusão de sucata de aço em qualquer forno, menos do tipo conversor. A temperatura de fusão do aço é em torno de 1350 à 1400° C. quando quebrado, a parte fraturada é brilhante e branca; tem baixo teor de carbono, 2,5 a 3 % e silício 1 %; muito duro, quebradiço e difícil de ser usinado; funde-se a 1160 ° C mas são é bom para a modelagem porque permanece pouco tempo em estado líquido AÇO AO CARBONO É uma liga de ferro-carbono que contém 0 a 2 % de carbono (industrialmente de 0,05 a 1,7 %). Apresenta também pequenas porcentagens de manganês, silício, fósforo e enxofre. Depois do ferro o carbono é o elemento mais importante. É o elemento determinativo do aço: a quantidade de carbono define o tipo de aço em doce ou duro. O aumento do carbono resulta no aumento da dureza e da resistência à tração e diminuição da resistência e da maleabilidade. No aço doce, o manganês, em pequena porcentagem torna-o dútil e maleável. No aço rico em carbono, entretanto, o manganês endurece o aço e aumenta-lhe a resistência. 3 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica O silício torna o aço mais duro e tenaz, evita a porosidade, remove os gases, os óxidos, as falhas e vazios na massa do aço. É um elemento purificador. Os tubos podem ser: O fósforo quando em teor elevado torna o aço frágil e quebradiço, motivo pelo qual se deve reduzi-lo ao mínimo possível, já que não se pode eliminá-lo integralmente. • O enxofre é também um elemento prejudicial ao aço, tornando-o granuloso e áspero, devido aos gases que produz na massa metálica. O enxofre enfraquece a resistência do aço. CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Característica do aço: a) Aços ao carbono: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Usa-se o símbolo St (stahl = aço), seguido da resistência mínima à tração. 7. 8. 9. 10. 11. 12. • 1 - Classificação da DIN (alemã) cor acinzentada; 3 peso específico: 7,8g/cm ; temperatura de fusão: 1350 a 1400º C; maleável (lamina-se bem); dúctil (estira-se bem em fios) tenaz (resiste bem à tração, à compressão e a outros esforços de deformação lenta); deixa-se soldar, isto é, uma barra de aço liga-se a outra pela ação do calor (solda autágena) ou pela ação combinada do calor com os choques, na bigorna ou no martelete (caldeamento); deixa-se trabalhar bem pelas ferramentas de corte; apresenta boa resiliência, isto é, resiste bem aos choques; com determinadas porcentagens de carbono, apresenta condições especiais de dureza (adquire têmpera); com determinadas porcentagens de carbono, é mais elástico; oferece grande resistência à ruptura. Ex.: St 42 ( σtr = 42 Kg/mm ) 2 No caso de aços de qualidade emprega-se a letra C seguido do teor de carbono multiplicado por 100. Ex.: C 35 (teor médio de C = 0,35 %) Quando o aço é fino (c/baixo teor de P e S), usa-se o símbolo CK seguido do teor médio de C multiplicado por 100. Ex.: CK 15 (aço fino com teor médio de C = 0,15 %) b) Aços liga Pelo teor de C costuma-se classificar os aços em: • aços extra-doces < 0,15 % C • aços doce 0,15 - 0,30 % C • aços meio-doces 0,30 - 0,40 % C • aços meio-duros 0,40 - 0,60 % C • aços duros 0,60 - 0,70 % C • aços extra-duros 0,70 - 1,20 % C No caso de baixa liga, os aços são representados de acordo com o seguinte exemplo. 25 Cr Mo Teor C multiplicado por 100 AÇOS LIGA OU AÇOS ESPECIAIS Além do ferro-carbono contém outros elementos, chamados elementos de adição: níquel, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, cobalto, silício e alumínio. 4 % final, obtida através do liga, no caso, o do cromo símbolos dos elementos liga Estes elementos são adicionados em quantidades que proporcionam determinadas características ao aço, tais como: resistência à tração e à corrosão, elasticidade, dureza, etc., bem melhores do que as dos aços-carbono comuns. Dependendo da porcentagem dos elementos obtém-se: aços de usinagem, aços para cementação, aços para beneficiamento, aços para molas, aços para ferramentas, aços resistentes à corrosão e ao calor (inoxidáveis), aços com propriedades físicas especiais, aços para válvulas de motores de explosão, etc... Aço prata é uma denominação comercial dos aços ferramentas (ao carbono ou especial) de bitola pequena, temperáveis em água ou em óleo. Apresenta aparência brilhante, prateada. Elementos liga Multiplicador Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 04 Al, Cu, Mo, Ti, V 10 P, S, N, C 100 Ex.: 10 Cr Mo 9 10 FORMAS COMERCIAIS DOS AÇOS C = 0,10 % Cr x 4 = 9 Cr = 2,25 % Mo x 10 = 10 Mo = 1 % No caso de aços de alta liga (> 5%) a designação é feita antepondo-se a letra X, e dispensando os multiplicadores com exceção do multiplicador do C. Os aços de baixo teor de carbono (< 0,30 %) são vendidos na forma de vergalhões, perfilados (L, T, duplo T, H, U, etc.) chapas, fios e tubos. Ex.: X 10 Cr Ni Ti 1892 Os aços com médio e alto teor de carbono (> 0,30 %) são encontrados no comércio na forma de vergalhões (chatos, quadrados, redondos, sextavados) chapas e fios. 0,1 % C 9 % Ni 18 % Cr 2 % Ti Aços e ferros fundidos: GG (grauguss) fe fo cinzento GT (temperguss) fe fo nodular As chapas são em geral: • • • com costura: resultam da curvatura de chapas estreitas, cujas bordas são encostadas e soldadas por processo automático. sem costura: produzidos por meio de perfuração, a quente, em máquinas chamadas prensas de extrusão. GH (hartguss) fe fo em coquilha GS (stahlguss) aço fundido Ex.: GG 18 - fe fo cinzento com σtr = 18Kg/mm GS 22 Mo 4 - aço fundido com 0,22 C e 0,4 % Mo 2 chapas pretas: tais como saem dos laminadores; chapas galvanizadas: revestidas de zinco; chapas estanhadas (folhas de flandres). 4 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica Símbolos complementares: INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS NOS AÇOS LIGA M T W aço Siemens-Martin aço Thomas aço Bessemer Y E aço L.D. aço de forno elétrico Ex.: MSt 60 aço Siemens-Martin com B V E N G K ALUMINIO (Al) - Tem efeito semelhante ao do silício. É considerado um importante desoxidante na fabricação do aço. Apresenta também uma grande afinidade pelo nitrogênio e, por esta razão, é um elemento de liga muito importante para os aços que serão submetidos à nitretação, pois facilita a penetração do nitrogênio. σtr = 60Kg/mm 2 .por usinagem (Bearbeiten) beneficiado (verguten) cementado (Einsatzhaerten ) normalizado (Normalgluehen) recozido (Gluehen) deformado a frio BORO (B) - Quando adicionado em quantidade variável de 0,001 a 0,003 % melhora a temperabilidade, a penetração de tempera, a endurecibilidade, a resistência à fadiga, as características de laminação, forjamento e usinagem. CHUMBO (Pb) - Ele não se liga ao ferro, quando adicionado a este, espalha-se uniformemente na sua massa em partículas finíssimas. Uma adição de 0,2 a 0,25 % Pb melhora grandemente a usinabilidade dos aços sem prejudicar qualquer sua propriedade mecânica. Ex.: M 16 Mn Cr 5 G aço Siemens-Martin recozido mole E 36 Cr Ni Mo 4 V aço de forno elétrico, beneficiado 2 - Classificação da ABNT COBALTO (Co) - Sozinho não melhora os aços. É sempre utilizado em liga com outros metais, como o Cr, Mo, W, V. O Co confere aos aços uma granulação finíssima, com grande capacidade de corte, e resistência ao calor, como nos aços rápidos, influi nas propriedades magnéticas. Os aços com Co são empregados em ferramentas com altas velocidades de corte. É a adotada pela SAE. Os dois primeiros algarismo definem o tipo de aço e os dois últimos (XX) o teor de C divido por 100. Ex.: SAE 3150 (1,25 Ni, 0,65 Cr, 0,50 % C) Os aços fundidos são designados por 4 algarismos seguidos por 2 AF. Os dois primeiros indicam a tensão de ruptura em Kg/mm e os dois últimos a elongação em %. Ex.: 4524 AF C = carbono V = vanádio Tipos Aços C Aços Ni Aços Ni - Cr Aços Mo Aços Cromo Aços Ni Cr Mo Vários Ni = níquel Mn = manganês Denominação ABNT 10XX 11XX 13XX T-13XX 20XX 21XX 23XX 25XX 30XX 31XX 32XX 33XX 34XX Villares VT-XX - 40XX 41XX 43XX 46XX 48XX 50XX 50XXX 501XX 51XX 51XXX 511XX 514XX 515XX 52XX 52XXX 521XX 86XX 87XX 93XX 97XX 98XX 61XX 70XX 92XX 94XX VL-XX VM-XX VR-XX VB-XX VA-XX VN-XX VS-XX - COBRE (Cu) - Aumenta o limite de escoamento e a resistência do aço, mas diminui o alongamento. O principal efeito é o aumento da resistência `a corrosão atmosférica. A presença de 0,25 % Cu no aço é suficiente para dobrar esta resistência em relação aos aços carbono comuns. Mo = molibdênio CROMO (Cr) - Aumenta a resistência ao desgaste, a dureza e moderadamente a capacidade de corte. Aumenta a penetração de tempera. Características e composição em % Comuns Usinagem fácil ou Resulf. Ao manganês - 1,75 Mn Com elevado teor de Mn 0,5 Ni 1,5 Ni 3,5 Ni 5,0 Ni inox e resist. À altas temperaturas 1,25 Ni - 0,65 Cr 1,75 Ni - 1,0Cr 3,5 Ni - 1,5 Cr 3,0 Ni - 0,8 Cr 0,25 Mo 0,90 Cr - 0,20 Mo 1,75 Ni - 0,80 Cr - 0,25 Mo 1,75 Ni - 0,25 Mo 3,5 Ni - 0,25 Mo 0,3 - 0,6 Cr 0,5 Cr - 1,0 C 0,5 Cr (para rolamentos) 0,8 - 1,05 Cr 1,0 Cr - 1,0 C 1,0 Cr Resistente ao calor Resistente ao calor 1,20 Cr 1,45 Cr - 1,0 C 1,45 Cr 0,55 Ni - 0,5 Cr - 0,20 Mo 0,55 Ni - 0,5 CR - 0,25 Mo 3,25 Ni - 1,2 Cr - 1,12 MO 0,55 Ni - 0,17 Cr - 0,20 Mo 1,0 Ni - 0,8 Cr - 0,25 Mo 0,9 Cr - 0,15 V Aço tungstênio 2,0 Si - 0,55 Mn 1,0 Mn - 0,45 Ni - 0,4 Cr 0,12 Mo ENXOFRE (S) - Prejudicial ao aço, pois torna-o frágil e quebradiço. Para fabricação em série de peças pequenas usam-se aços resulfurados. A adição de S proporciona aços de fácil usinagem, pois os cavacos se destacam em pequenos pedaços. FÓSFORO (P) - É uma impureza normal existente nos aços. É prejudicial. Sua única ação benéfica é a de aumentar a usinabilidade dos aços de corte fácil . MANGANES (Mn) - Depois do carbono, é talvez o elemento mais importante no aço. Baixa a temperatura de tempera e diminui as deformações por ela produzidas. O Mn dá bons aços de tempera em óleo, mas dificulta a usinagem por ferramentas cortantes. Os aços apresentam boa solda e fácil forjamento. Aços com 1,5 a 5 % Mn são frágeis mas duros. Com 0,8 a 1,5 % C e 11 a 14 % Mn são dúcteis, resistentes ao desgaste e aos choques. Os aços Mn são empregados em ferramentas, machos, cosinetes, pentes de roscas, etc. MOLIBDÊNIO (Mo) - Os aços Mo apenas, são poucos tenazes, por isso o Mo nunca é utilizado sozinho, mais com outros elementos de liga como Cr, W, etc. Proporciona aços de granulação fina. Juntamente com o Cr dá aços Cr-Mo, de grande resistência, principalmente aos esforços repetidos. Proporciona aços rápidos, empregados na construção de estampos, matrizes, laminas de corte submetidas a grandes cargas, etc. 5 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica NÍQUEL (Ni) - É o mais importante dos elementos liga que aumentam a tenacidade, a carga de ruptura e o limite de elasticidade dos aços. Dá boa ductilidade e boa resistência `a corrosão. Teores elevados de Ni produzem aços inoxidáveis. O Ni permite grande penetração de tempera. Os aços Ni apresentam grande tenacidade e alta resistência mecânica também a altas temperaturas. Aços com 1 a 3 % Ni são empregados em ferramentas. Os metais formam três importantes retículos cristalinos que são: I- RETICULADO CÚBICO DE CORPO CENTRADO (CCC) Contem 9 átomos Metais: Césio, Rubídio, Potássio, Sódio, Tungstênio, Molibdênio, Vanádio, e Ferro. (temperatura ambiente) SILÍCIO (Si) - É praticamente pouco usado sozinho. Torna os aços de forjamento difícil e praticamente não soldáveis. É usado em geral em ligas com o Mn, Mo, Cr. O Si é o único metaloide que pode ser utilizado nos aços sem prejudicá-los. Aumenta a temperatura e a penetração de tempera, assim como a elasticidade e a resistência. Suprime o magnetismo. Acalma os aços e melhora a resistência à corrosão atmosférica. TUNGSTÊNIO (W) - Elemento importante na formação de aços rápidos. Dá aos aços maior capacidade de corte e maior dureza. Os aços rápidos com liga de W conservam o fio de corte mesmo quando, pelas condições de trabalho, aquecem ao rubro. Os aços com 13 a 18 % W apresentam grande resistência mesmo em elevadas temperaturas. São empregados em ferramentas de corte de todas as espécies. II- RETICULADO CÚBICO DE FACE CENTRADA (CFC) VANADIO (V) - O V é excelente desoxidante. Os aços que contem V são isentos de bolhas de gás e portanto altamente homogêneos, dando a eles maior capacidade de forjagem , estampagem e usinagem. Em virtude de sua alta resistência, as ferramentas de aço V podem ter secções bastante reduzidas. O V entra em quase todas as ligas que compõem os aços rápidos. Geralmente os aços Cr-V contem 0,13 a 1,1 % C, 0,5 a 1,5 % Cr, 0,15 a 0,3 % V. São empregados na fabricação de talhadeiras para máquinas rebarbadoras e ferramentas para grandes esforços: chaxes, alicates, alavancas, etc. Contem 14 átomos Metais: Cálcio, Chumbo, Ouro, Prata, Alumínio, Cobre, Cobalto, Níquel, e Ferro. (temperaturas elevadas) DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DO FERRO-CARBONO (Fe-C) As ligas de ferro – carbono são as mais utilizadas dentre todas as ligas metálicas. O ferro é um metal abundante na crosta terrestre e caracteriza-se por ligar-se com outros elementos, metálicos ou não metálicos, dos quais o principal é o carbono. O diagrama ferro - carbono é fundam ental para facilitar a compreensão sobre o que ocorre com as ligas ferrosas quando submetidas a operações de tratamento térmico, que modificam suas propriedades mecânicas para aplicações sob as m ais variadas condições de serviço. III- RETÍCULO HEXAGONAL COMPACTO (HC) (Disposição compacta) Contém 17 átomos Metais: Magnésio, Zinco , Titânio , etc... Inicialmente, observaremos as transformações do elemento ferro quando submetido ao aquecimento ou resfriamento lentos. O ferro, como todos os metais tem uma estrutura cristalina. A disposição própria e regular dos átomos de cada metal, em forma de cristais, se chama rede cristalina ou reticulado cristalino. ALOTROPIA DO FERRO PURO *ALOTROPIA: é um fenômeno químico que consiste em poder um elemento químico cristalizar-se em mais de um sistema cristalino e ter por isso diferentes propriedades físicas. O conjunto de “células unitárias” form a os cristais. Os cristais adquirem contornos irregulares, devido aos pontos de contato de cada conjunto e desse modo passam a receber o nom e de “GRÃOS CRISTALINOS”. *FENÔMENO DE CRISTALIZAÇÃO: é o fenômeno em que as “células unitárias” se reúnem e form a uma rede cristalina ou retículo cristalino. *CÉLULA UNITÁRIA: é o agrupamento dos átomos metálicos que procuram ocupar posições definidas e ordenadas que se repetem em três dimensões formando uma figura geométrica regular. 6 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica O “Graõ Cristalino” é constituídos por milhares de células unitárias. Grão Cristalino Os quadradinhos são as Células Unitárias. Os grãos podem ser observados melhor com auxílio de um microscópio metalográfico. A figura, abaixo, ilustra uma peça de aço de baixo teor de carbono, com a superfície polida e atacada quimicamente ampliada muitas vezes. As regiões claras e escuras, todas com contornos bem definidos como se fossem uma colmeia, são os grãos. No intervalo de 1538ºC e 1394ºC o ferro puro se solidifica em reticulado cúbico de corpo centrado CCC, chamado Fe δ (ferro delta). A 1394ºC se realiza a reestruturação do reticulado cúbico de corpo centrado em reticulado cúbico de face centrada, permanecendo até 912ºC. O reticulado cúbico de face centrada CFC denomina-se Fe γ (ferro gama) ou austenita. A 912ºC o ferro puro sofre mudança na estrutura do reticulado novamente para cúbico de corpo centrado CCC, chamado Fe α ( ferro alfa) ou ferrita. Abaixo dessa temperatura, a estrutura do reticulado do ferro é cúbica de corpo centrado. O trecho abaixo de 770ºC não representa mudança de estrutura do reticulado, mas o surgimento de propriedades magnéticas do ferro; o Feα abaixo de 770ºC é magnético e acima de 770ºC não tem propriedades magnéticas. O ferro sólido, quando aquecido ou resfriado, apresent a diferentes estruturas em seu reticulado cristalino; conseqüentemente, suas propriedades também ficam diferentes. Esse fenôm eno se denomina alotropia e é representado pelas letras do alfabeto grego: α, β, γ, δ, etc. A mudança estrutural do reticulado cristalino do ferro traz consigo a modificação de suas propriedades; assim, o Feα quase não dissolve o carbono; o Feγ dissolve até 2,11% de carbono e o Fe δ dissolve até 0,09% de carbono. Essa situação ocorre devido à estrutura cúbica de face centrada do Feγ apresentar uma distância maior entre os átomos do que a estrutura cúbica de corpo centrado do Feα e Feδ, então é mais fácil aceitar átomos estranhos, como por exemplo, átomos de carbono. A esse fenômeno damos o nome de solubilidade no estado sólido. O gráfico a seguir m ostra a curva característica de resfriamento ou aquecimento. do ferro puro e sua correspondente transformação alotrópica. O ferro puro raramente é usado, comumente está ligado com o carbono. No gráfico apresentado foi vista a curva de resfriamento ou aquecimento do ferro puro com indicações das formas alotrópicas e suas respectivas temperaturas de transformação. Nas ligas de ferro – carbono existem também as formas alotrópicas α e γ, mas as temperaturas de transform ação oscilam em função do teor de carbono na liga. O diagrama abaixo de fase ferro – carbono, auxilia na visualização dessas oscilações importantes para o estudo dos aços e ferros fundidos. 7 o Tecnologia Mecânica – I 1 Ciclo de Mecânica O diagrama de fase ferro carbono pode ser dividido em três partes: • de 0 a 0,008%C - ferro puro • de 0,008 a 2,11%C - aço • de 2,11 a 6,69%C - ferro fundido 8 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Componentes da estrutura dos aços Fases relevantes do diagrama ferro - carbono No ponto eutetóide se verifica uma transformação importante no estudo dos aços, ou seja um aço com 0,77%C acima de 727ºC encontra-se no estado de austenita. No ponto eutetóide a austenita se transforma em uma mistura de duas fases – ferrita e cementita que se denomina perlita. • Ferrita (α) - solução sólida de carbono em ferro CCC , existente até a temperatura de 912ºC, caracteriza-se pela baixa solubilidade de carbono no ferro, chegando ao máximo de 0,0218% a 727ºC. • Austenita (γ) - solução sólida de carbono em ferro CFC, existindo entre as temperaturas de 912ºC e 1495ºC, e com solubilidade máxima de carbono no ferro de 2,11% a 1148ºC. • Ferrita (δ) – solução sólida de carbono em ferro CCC, sendo estável até 1538ºC, quando o ferro se liqüefaz. A solubilidade do carbono é baixa, atingindo um máximo de 0,09% a 1495ºC. Quando não houver referência contrária, o termo ferrita, subentenderá a ferrita α . • Cementita (Fe3 C) - é um carboneto de ferro de alta dureza com teor de carbono de 6,69% de carbono. Linhas relevantes do diagrama ferrocarbono Linha A1 – indica a ocorrência de uma parada (Arrêt) durante a transformação. Assim ao resfriar um aço com 0,77% C, observa-se uma “parada” na temperatura de 727ºC, ou seja, enquanto a transformação γ →α+ Fe3 C não se completar a temperatura permanecerá constante. A perlita tem uma estrutura finam ente raiada que, semelhante a madrepérola, está formada de lâminas finíssimas superpostas, alternando-se uma camada de ferrita e outra de cementita, conforme a figura a seguir. Linha A2 – indica a temperatura de transformação magnética do ferro CCC a 770ºC. Assim os aços com 0,77% C são chamados de eutetóides. Aços com menos de 0,77%C são chamados hipoeutetóides e com mais de 0,77%C são chamados hipereutetóides. Linha A3 – indica a temperatura de transformação γ →α. À medida que o teor de carbono vai aumentando, a temperatura A3 vai diminuindo, até o limite de 727ºC, onde se encontra com A1. Embora a perlita não seja uma fase, e sim um constituinte, é possível prever quais são as microestruturas presentes nos aços após o resfriamento lento. Linha Acm – indica a temperatura de transformação γ → Fe3C. Iniciase a 727ºC com 0,77% C e vai aumentando com a elevação do teor de carbono, até atingir 1148ºC a 2,11% C. Os aços hipoeutetóides (até 0,77%C) apresentam em sua microestrutura ferrita e perlita conforme mostra a figura esquemática abaixo. Linha Solidus – indica que abaixo desta linha todo material estará no estado sólido. Linha Liquidus – indica que acima desta linha todo material estará na forma líquida. Pontos relevantes do diagrama ferro-carbono Ponto eutético - indica a presença de uma liga eutética, com 4,3% C a 1148ºC Ponto eutetóide indica a presença de uma liga eutetóide, com 0,77%C a 727ºC. 9 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica A figura a seguir mostra o aspecto micrográfico de um aço hipoeutetóide com aproximadamente 0,3%C, submetido ao ataque reativo de nital, ampliado 200 vezes. Os grãos escuros são de perlita e os grãos brancos são de ferrita. A figura a seguir mostra o aspecto micrográfico de um aço eutetóide com 0,77%C, submetido ao ataque reativo de nital, ampliado 1000 vezes. Os aços eutetóides (0,77%C) apresentam em sua microestrutura somente perlita, conforme mostra a figura esquemática abaixo. Nota-se a estrutura lamelar; as linhas escuras representando a cementita e as linhas brancas a ferrita Os aços hipereutetóides (0,77% a 2,11%C) apresentam em sua microestrutura perlita e cementita, conform e mostra a figura esquemática a seguir. 10 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica A figura a seguir mostra o aspecto micrográfico de um aço hipereutetóide com aproximadamente 1%C, submetido ao ataque reativo de picral, ampliado 200 vezes. Ponto Temperatura Estado Fases aproximada físico presentes A 1600ºC líqüido líqüida B 1480ºC líqüido líqüida Nota-se que a cementita está disposta em torno dos grãos de perlita, formando uma rede. C 1450ºC mistura líqüida + sólida Os aços hipoeutetóides apresentarão tanto maior quantidade de ferrita quanto menos carbono contiverem, e os aços hipereutetóides tanto maior quantidade de cementita quanto mais se aproximarem do teor de 2,11% de carbono. A figura a seguir mostra de modo esquemático o teor de carbono e sua microestrutura correspondente. D 1350ºC sólido austenita E 1000ºC sólido austenita F 780ºC sólido austenita G 750ºC sólido austenita + ferrita H 727ºC sólido I <727ºC sólido Interpretação final dos diagrama Os aços hipoeutetóides (0,4%C por exemplo) têm pouco carbono, portanto há pouca perlita e quase nenhuma cementita livre. A maior parte de massa constitui-se de ferrita que é Feα , caracterizando-se pela baixa dureza, porém com alta ductilidade. O diagram a de fase apresentado a seguir, indica as fases presentes nos pontos determinados e o respectivo estado físico do aço hipoeutetóide com 0,4% C, quando submetido ao resfriamento lento. 11 perlita + ferrita perlita + ferrita Comentários Toda a matéria líqüida. Todo o carbono dissolvido Início da solidificação. Forma-se o primeiro cristal sólido Campo bifásico. O líqüido vai transformando-se continuamente em austenita Todo material solidificado. O ultimo líqüido solidificou-se Apenas sólido presente – austenita - é Fe CFC com todo carbono dissolvido Início da transformação da austenita em ferrita. O carbono começa a liberta-se CFC transforma-se continuamente em CCC, libertando carbono para formar a perlita Completada a transformação Material pronto para ser utilizado o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Efeito da velocidade de resfriamento nos aços Nos aços hipereutetóides ( 0,9%C por exemplo), devido ao alto teor de carbono, teremos a formação de cementita mais a perlita. O diagram a de fase apresentado a seguir mostra as fases presentes e o respectivo estado físico do aço hipereutetóide com 0,9% C ,quando submetido ao resfriamento lento. Ponto Fases Temperatura Estado aproximada físico presentes A > 1500ºC líqüido líqüida B 1500ºC líqüido líqüida C 1450ºC mistura líqüida + sólida D 1430ºC sólido austenita E 1000ºC sólido austenita F 800ºC sólido austenita G 760ºC sólido austenita + cementita H 727ºC sólido I < 727ºC sólido perlita + cementita perlita + cementita Um aço resfriado muito lentamente a partir do campo austenítico apresentará, em temperatura ambiente, uma ou mais das fases ferrita, perlita e cementita, dependendo de seu teor de carbono. Porém, se o resfriamento do aço a partir da região austenítica for muito rápido impede-se a formação da perlita. Certamente produz-se um rearranjo cúbico de face centrada (CFC) para cúbico de corpo centrado (CCC), porém os átomos de carbono permanecem retidos em seu núcleo. Como o resfriamento é rápido e a dimensão do reticulado cristalino α é menor que a dimensão do reticulado cristalino γ, o carbono é forçado a permanecer no reticulado cristalino α, causando deformação e tensão, a conseqüência disso é uma estrutura dura, quebradiça, acicular denominada martensita, que não é prevista no diagrama ferro carbono. Comentários Toda a matéria líqüida. Todo o carbono dissolvido. Início da solidificação. Forma-se o primeiro cristal sólido. Campo bifásico. O líqüido vai transformando-se continuamente em austenita. Todo m aterial solidificado. O último líqüido solidificou-se. Apenas sólido presente - austenita - é Fe CFC com todo carbono dissolvido. Início da transformação da austenita em cementita. O carbono começa a libertar-se. CFC transforma-se continuamente em CCC, libertando carbono para formar a cementita. Completada a transformação. Material pronto para ser utilizado. 12 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Metais Não Ferrosos Normalização Introdução Segundo a DIN 1700, para metais puros escreve-se o símbolo do elemento químico seguido do grau de pureza. Metais não ferrosos são todos os metais puros ou ligados, com exceção do ferro e suas ligas. Exemplo: Para as ligas, adota-se a seguinte forma: Os metais não ferrosos podem ser classificados em função de densidade em metais leves e metais pesados. Produção ou aplicação A maioria dos metais puros é mole e tem baixa resistência à tração. Quanto maior for a pureza, mais alto será o ponto de fusão, maior a condutibilidade elétrica e a resistência à corrosão. G Na indicação dos metais não ferrosos puros, deve-se usar a designação química do elemento mais o grau de pureza. GD = Fundido a pressão GK = Fundido em Gz Metais leves 5kg ρ ≤ dm 3 Metais pesados 5kg dm 3 Cu Pb Zn Ni Sn W Mo Cr Manganês Vanádio Cobalto Cádmio Alumínio Magnésio Titânio = Fundido por Mn V Co Cd Al Mg Ti = Liga de F-40 = Resistência a tração em 2 Kgf/mm 2. Símbolo químico dos elementos de liga seguidos de seu teor em porcentagem W = mole h = duro Wh = dureza de laminado Zh = dureza de trefilado P = dureza de prensagem 150Hv = dureza vickers bk = brilhante prévia adição Gl L Propriedades especiais 1. Símbolo químico do metal base centrifugação V Cobre Chumbo Zinco Níquel Estanho Tungstênio Molibdênio Cromo = Fundido coquilha Metais não ferrosos ρ≥ Composição = Metl. antifricção para mancais = Metal para solda Designação dos metais puros gb g = decapado = recozido dek = oxidável com efeito decorativo Ex.: Zn 99 , 99 Exemplos: Pureza = 99,99% Elemento químico GD-Zn Al 4 Cu1 → Liga de zinco fundido sob pressão com 4% de Al, 1% de Cu. AlCu Mg1 F40 → Liga de alumínio com ±4% de Cu, ±1% de Mg e 2 2 resistência a tração de 40kgf/mm ≅ 390N/mm . Obtenção dos metais Os minérios de onde são retirados os m etais, além do próprio metal, contêm também impurezas, tais como: oxigênio, hidrogênio e enxofre. A quantidade (porcentagem) de metal varia em função do tipo de minério. As propriedades dos metais puros podem ser melhoradas através de elementos de liga. Liga é um processo onde se misturam dois ou mais elementos entre si no estado líquido. O esquema abaixo mostra o processo de obtenção da maioria dos metais. Nos metais ligados, geralm ente a dureza e a resistência aumentam, enquanto a ductilidade e a condutibilidade elétrica diminuem. Para se obter um metal quase que totalmente puro (99,99%) usamse normalmente outros processos além do processo normal de alteração do metal siderúrgico, os quais dependem do tipo de metal. Designação das ligas não ferrosas Minério É feita pela indicação (símbolo químico) dos metais que nela estão contidos, seguidos pelo teor (em porcentagem) de cada um dos metais. Calcinação Redução Exemplo: Designação Metal bruto Cu Zn 40 Pb2 Chumbo 2% Afinagem (eliminação das impurezas) Zinco 40% Metal siderúrgico Liga de cobre Metal puro 13 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Metais não ferrosos pesados Precaução Cobre (Cu) Partículas de chumbo que aderem às mãos podem penetrar no organismo e provocar uma intoxicação por isso é indispensável lavar bem as mãos após, seu manuseio. É um metal de cor avermelhada, bastante resistente à intempérie e à corrosão. É também um excelente condutor elétrico e de calor (seis vezes mais que o ferro). Aplicação É aplicado, de forma geral, no revestimento de cabos elétricos subterrâneos e de recipientes para ácidos, usados na indústria química. Como liga chumbo-estanho, é utilizado na solda. Propriedades do cobre Densidade (ρ) Temperatura da liquefação Resistência à tração Alongamento O chumbo fino, especificamente, aplica-se em placas de acumuladores, cristais óticos e proteção contra raios X. 3 8,93kg/dm 1083º 200 ... 360 N mm 2 2 Transformação fria até 600N/mm 50 ... 35% Transformação fria 2% Zinco (Zn) É um metal branco azulado. Sua superfície de ruptura é formada de cristais que se distinguem facilmente. Entre os metais, é o que tem o maior coeficiente de dilatação térmica (0,000029/ºC). Exposto à umidade do ar, combina-se com o dióxido de carbono (CO2 ) formando uma capa cinzenta de carbonato de zinco (Zn + CO2), que protege o metal. Normalização Exemplo: E-Cu 99,99 Cobre especialmente puro Obtenção pela eletrólise (E) É muito sensível aos ácidos, que o atacam e destroem, sendo portanto impossível conservar ácidos em recipientes de zinco. É fácil de fundir, dobrar, forjar, repuxar, tanto a quente com o a frio. A deformação a frio deixa o cobre duro e difícil de dobrar. Com o cobre recozido a uma temperatura de aproximadamente 600ºC, e sem o resfriam ento rápido, elimina-se a dureza proveniente da deformação a frio. Nos processos de usinagem com cavacos, devem-se usar ferramentas com grande ângulo de saída e, como fluido de corte, o óleo solúvel. As propriedades do zinco podem ser sensivelmente melhoradas pela adições de outros metais. Propriedades do zinco Densidade (ρ) 7,1 kg dm 3 Aplicação É normalmente empregado para confecção de fios e cabos condutores elétricos, sistemas de aquecimento e resfriamento, tubos, chapas, peças fundidas e peças de artesanato. Ponto de fusão ºC Resistência à tração 419ºC N 20...36 mm 2 Alongamento 1% Chumbo (Pb) Com liga, o zinco de alumínio se torna mais resistente; com liga de cobre, mais duro. O magnésio compensa as impurezas existentes e igualmente o torna mais duro. Também o bismuto, o chumbo e o tálio melhoram consideravelmente as propriedades do zinco para sua usinagem. É um metal com aspecto exterior característico, pois apresenta uma cor cinza azulada. Sua superfície de ruptura (recente) é de uma cor branca prateada muito brilhante. É fácil de reconhecê-lo pelo peso: é um material muito denso e macio. Designação do zinco O chumbo é muito dúctil, fácil de dobrar, laminar, martelar (a frio). Os tubos são curvados com auxílio de uma mola ou enchendo-os de areia fina e seca, ou com ajuda de um aparelho de curvar. Norma DIN 1706 Denominação Zinco fino Zinco siderúrgico Zinco fundido Propriedades do chumbo 11,3 kg Densidade (ρ) Norma Zn 99,995 Zn 99,95 G-Zn.Al6.Cu Impureza 0,005% 0,05% 1% dm 3 Ponto de fusão ºC 327ºC N Aplicação Peças de aço que estejam sujeitas à oxidação do tempo, devem receber uma zincagem (banho de zinco) para sua proteção. 15...20 Resistência à tração mm 2 50...30% Alongamento O zinco é um material muito utilizado na fundição de peças. Liga-se com dificuldade a outros metais, exceto o estanho, com o qual se produz a solda de estanho. É bem resistente à corrosão, pois, quando exposto ao ar, recobre-se de uma camada protetora de óxido. Peças complicadas são obtidas através de fundição por injeção, a qual facilita a fabricação em série e aumenta a precisão das peças. Designação do chumbo Estanho (Sn) Norma DIN 1719 : 1963 É um metal branco azulado e m acio que se funde facilmente e é resistente à corrosão. Denominação Chumbo fino Chumbo siderúrgico Chumbo refundido Norma Pb 99,99 Pb 99,94 Pb 99,9 Impureza 0,01% 0,06% 0,01% 14 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Propriedades do latão Propriedades do estanho Densidade Latão 3 Massa específica 8,5kg/dm Classifica-se segundo Ponto de fusão 980ºC DIN 1709, 17660, 17661 1. Ligas de fundição (latão fundido) Denominação Abreviatura Composição Propriedades Emprego em % especiais Latão fundido G - CuZn 64 até 3 Boa conduti- Instalações 36 Pb bi-lidade para gás, Latão de G - CuZn 62 até 3 Superfície água e fundição em 38 Pb brilhante para indúscoquilha tria elétrica 7,3 kg Temperatura de liquefação Resistência à tração dm 3 232ºC N 40...50 mm 2 Ductibilidade 50% Dobrando uma barra de estanho, ouve-se um ruído como se o metal estivesse trincado. Esse ruído é produzido em conseqüência do deslizamento dos cristais, atritando-se entre si (grito do estanho). Não se altera quando em contato com ácidos orgânicos ou quando exposto às intempéries. Em temperaturas inferiores a -15ºC, o estanho se decompõe formando um pó de cor cinzenta. Latão fundido G - CuZn 60 até 2 sob pressão 40 Pb Designação do estanho A abreviatura Denominação Estanho Liga fundida Norma Sn 99,9 Cu Sn 6 Superfície brilhante CuZn = Latão teor de zinco em % = 36 teor de cobre em % = 64 O latão é um metal de cor amarelo-claro ou amarelo-ouro. As classes do latão são reconhecidas pela superfície de ruptura ou em sua superfície polida. Aplicação O estanho puro não é empregado em construções de peças devido a sua pequena resistência à tração. É fácil de dobrar e repuxar. Tem uma resistência maior do que a do 2 cobre (200 - 800N/mm ). Graças a sua ductilidade, podem-se laminar folhas delgadas de até 0,008mm de espessura. É muito utilizado no equipamento e maquinaria da indústria alimentícia, por ser não tóxico. Aplicação Devido a sua boa resistência à corrosão causada pelo ar e fluidos, o emprego do latão fundido é muito grande na fabricação de válvulas, torneiras e registros. Liga-se perfeitamente a outros metais: cobre, chumbo e antimônio. Laminado, o latão é empregado na confecção de chapas, perfis de A solda de estanho é possível sobre latão, aço e aço fundido. qualquer forma ( Ligas dos metais pesados não ferrosos Bronze Para melhorar as propriedades dos metais com base o cobre, são adicionadas ligas de outros metais, como o zinco e o estanho. As ligas de cobre possuem cores diferentes, conforme o metal que entra na constituição da liga e na proporção em que é adicionado. As ligas de cobre mais importantes são: latão, bronze e latão vermelho. O bronze é uma ligas com 60% de cobre e um ou vários elementos de liga. O bronze pode ser classificado em ligas fundidas e ligas laminadas. O quadro a seguir mostra os diversos tipos de bronze. Produção do latão Zn Latão Tomback, Latão especial Fundição em coquilha ) e tubos de radiadores. Bronze - ao estanho - fosforoso - ao alumínio - ao chumbo - ao silício - ao manganês - ao berílio É uma liga de cobre e de zinco com um teor mínimo de 50% de cobre. Fundição Fundição em areia , Tipos de bronze Latão Cobre , Ligas de Laminação Laminados Chapas Tiras Barras maciças Tubos Arames Peças de pressão Barras perfiladas Ligas de Fundição Propriedades e aplicações As ligas de bronze variam entre macias e duras. Resistem muito bem à corrosão. Devido a sua fácil fusão, são empregadas na fabricação de sinos, buchas e peças hidráulicas. O bronze laminado é empregado na fabricação de molas, partindo de tiras e de arames estirados a frio. 15 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Normalização conforme DIN Propriedades do bronze Densidade (ρ) G - Cu Sn 10 Zn G = Fundido 10% de estanho ≅ 3% de zinco 87% de cobre 7,6 - 8,8 kg dm 3 Ponto de fusão Resistência à tração 900 - 1000ºC N 350 - 770 mm 2 Bronze ao estanho Esta liga tem de 4 a 20% de estanho. É dúctil e elástica, dura e resistente à corrosão. Torno Mecânico Exemplo de normalização DIN Torno mecânico é uma máquina-ferramenta utilizada para executar operações de usinagem cilíndrica externa ou interna e outras operações que normalmente são feitas por furadeiras, fresadoras e retificadoras, com adaptações relativamente simples. Cu Sn 6 6% de estanho 94% de cobre A principal característica do torno é o movimento rotativo contínuo realizado pelo eixo-árvore, conjugado com o movimento de avanço da ferramenta de corte. As outras características importantes são o diâmetro do furo do eixo principal, a distância entre pontas e a altura da ponta, que compreende a distância ao fundo da cava, ao barramento e ao carro principal. Bronze ao chumbo Até 25% de chumbo. Boa característica de deslizamento, autolubrificante. Empregada na construção de buchas. Exemplo de normalização DIN G - Cu Pb 15 Sn 75% de cobre 15% de chumbo 8% de estanho 2% de zinco Bronze ao alumínio Esta liga tem de 4 a 9% de alumínio. Resistente à corrosão e ao desgaste. Utilizada na construção de buchas, parafusos sem-fim e rodas-dentadas. Exemplo de normalização DIN Cu Al8 Fe F45 89% de cobre 8% de alumínio ≅ 1% de ferro 2 F45 - resistência à tração = 450N/mm O torno básico é o torno universal; estudando seu funcionamento, é possível entender todos os outros tipos de torno, por mais sofisticados que sejam. Partes principais do torno Latão vermelho (bronze ao zinco) As partes principais do torno universal são: placa, cabeçote fixo, recâmbio, caixa de engrenagem, barramento, carro principal e cabeçote móvel. O latão vermelho é uma liga de cobre, estanho (bronze) e zinco, cujo componente predominante é o cobre. É resistente à corrosão e ao desgaste. Além disso, resiste bem à pressão. É empregada na fundição de buchas e na fabricação de peças hidráulicas, tubos e engrenagens helicoidais. Propriedades do latão vermelho Densidade 8,6 kg dm 3 Ponto de fusão Resistência à tração 900 - 1000ºC 240 - 650 N mm 2 16 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica No avanço automático, a vara com uma rosca sem-fim movimenta um conjunto de engrenagens ligadas à cremalheira do barramento que, por sua vez, desloca o carro. Cabeçote fixo Cabeçote fixo é um conjunto constituído de carcaça, engrenagens e eixoárvore. O elemento principal do cabeçote é o eixo-árvore, também chamado árvore ou eixo principal, onde está montada a placa, responsável pelo movimento de rotação da peça; o eixo-árvore é vazado de ponta a ponta, de modo a permitir a passagem de barras. Caixa Norton Também conhecida por caixa de engrenagem, é formada por carcaça, eixos e engrenagens; serve para transmitir o movimento de avanço do recâmbio para a ferramenta. Recâmbio O recâmbio é a parte responsável pela transmissão do movimento de rotação do cabeçote fixo para a caixa Norton. É montado em uma grade e protegido por uma tampa a fim de evitar acidentes. As engrenagens do recâmbio permitem selecionar o avanço para a ferramenta. O avental transforma os movimentos giratórios do fuso ou da vara em movimento retilíneo longitudinal ou transversal em relação ao eixoárvore, permitindo o avanço da ferramenta sobre a peça. Barramento Barramento é a parte do torno que sustenta os elementos fixos e móveis do torno. Na parte superior do barramento estão as guias prismáticas, que devem ter um paralelismo perfeito em relação ao eixo-árvore, a fim de garantir o alinhamento da máquina. A mesa, que desliza sobre as guias prismáticas do barramento, suporta o carro transversal. Nela também estão montados o fuso e o volante com anel graduado, que determinam o movimento do carro transversal. Carro principal O carro principal é um conjunto formado por avental, mesa, carro transversal, carro superior e porta-ferramenta. O avanço do carro principal pode ser manual ou automático. No avanço manual, o giro do volante movimenta uma roda dentada, que engrenada a uma cremalheira fixada no barramento, desloca o carro na direção longitudinal. O carro transversal é responsável pelo movimento transversal da ferramenta e desliza sobre a mesa por meio de movimento manual ou automático. 17 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica No movimento automático, o giro da vara movimenta a rosca sem-fim existente no avental; o movimento é transmitido até a engrenagem do parafuso de deslocamento transversal por meio de um conjunto de engrenagens; esse conjunto de engrenagens faz girar o parafuso, deslocando a porca fixada no carro. Cabeçote móvel O cabeçote móvel é a parte do torno que se desloca sobre o barramento, oposta ao cabeçote fixo; a contraponta e o eixo principal estão situados na mesma altura e determinam o eixo de rotação da superfície torneada. O movimento manual é realizado por meio do manípulo existente no volante montado na extremidade do parafuso de deslocamento transversal. O movimento é controlado por meio de um anel graduado, montado no volante. O cabeçote pode ser fixado ao longo do barramento por meio de parafusos, porcas, placas e alavanca com excêntrico. O carro superior possui uma base giratória graduada que permite o torneamento em ângulo. Nele também estão montados o fuso, o volante com anel graduado e o porta-ferramentas ou torre. O porta-ferramentas ou torre é o local onde são fixados os suportes de ferramentas, presos por meio de parafuso de aperto. 18 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica O cabeçote móvel tem as seguintes funções: • servir de suporte à contraponta, destinada a apoiar um dos extremos da peça a tornear; • servir para fixar o mandril de haste cônica para furar com broca no torno; Base - desliza sobre o barramento e serve de apoio ao corpo. Corpo - é onde se encontra todo o mecanismo do cabeçote móvel e pode ser deslocado lateralmente, a fim de permitir o alinhamento ou desalinhamento da contraponta. Mangote - é uma luva cilíndrica com um cone morse num lado e uma porca no outro; a ponta com o cone morse serve para prender a contraponta, a broca e o mandril; o outro lado é conjugado a um parafuso, que ao ser girado pelo volante, realiza o movimento de avanço e recúo. Trava do mangote - serve para fixá-lo, impedindo que se movimente durante o trabalho. Volante - serve para fazer avançar ou recuar o mangote. Acessórios do torno • servir de suporte direto para ferramentas de corte de haste cônica como brocas, alargadores e machos; O torno tem vários tipos de acessórios que servem para auxiliar na execução de muitas operações de torneamento. Denominação • deslocar a contraponta lateralmente para tornear peças de pequena conicidade. As partes principais do cabeçote móvel são: base, corpo, mangote, trava do mangote e volante. 19 Figura Função Placa de 3 castanhas fixar peças cilíndricas Placa de 4 castanhas independentes fixar peças cilíndricas para tornear excêntricos e fixar peças quadradas Placa lisa fixar peças de formas irregulares o Tecnologia Mecânica - I Denominação 1 Ciclo de Mecânica Figura Placa arrastadora fornecer movimento giratório à peça fixada entre pontas Ponta suportar a peça por meio dos furos de centro Luneta fixa e móvel Bucha cônica Faceamento Função Faceamento é a operação que permite fazer no material uma superfície plana perpendicular ao eixo do torno, de modo a obter uma face de referência para as medidas que derivam dessa face. A operação de facear é realizada do centro para a periferia da peça. Também é possível facear partindo da periferia para o centro da peça, desde que se use uma ferramenta adequada. servir de mancal na usinagem de eixos longos e de pequeno diâmetro Furação A furação permite abrir furos de centro em materiais que precisam ser trabalhados entre duas pontas ou entre placa e ponta. Também é um passo prévio para fazer furo com broca comum. adequar o cone da haste cônica das brocas ou mandris com encaixe cônico do mangote e eixo-árvore Operações do torno O torneamento é um processo de usinagem que se baseia no movimento da peça ao redor de seu próprio eixo, com a retirada progressiva de cavaco. O cavaco é cortado por uma ferramenta de um só gume cortante, com dureza superior à do material a ser cortado. O torneamento exige três movimentos relativos entre a peça e a ferramenta: corte, avanço e penetração. Variando os movimentos, a posição e o formato da ferramenta, é possível realizar grande variedade de operações, tais como: faceamento, torneamento cilíndrico, furação, torneamento cônico, interno, externo, sangramento, corte e recartilhamento. Usa-se a furação no torno para fazer furo cilíndrico por deslocamento de uma broca montada no cabeçote. É um furo de preparação do material para operações posteriores de alargamento, torneamento e roscamento internos. Torneamento cilíndrico externo O torneamento cilíndrico consiste em dar um formato cilíndrico a um material em rotação submetido à ação de uma ferramenta de corte. Essa operação é uma das mais executadas no torno e tem a finalidade de produzir eixos e buchas ou preparar material para outras operações. A furação no torno também serve para fazer uma superfície cilíndrica interna, passante ou não, pela ação da ferramenta deslocada paralelamente ao torno. Essa operação também é conhecida por broqueamento e permite obter furos cilíndricos com diâmetro exato em buchas, polias, engrenagens e outras peças. 20 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Quando se constrói um cone interior para ser acoplado a um cone exterior, deve-se fabricar primeiro o cone exterior, usando-o depois como calibrador para controlar a conicidade da peça com cone interno. A principal aplicação do torneamento cônico é na produção de pontas de tornos, buchas de redução, válvulas e pinos cônicos. Torneamento cônico externo Operação muito comum, o torneamento cônico externo admite duas técnicas: com inclinação do carro superior e com desalinhamento da contraponta. O torneamento com inclinação do carro superior é usado para tornear peças cônicas de pequeno comprimento. O torneamento cônico com deslocamento do carro superior consiste em inclinar o carro superior de modo a fazer ferramenta avançar manualmente ao longo da linha que produz o corte no ângulo de inclinação desejado. Ferramentas de Corte As ferramentas de corte são empregadas para cortar materiais metálicos e não metálicos por desprendimento de cavaco. São constituídas de materiais com elevada dureza, o que lhes permite cortar materiais de dureza inferior. Existem dois fatores de influência nas ferramentas de corte: a dureza dos materiais de que são feitas e o ângulo da geometria de corte da ferramenta. Materiais das ferramentas Normalmente os materiais das ferramentas de corte são aço carbono, aço rápido, metal duro e cerâmica. O torneamento com desalinhamento da contraponta é usado para º peças de grande comprimento com conicidade de até 10 , aproximadamente. Consiste em delocar transversalmente o cabeçote móvel por meio de parafuso de regulagem, de modo que a peça forme um ângulo em relação às guias do barramento. Ao avançar paralelamente às guias, a ferramenta corta um cone com o ângulo escolhido Aço carbono O aço carbono utilizado para ferramentas de corte tem teores de carbono que variam entre 0,7 e 1,5%; é utilizado em ferramentas para usinagem manual ou em máquinas-ferramenta como, por exemplo, limas, talhadeiras, raspadores e serras. As ferramentas de aço carbono são utilizadas para pequenas quantidades de peças e não se prestam a altas produções; são pouco resistentes a temperaturas de corte superiores a 250º C, daí a desvantagem de usar baixas velocidades de corte. Aço rápido As ferramentas de aço rápido possuem, além do carbono, vários elementos de liga, tais como tungstênio (W), cobalto (Co), cromo (Cr), vanádio (Va), molibdênio (Mo) e boro (B), que são responsáveis pelas propriedades de resistência ao desgaste e aumenº tam a resistência de corte a quente até 550 C, possibilitando maior velocidade de corte em relação às ferramentas de aço carbono. Torneamento cônico interno Neste tipo de torneamento, o ângulo de deslocamento do carro superior é igual ao ângulo de inclinação do cone que se pretende fabricar. A ferramenta é a mesma utilizada no broqueamento e o controle de conicidade é feito com um calibrador cônico. 21 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Cerâmica Outra vantagem das ferramentas de aço rápido é que são reafiáveis, além de que um grande número de arestas de corte pode ser produzido numa mesma ferramenta. As ferramentas de aço rápido são comercializadas em forma de bastões de perfis quadrados, redondos ou lâminas, conhecidos como bites. As ferramentas de cerâmica são pastilhas sinterizadas, com uma quantidade aproximada de 98 a 100% de óxido de alumínio; possuem dureza superior à do metal duro e admitem velocidade de corte cinco a dez vezes maior. São utilizadas nas operações de acabamento de materiais tais como ferro fundido e ligas de aço; sua aresta º de corte resiste ao desgaste sob temperatura de 1 200 C. Ângulos da ferramenta de corte O fenômeno de corte é realizado pelo ataque da cunha da ferramenta; o rendimento desse ataque depende dos valores dos ângulos da cunha, pois é esta que rompe as forças de coesão do material da peça. Os ângulos e superfícies na geometria de corte das ferramentas são elementos fundamentais para o rendimento e a durabilidade delas. A denominação das superfícies da ferramenta, dos ângulos e das arestas é normalizada pela norma brasileira NBR 6163/90. Metal duro Metal duro ou carbeto metálico, conhecido popularmente como carboneto metálico, compõe as ferramentas de corte mais utilizadas na usinagem dos materiais na mecânica. O metal duro difere totalmente dos materiais fundidos, como o aço; apresenta-se em forma de pó metálico de tungstênio (W), tântalo (Ta), cobalto (Co) e titânio (Ti), misturados e compactados na forma desejada, recebendo o nome de briquete. O último estágio de fabricação do metal duro é a sinterização, em que os briquetes se tornam uma peça acabada de metal duro em forma de pastilha, sob uma º temperatura entre 1 300 e 1 600 C. Todo esse processo garante ao metal duro grande resistência ao desgaste, com as vantagens de alta resistência ao corte a quente, º pois até uma temperatura de 800 C a dureza mantém-se inalterada; possibilidade de velocidades de corte de 50 a 200m/min, até vinte vezes superior à velocidade do aço rápido. Devido à alta dureza, os carbetos possuem pouca tenacidade e necessitam de suportes robustos para evitar vibrações. As pastilhas de metal duro podem ser fixadas por soldagem, sendo afiáveis, ou mecanicamente, por meio de suportes especiais que permitem intercâmbio entre elas e neste caso não são reafiáveis; são apresentadas em diversas formas e classes, adequadas a cada operação; a escolha das pastilhas é feita por meio de consulta a tabelas específicas dos catálogos de fabricantes. Para a compreensão dos ângulos das ferramentas, é necessário estabelecer um sistema de referência que facilita consultas mais rápidas a catálogos técnicos. Esse sistema de referência é constituído por três planos ortogonais, quer dizer, perpendiculares entre si, e que são: • plano de referência - PR - é o plano que contém o eixo de rotação da peça e passa pelo ponto de referência sobre a aresta principal de corte; é um plano perpendicular à direção efetiva de corte. • plano de corte - PC - é o plano que passa pela aresta de corte e é perpendicular ao plano de referência. 22 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica • plano de medida - PM - é o plano perpendicular ao plano de corte e ao plano de referência; passa pelo ponto de referência sobre a aresta principal de corte. Ângulo de cunha β Formado pelas superfícies de folga e de saída; é medido no plano de medida da cunha cortante. Para tornear materiais moles, β = 40 a º º 50 ; materiais tenazes, como aço, β = 55 a 75 ; materiais duros e º frágeis, como ferro fundido e bronze, β = 75 a 85 . Os ângulos da ferramenta de corte são classificados em: de folga α (alfa), de cunha β (beta), de saída γ (gama), de ponta ε (epsilon), de posição χ (chi) e de inclinação de aresta cortante λ (lambda). Ângulo de saída γ Formado pela superfície de saída da ferramenta e pelo plano de referência medido no plano de medida; é determinado em função do material, uma vez que tem influência sobre a formação do cavaco e º sobre a força de corte. Para tornear materiais moles, γ = 15 a 40 ; º º materiais tenazes, γ = 14 ; materiais duros, γ = 0 a 8 . Geralmente, º nas ferramentas de aço rápido, γ está entre 8 e 18 ; nas ferramentas º de metal duro, entre -2 e 8 . Ângulo de folga α É o ângulo formado entre a superfície de folga e o plano de corte medido no plano de medida da cunha cortante; influencia na diminuição do atrito entre a peça e a superfície principal de folga. Para tornear materiais duros, o ângulo α deve ser pequeno; para materiais moles, α deve ser maior. Geralmente, nas ferramentas de aço º rápido α está entre 6 e 12 e em ferramentas de metal duro, α está º entre 2 e 8 . A soma dos ângulos α, β e γ , medidos no plano de medida, é igual a º 90 . º α + β + γ = 90 23 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Ângulo χs - é o ângulo formado entre a projeção da aresta lateral de corte sobre o plano de referência e a direção de avanço medido no plano de referência; sua principal função é controlar o acabamento; no entanto, deve-se lembrar que o acabamento superficial também depende do raio da ferramenta. Ângulo da ponta ε É formado pela projeção das arestas lateral e principal de corte sobre o plano de referência e medido no plano de referência; é determinado º conforme o avanço. O campo de variação situa-se entre 55 e 120 e o º valor usual é 90 . A soma dos ângulos χ , ε e χs, medidos no plano de referência, é º igual a 180 . º χ + ε + χs = 180 Ângulo de posição principal χ Formado pela projeção da aresta principal de corte sobre o plano de referência e pela direção do avanço medido no plano de referência. Direciona a saída do cavaco e influencia na força de corte. A função do ângulo χ é controlar o choque de entrada da ferramenta. O campo º º de variação deste ângulo está entre 30 e 90 ; o valor usual é 75 . Ângulo de inclinação da aresta cortante λ É o ângulo formado entre a aresta principal de corte e sua projeção sobre o plano de referência medido no plano de corte. Tem por finalidade controlar a direção do escoamento do cavaco e o consumo de potência, além de proteger a ponta da ferramenta e aumentar seu º tempo de vida útil; o ângulo de inclinação pode variar de -10 a + 10 º ; em geral, λ = -5 . 24 o Tecnologia Mecânica - I Ângulo λ 1 Ciclo de Mecânica Ângulos recomendados em função do material negativo - é usado nos trabalhos de desbaste e em cortes interrompidos de peças quadradas, com rasgos ou com ressaltos, em materiais duros, quando a ponta da ferramenta for a parte mais baixa em relação à aresta de corte. Nesta situação, o cavaco se apresenta sob forma helicoidal a contínua. Material α 2 Aço 1020 até 450N/mm 2 Aço 1045 420 a 700N/mm 2 Aço 1060 acima de 700N/mm Aço ferramenta 0,9%C Aço inox FoFo brinell até 250HB FoFo maleável ferrítico brinell até 150HB FoFo maleável perflítico brinell de 160HB a 240HB Cobre, latão, bronze (macio) Latão e bronze (quebradiço) Bronze para bucha Alumínio Duralumínio Ângulos β γ 8 8 8 6a 8 8 a 10 8 8 55 62 68 72 a 78 62 a 68 76 a 82 64 a 68 27 20 14 14 a 18 14 a 18 0a6 14 a 18 8 8 8 8 10 a 12 8 a 10 72 55 79 a 82 75 30 a 35 35 a 45 10 27 0a3 7 45 a 48 37 a 45 10 15 10 80 a 90 75 55 5 0 25 10 10 8 12 75 80 a 90 82 75 5 0 0 3 Duroplástico Celeron, baquelite Ebonite Fibra Termoplástico PVC Acrílico Teflon Nylon Ângulo λ positivo - diz-se que λ é positivo quando a ponta da ferramenta em relação à aresta de corte for a parte mais alta; é usado na usinagem de materiais macios, de baixa dureza. Nesta situação, o cavaco se apresenta sob forma helicoidal contínua. Além dos ângulos, também as pontas de corte são arredondadas em função do acabamento superficial da peça; o raio é medido no plano de referência da ferramenta. Alguns valores, em função do material da ferramenta, são: aço rápido: rε = 4x s; ou rε ≥ p ; 4 metal duro: s < 1,0mm/r ⇒ rε = 1mm s ≥ 1,0mm/r ⇒ rε = s onde rε ⇒ raio da ponta da ferramenta s ⇒ avanço p ⇒ profundidade mm/r ⇒ unidade de avanço Ângulo λ neutro - diz-se que λ é neutro quando a ponta da ferramenta está na mesma altura da aresta de corte; é usado na usinagem de materiais duros e exige menor potência do que λ positivo ou negativo. O cavaco se apresenta espiralado e contínuo, situação em que um grande volume pode ocasionar acidentes. A posição da aresta principal de corte indica a direção do avanço; segundo a norma ISO 1832/85, a ferramenta pode ser direita, representada pela letra R (do inglês right ), esquerda, representada pela letra L (do inglês left ), ou neutra, representada pela letra N. Ângulos em função do material Experimentalmente, determinaram-se os valores dos ângulos para cada tipo de material das peças; os valores de ângulo para os materiais mais comuns encontram-se na tabela. 25 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Ferramentas de Corte para Torno As ferramentas de corte para torno podem ser classificadas em ferramentas de desbastar, facear, sangrar, tornear interno, alisar, formar e roscar. São basicamente as mesmas, tanto para torneamento externo como para interno. 1. desbastar 2. alisar 3. sangrar 4. formar 5. roscar 6. tornear com haste Ferramenta de desbastar Remove o cavaco mais grosso possível, levando-se em conta a resistência da ferramenta e a potência da máquina. O desbaste pode ser feito à direita ou à esquerda, com ferramenta reta ou curva, podendo ser de aço rápido, carboneto metálico soldado ou intercambiável. Ferramentas para desbastar de aço rápido Ferramentas para desbastar de carboneto metálico soldado. 1. 2. 3. 4. 5. cortar cilindrar à direita sangrar alisar facear à direita 6. 7. 8. 9. 10. sangrar com grande dimensão desbastar à direita cilindrar e facear à esquerda formar roscar Ferramentas para desbastar de carboneto metálico intercambiável. As ferramentas para tornear internamente podem ser de corpo único, com pastilhas soldadas ou com insertos. Podem ser utilizadas nas operações de desbaste ou de acabamento, variando os ângulos de corte e a forma da ponta. Ferramenta de facear Empregada para desbastar e para fazer acabamento, pode ser curva ou reta; o trabalho pode ser feito do centro para a periferia, da periferia para o centro, à esquerda e à direita. 26 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Uma outra maneira de cortar com bedame é afiá-lo com um grande raio na aresta de corte, de modo a não aumentar o esforço de corte; nesta situação, o cavaco se apresenta em forma de arco, o que facilita sua saída do canal devido a uma compressão lateral; podemse utilizar velocidades de corte maiores porque o cavaco não atrita com as pa redes laterais da ranhura. A abundância de fluido na região de corte é fundamental para a refrigeração da peça e da ferramenta, além de facilitar a expulsão do cavaco. Aplica-se esse tipo de corte em bedame com até 3mm de largura. Ferramenta de sangrar A ferramenta para sangrar é o bedame, que corta o material perpendicularmente ao eixo de simetria da peça, no sentido de fora para dentro, formando canais. É usada na fabricação de arruelas, polias, eixos roscados e canais para alojar anéis de trava ou de vedação e saídas de ferramentas. Para a execução de canais em peças cilíndricas, como por exemplo na saída de ferramentas, as dimensões e a forma das ranhuras são padronizadas com a finalidade de aumentar a vida útil da peça e da ferramenta. As normas que padronizam a forma e as dimensões de saída para ferramentas e rebolos são a NBR 5870 e DIN 509. As ferramentas são normalmente afiadas com raios e ângulos em concordância. Saída de rosca conforme a NBR 5870 O bedame também pode ser usado para separar um material do corpo da peça; quando utilizado para cortar, o bedame deve ter uma ligeira inclinação na aresta de corte, para evitar que a rebarba fique presa à peça. A relação de medida entre a parte útil b e a aresta de corte a varia aproximadamente de 4:1 até 5:1; essa relação pode ser exemplificada pelo quadro, que mostra uma aresta do bedame a = 3,8mm para 2 uma peça de aço 400N/mm , com diâmetro de 45mm. Saída de rebolo conforme a DIN 509 27 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Ferramenta para tornear interno Utilizada para torneamento interno de superfícies cilíndricas, cônicas, faceadas ou perfiladas. Fixação e ajustagem da ferramenta de tornear O posicionamento e a rigidez da fixação da ferramenta influenciam a vida útil e, em conseqüência, a produtividade da ferramenta. A posição influi nos ângulos α e γ, que, por sua vez, influem na formação do cavaco e, conseqüentemente, na força de corte. A posição correta da porta da ferramenta deve coincidir com o centro geométrica da peça. Ferramenta de formar Empregada para tornear peças de perfil variado; usam-se ferramentas cujas arestas de corte têm a mesma forma do perfil que se deseja dar à peça. As ferramentas de corte podem ser presas no torno de duas maneiras: diretamente no porta-ferramentas do carro superior ou por meio de suporte que, por sua vez, é fixado no porta-ferramentas. Ferramenta de roscar Ao fixar a ferramenta, deve-se observar se é necessário colocar um ou mais calços de aço para obter a altura desejada da ferramenta. Utilizada para fazer rosca na peça; é preparada de acordo com o tipo de rosca que se deseja executar. 28 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Os ângulos α, β e γ devem ser conservados quando se fixam ferramentas nos diferentes tipos de porta-ferramentas. FURADEIRA Furadeira é uma máquina-ferramenta que permite executar operações como furar, roscar com machos, rebaixar, escarear e alargar furos. Essas operações são executadas pelo movimento de rotação e avanço das ferramentas fixadas no eixo principal da máquina. O movimento de rotação é transmitido por um sistema de engrenagens ou de polias, impulsionados por um motor elétrico. O avanço é transmitido por um sistema de engrenagem (pinhão e cremalheira) que pode ser manual ou automático. Para que uma ferramenta seja fixada rigidamente, é necessário que sobressaia o menos possível do porta-ferramentas, ou seja, o balanço b deve ser o menor possível, para evitar a flexão da ferramenta que pode provocar alterações na rugosidade e nas dimensões da peça. Tipos de furadeiras A escolha da furadeira está relacionada ao tipo de trabalho que será realizado. Assim, temos: • furadeira portátil; • furadeira de bases magnética; • furadeira de coluna; • furadeira radial; • furadeira múltipla; • furadeira de fusos múltiplos. A furadeira portátil é usada em montagens, na execução de furos de fixação de pinos, cavilhas e parafusos em peças muito grandes como turbinas e carrocerias, quando há necessidade de trabalhar no próprio local devido ao difícil acesso de uma furadeira maior. O valor do ângulo formado pela aresta de corte da ferramenta com a superfície a cortar é variável, conforme a operação. Assim, em opeº ração de desbastar, o ângulo χ pode variar de 30º até 90 , conforme material. Quanto maior a resistência do material, menor será o ângulo. Em operação de facear, o ângulo pode variar de 0 a 5º Esse tipo de furadeira também é usado em serviços de manutenção para a extração de elementos de máquinas tais como parafusos e prisioneiros. Pode ser elétrica e também pneumática. A furadeira de coluna tem esse nome porque seu suporte principal é uma coluna na qual estão montados o sistema de transmissão de movimento, a mesa e a base. A coluna permite deslocar e girar o sistema de transmissão e a mesa, segundo o tamanho das peças. A furadeira de coluna pode ser: 29 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica a-) de bancada (também chamada de sensitiva, porque o avanço da ferramenta é dado pela força do operador) - tem motores de pequena potência e é empregada para fazer furos de até 15 mm de diâmetro. A transmissão do movimento é feita por meio de sistema de polias e correias. A furadeira múltipla possui vários fusos alinhados para executar operações sucessivas ou simultâneas em uma única peça ou em diversas peças ao mesmo tempo. É usada em operações seriadas nas quais é preciso fazer furos de diversas medidas. A furadeira de fusos múltiplos é aquela na qual os fusos trabalham juntos, em feixes. Cada um dos fusos pode ter uma ferramenta diferente de modo que é possível fazer furos diferentes ao mesmo tempo na mesma peça. Em alguns modelos, a mesa gira sobre seu eixo central. É usada em usinagem de uma só peça com vários furos, como blocos de motores, por exemplo, e produzida em grandes quantidade de peças seriadas. Furadeira de coluna de bancada Alavanca de avanço manual b) de piso - geralmente usada para a furação de peças grandes com diâmetros maiores do que os das furadeiras de bancada. Possui uma mesa giratória que permite maior aproveitamento em peças com formatos irregulares. Apresenta, também, mecanismo para avanço automático do eixo árvore. Normalmente a transmissão de movimento é feita por engrenagens. Furadeira de coluna de piso Partes da furadeira de coluna As principais partes de uma furadeira de coluna são: motor, cabeçote motriz, coluna, árvore ou eixo principal, mesa porta-peças e base. A furadeira radial é empregada para abrir furos em peças pesadas volumosas e difíceis de alinhar. Possui um potente braço horizontal que pode ser abaixado e levantado e é capaz de girar em torno da coluna. Esse braço, por sua vez, contém o eixo porta-ferramenta que também pode ser deslocado horizontalmente ao longo do braço. Isso permite furar em várias posições sem mover a peça. O avanço da ferramenta também é automático. O motor fornece energia que impulsiona o sistema de engrenagens ou de polias. 30 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica O cabeçote motriz é a parte da máquina na qual se localiza o sistema de engrenagens ou polias e a árvore (ou eixo principal). O sistema de engrenagens ou polias é responsável pela transformação e seleção de rotações transmitidos à árvore ou eixo principal. A árvore (ou eixo principal), montada na cabeça motriz, é o elemento responsável pela fixação da ferramenta diretamente em seu eixo ou por meio de um acessório chamado de mandril. É essa árvore que transmite o movimento transformado pelo sistema de engrenagens ou polias à ferramenta e permite que esta execute a operação desejada. A coluna é o suporte da cabeça motriz. Dispõe de guias verticais sobre as quais deslizam a cabeça motriz e a mesa porta-peça. A broca do tipo helicoidal de aço rápido é a mais usada em mecânica. Por isso, é preciso conhecer suas características de construção e nomenclatura. A mesa porta-peça é a parte da máquina onde a peça é fixada. Ela pode ter movimentos verticais, giratórios e de inclinação. As brocas são construídas conforme a norma NBR 6176. A nomenclatura de suas partes componentes e seus correspondentes em termos usuais em mecânica estão apresentados a seguir. A base é o plano de apoio da máquina para a fixação no piso ou na bancada. Pode ser utilizada como mesa porta-peça quando a peça é de grandes dimensões. Broca helicoidal com haste cilíndrica O movimento de avanço de uma broca ou de qualquer outra ferramenta fixada no eixo principal da furadeira de coluna pode ser executado manual ou automaticamente. As furadeiras com avanço manual são as mais comuns. Nessas furadeiras, o avanço é controlado pelo operador, quando se executa trabalhos que não exigem grande precisão. As furadeiras de coluna de piso, radiais, múltiplas e de fusos múltiplos têm avanço automático. Isso permite a execução de furos com melhor acabamento. Elas são usadas principalmente na fabricação de motores e máquinas. Manuseio da furadeira Broca helicoidal com haste cônica Para obter um bom resultado nas operações com a furadeira, a ferramenta deve estar firmemente presa à máquina a fim de que gire perfeitamente centralizada. A peça, por sua vez, deve estar igualmente presa com firmeza à mesa da máquina. Se o furo a ser executado for muito grande, deve-se fazer uma pré furação com brocas menores. Uma broca de haste cônica não deve jamais ser presa a um mandril que é indicado para ferramentas de haste cilíndrica paralela. Para retirar a ferramenta deve-se usar adequada. unicamente a ferramenta BROCAS σ = ângulo de ponta A broca é uma ferramenta de corte geralmente de forma cilíndrica, fabricada com aço rápido, aço carbono, ou com aço carbono com ponta de metal duro soldada ou fixada mecanicamente, destinada à execução de furos cilíndricos. Essa ferramenta pode ser fixada em máquinas como torno, fresadora, furadeira, mandriladora. Nos tornos, as brocas são estacionárias, ou seja, o movimento de corte é promovido pela peça em rotação. Já nas fresadoras, furadeiras e nas mandriladoras, o movimento de corte é feito pela broca em rotação. 31 ψ = ângulo da aresta transversal o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Nomenclatura Termos Nomenclatura Termos NBR 6176 usuais NBR 6176 usuais 1 comprimento --12 superfície de --da ponta comprimento saída largura do 2 comprimento de corte 13 largura da rebaixo utilizável --superfície lateral 3 comprimento --de folga diâmetro do canal comprimento 14 comprimento do rebaixo 4 comprimento do pescoço da superfície da haste --lateral de filete 5 comprimento superfície folga cilíndrico do rebaixo detalonada 15 guia centro 6 comprimento --16 aresta trans- morto total largura do versal --7 superfície filete cilíndri- 17 diâmetro da --principal de co broca --folga --18 quina alma na 8 ponta de corte --19 canal ponta 9 largura l da 20 espessura k rebaixo guia do núcleo 10 aresta lateral 21 superfície 11 aresta princilateral de folga pal de corte Fonte: Manual Técnico SKF Ferramentas S/A, 1987, p. 7. Ângulo da broca Para fins de fixação e afiação, a broca é dividida em três partes: haste, corpo e ponta. A haste é a parte que fica presa à máquina. Ela pode ser cilíndrica ou cônica, dependendo de seu diâmetro. O corpo é a parte que serve de guia e corresponde ao comprimento útil da ferramenta. Quando se trata de broca helicoidal, o corpo tem dois canais em forma de hélice espiralada. No caso de broca canhão, ele é formado por uma aresta plana. A ponta é a extremidade cortante que recebe a afiação. Forma um ângulo de ponta (σ) que varia de acordo com o material a ser furado. Classificação quanto ao ângulo de hélice Tipo H para materiais duros, tenazes e/ou que produzem cavaco curto (descontínuo). Ângulo da ponta (σ) 80° 118° 140° Tipo N para materiais de tenacidade e dureza normais. 130° Tipo W para materiais macios e/ou que produzem cavaco longo. 130° Aplicação Materiais prensados, ebonite, náilon, PVC, mármore, granito. Ferro fundido duro, latão, bronze, celeron, baquelite. Aço de alta liga. Aço alto carbono. 118° Aço macio, ferro fundido, aço-liga. Alumínio, zinco, cobre, madeira, plástico. b) ângulo lateral de folga (representado pela letra grega α, lê-se alfa) tem a função de reduzir o atrito entre a broca e a peça. Isso facilita a penetração da broca no material. Sua medida varia entre 6 e 27º, de acordo com o diâmetro da broca. Ele também deve ser determinado de acordo com o material a ser furado: quanto mais duro é o material, menor é o ângulo de folga. A broca corta com as suas duas arestas cortantes como um sistema de duas ferramentas. Isso permite formar dois cavacos simétricos. Além de permitir a saída do cavaco, os canais helicoidais permitem a entrada do líquido de refrigeração e lubrificação na zona de corte. As guias que limitam os canais helicoidais guiam a broca no furo. Elas são cilíndricas e suficientemente finas para reduzir o atrito nas paredes do orifício. As bordas das guias constituem as arestas laterais da broca. A aresta principal de corte é constituída pela superfície de saída da broca e a superfície de folga. Características das brocas A broca é caracterizada pelas dimensões, pelo material com o qual é fabricada e pelos seguintes ângulos: a) ângulo de hélice (indicado pela letra grega γ, lê-se gama) auxilia no desprendimento do cavaco e no controle do acabamento e da profundidade do furo. Deve ser determinado de acordo com o material a ser furado: para material mais duro, ângulo mais fechado; para material mais macio, ângulo mais aberto. É formado pelo eixo de simetriada broca e a linha de inclinação da hélice. Conforme o ângulo γ a broca e classifica em N, H, W. 32 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica c) ângulo de ponta (representado pela letra grega σ, lê-se sigma) corresponde ao ângulo formado pelas arestas cortantes da broca. Também é determinado pela resistência do material a ser furado. Para a usinagem de chapas finas são freqüentes duas dificuldades: a primeira é que os furos obtidos não são redondos, às vezes adquirindo a forma triangular; a segunda é que a parte final do furo na chapa apresenta-se com muitas rebarbas. A forma de evitar esses problemas é afiar a broca de modo que o ângulo de ponta fique mais obtuso e reduzir a aresta transversal de corte. É muito importante que as arestas cortantes tenham o mesmo comprimento e formem ângulos iguais em relação ao eixo da broca (A = A'). Para a usinagem de ferro fundido, primeiramente afia-se a broca com um ângulo normal de 118º. Posteriormente, a parte externa da aresta principal de corte, medindo 1/3 do comprimento total dessa aresta, é afiada com 90º. Existem verificadores específicos para verificar o ângulo ε da broca. Para a usinagem de cobre e suas ligas, como o latão, o ângulo lateral de saída (ângulo de hélice) da broca deve ser ligeiramente alterado para se obter um ângulo de corte de 5 a 10º, que ajuda a quebrar o cavaco. Essa alteração deve ser feita nas arestas principais de corte em aproximadamente 70% de seu comprimento. Modificações para aplicações específicas Quando uma broca comum não proporciona um rendimento satisfatório em um trabalho específico e a quantidade de furos não justifica a compra de uma broca especial, pode-se fazer algumas modificações nas brocas do tipo N e obter os mesmos resultados. Pode-se, por exemplo, modificar o ângulo da ponta, tornando-o mais obtuso. Isso proporciona bons resultados na furação de materiais duros, como aços de alto carbono. 33 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica A tabela a seguir mostra algumas afiações especiais, conforme norma NBR 6176. Afiações especiais Tipo de afiação Aplicações Formato A Para aços até 900 Redução da 2 N/mm aresta transversal Formato B Redução da aresta transversal com correção da aresta principal de corte Aço com mais de 2 900 N/mm Aço para molas Aço ao manganês Ferro fundido Formato C Afiação em cruz Aço com mais de 2 900 N/mm d) broca com furo para fluido de corte – é usada em produção contínua e em alta velocidade, principalmente em furos profundos. O fluido de corte é injetado sob alta pressão. No caso de ferro fundido, a refrigeração é feita por meio de injeção de ar comprimido que também ajuda a expelir os cavacos. Formato D Afiação com cone Ferro fundido duplo Formato E Ponta para centrar e) broca com pastilha de metal duro para metais é utilizada na 2 furação de aços com resistência à tração de 750 a 1400 N/mm 2 e aços fundidos com resistência de 700 N/mm . è empregada também na furação de peças fundidas de ferro, alumínio, latão. Ligas de alumínio, cobre e zinco Chapa fina Papel Brocas especiais Além da broca helicoidal existem outros tipos de brocas para usinagens especiais. Elas são por exemplo: a) broca de centrar é usada para abrir um furo inicial que servirá como guia no local do furo que será feito pela broca helicoidal. Além de furar, esta broca produz simultaneamente chanfros ou raios. Ela permite a execução de furos de centro nas peças que vão ser torneadas, fresadas ou retificadas. Esses furos permitem que a peça seja fixada por dispositivos entre pontas e tenha movimento giratório. Forma A Forma B f) broca com pastilha de metal duro para concreto tem canais projetados para facilitar o transporte do pó, evitando o risco de obstrução ou aquecimento da broca. Diferencia-se da broca com pastilha de metal duro para metais pela posição e afiação da pastilha, e pelo corpo que não apresenta guias cilíndricas. g) broca para furação curta é utilizada em máquinas-ferramenta CNC, na furação curta de profundidade de até 4 vezes o diâmetro da broca. É provida de pastilhas intercambiáveis de metal duro. Possui, em seu corpo, furos para a lubrificação forçada. Com ela, é possível obter furos de até 58 mm sem necessidade de préfuração. Forma R b) broca escalonada simples e múltipla serve para executar furos e rebaixos em uma única operação. É empregada em grande produção industrial. c) broca canhão tem uma única aresta cortante. É indicada para trabalhos especiais como furos profundos, garantindo sua retitude, onde não há possibilidade de usar brocas helicoidais. 34 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica A fresadora é constituída das seguintes partes principais: corpo, eixo principal, mesa, carro transversal, suporte da mesa, caixa de velocidade do eixo principal, caixa de velocidade de avanço, torpedo. h) broca trepanadora é uma broca de tubo aberto com pastilhas de metal duro intercambiáveis. É utilizada na execução de furos passantes de grande diâmetro. O uso dessa broca diminui a produção do cavaco porque boa parte do núcleo do furo é aproveitada para a confecção de outras peças. Existe uma variedade muito grande de brocas que se diferenciam pelo formato e aplicação. Os catálogos de fabricantes são fontes ideais de informações detalhadas e atualizadas sobre as brocas, ou quaisquer outras ferramentas. O corpo é uma espécie de carcaça de ferro fundido, de base reforçada e geralmente de formato retangular na qual a máquina fica apoiada. Ele sustenta os demais órgãos da fresadora. FRESADORAS A mesa serve de apoio para as peças que vão ser usinadas e que podem ser montadas diretamente sobre elas, ou por meio de acessórios de fixação. Assim, a mesa é dotada de ranhuras que permitem alojar os elementos de fixação. A fresagem é uma operação de usinagem na qual o material é removido por meio de uma ferramenta giratória chamada de fresa e que apresenta múltiplas arestas cortantes. Cada aresta remove uma pequena quantidade de material a cada volta do eixo no qual a ferramenta é fixada. O carro transversal é uma estrutura de ferro fundido de formato retangular sobre a qual desliza e gira a mesa em plano horizontal. Na base inferior, o carro transversal está acoplado ao suporte da mesa por meio de guias. Com o auxílio de porca e fuso, ele desliza sobre o suporte e esse movimento pode ser realizado manual ou automaticamente por meio da caixa de avanços. Ele pode ser imobilizado por meio de um dispositivo adequado. O suporte da mesa serve de base de apoio para a mesa e seus mecanismos de acionamento. É uma peça de ferro fundido que desliza verticalmente no corpo da máquina por meio de guias, e acionada por um parafuso e uma porca fixa. Quando necessário, pode ser imobilizado por meio de dispositivos de fixação. A caixa de velocidade do eixo principal é formada por uma série de engrenagens que podem ser acopladas com diferentes relações de transmissão, fornecendo ao eixo principal grande variedade de rotações de trabalho. Está alojada na parte superior do corpo da máquina. Seu acionamento é independente do da caixa de avanços. Isso permite determinar as melhores condições de corte. A caixa de velocidade de avanço possui uma série de engrenagens montadas na parte central do corpo da fresadora. Em geral, recebe o movimento diretamente do acionamento principal da máquina. As diversas velocidades de avanço são obtidas por meio do acoplamento de engrenagens que deslizam axialmente. Em algumas fresadoras, a caixa de velocidade de avanço está colocada no suporte da mesa com um motor especial e independente do acionamento principal da máquina. A máquina que realiza essa operação chama-se fresadora. Fresadora A fresadora é uma máquina-ferramenta de movimento contínuo que realiza a usinagem de materiais por meio de uma ferramenta de corte chamada de fresa. A fresadora permite realizar operações de fresagem de superfícies planas, côncavas, convexas e combinadas. O acoplamento com o fuso da mesa ou do suporte da mesa é feito por meio de um eixo extensível com articulação tipo cardan . Características da fresadora Para a usinagem de materiais na fresadora, utiliza-se a fresa, uma ferramenta de corte de múltiplas arestas que é montada no eixo porta-fresas. Isso permite que a fresadora realize uma grande variedade de trabalhos em superfícies situadas em planos paralelos, perpendiculares ou formando ângulos diversos. Permite também, construir ranhuras circulares e elípticas, além de fresar formatos esféricos, côncavos e convexos, com rapidez e exatidão de medidas. 35 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Funcionamento Na fresadora, distinguem-se dois movimentos essenciais. 1. o movimento de corte (da ferramenta de rotação contínua); 2. o movimento de avanço da peça, que é fixada a uma mesa que se movimenta segundo três eixos ortogonais, ou é dotada de movimento giratório por meio de fixação em placas giratórias da mesa divisora e divisores. Se o eixo-árvore é perpendicular à mesa da máquina, a fresadora é vertical. O acionamento principal da máquina é produzido por um motor alojado na parte posterior do corpo da máquina. Esse motor transmite o movimento para o eixo principal por meio do sistema de engrenagens da caixa de velocidades. O movimento de avanço automático é produzido pela caixa de avanços, através de um eixo cardan que se articula com um mecanismosistema de coroa e parafuso sem fim. O deslocamento vertical do suporte da mesa, o transversal do carro e o longitudinal da mesa podem ser realizados manualmente por meio de manivelas acopladas a mecanismos de porca e fuso. O eixo principal é prolongado com o auxílio do eixo porta-fresas no qual as ferramentas são montadas. Quando o eixo porta-fresas é longo, fica apoiado em mancais montados no torpedo da máquina. A Fresadora copiadora trabalha com uma mesa e dois cabeçotes: o cabeçote apalpador e o de usinagem. Essa fresadora realiza o trabalho de usinagem a partir da cópia de um modelo dado. Condições de uso Para que o rendimento do trabalho seja o melhor possível, a fresadora deve ser mantida em bom estado de conservação. Isso é conseguido observando-se as orientações do manual do fabricante principalmente no que se refere à limpeza, à lubrificação adequada nas superfícies de rotação e deslizamento; não submetendo a máquina a esforços superiores a sua capacidade, e também tendo cuidado na montagem dos mecanismos, mantendo-os sempre bem acoplados. Tipos de fresadoras As máquinas fresadoras são geralmente classificadas de acordo com a posição do eixo-árvore em relação à mesa de trabalho e de acordo com o tipo de trabalho que realizam. Assim, de acordo com a posição do eixo-árvore, elas podem ser: • horizontal; • vertical; • mista. De acordo com o trabalho que realizam, elas podem ser: • copiadora; • geradora de engrenagens; • pantográfica; • universal. A fresadora geradora de engrenagens permite a usinagem em alta produção de engrenagens. Os processos de geração de engrenagens por meio desse tipo de máquina-ferramenta são de três tipos condicionados ao tipo da máquina. Eles são: • Processo Renânia, no qual o movimento giratório sincronizado entre a ferramenta (denominada de caracol ) e a peça possibilita maior produção com perfil exato da evolvente; • Processo Fellows e Maag, nos quais o movimento principal de corte da ferramenta é linear (parecido com o da plaina vertical) e o movimento da peça é giratório. Nesses processos, a produção é menor, mas possibilita a usinagem de engrenagens escalonadas e internas. A fresadora é horizontal quando seu eixo-árvore é paralelo à mesa da máquina. A fresadora pantográfica também permite a usinagem a partir da cópia de um modelo. A diferença nesse tipo de fresadora está no fato de que a transmissão do movimento é coordenada manualmente pelo operador. Isso permite trabalhar detalhes como canais e pequenos raios, mais difíceis de serem obtidos em uma fresadora copiadora. 36 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Esse tipo de fresadora pode ser de dois tipos: bidimensional e tridimensional. A mesa da fresadora universal é montada sobre uma base que pero mite girá-la no plano horizontal até um ângulo de inclinação de 45 nos dois sentidos. A essa mesa pode ser adaptado um aparelho divisor universal que permite a fresagem de engrenagens cilíndricas ou cônicas de dentes retos ou helicoidais. Fresadora Universal Além das características comuns a todas as fresadoras, a fresadora universal apresenta dois eixos-árvore: um horizontal e outro vertical. A fresadora universal apresenta também: • dispositivo para aplainamento vertical, com movimento retilíneo alternativo; • dispositivo para fresar cremalheiras; o • mesa divisora (platô giratório) a 360 para fresagens especiais. FRESAS Na fresagem, usa-se uma ferramenta multicortante chamada de fresa que retira cavacos por meio de movimentos circulares enquanto a peça se desloca com movimentos retilíneos. O eixo horizontal está localizado no corpo da máquina. O eixo vertical situa-se no cabeçote localizado na parte superior da máquina. Alguns desses cabeçotes têm dupla articulação. Isso permite a inclinação do eixo porta-fresa no ângulo desejado em relação à superfície da mesa. Desse modo, a fresa pode ocupar qualquer posição no espaço e trabalhar em qualquer ângulo, produzindo peças de perfis e formatos variados, mediante o emprego da fresa adequada. 37 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Para cortar o material, os dentes da fresa têm forma de cunha que apresentam os seguintes ângulos: • ângulo de saída ⇒ γ • ângulo de cunha ⇒ β • ângulo de folga ⇒ α Quanto à disposição dos dentes na ferramenta, estes podem estar paralelos ao eixo da fresa ou possuir formato helicoidal. As fresas de dentes retos apresentam um rendimento de corte reduzido devido à dificuldade de liberação do cavaco. As fresas de dentes helicoidais eliminam os cavacos lateralmente e trabalham mais suavemente, já que quando um dente está saindo do material o outro está começando a cortar. Nas fresas helicoidais os dentes podem cortar à direita ou à esquerda. O ângulo de cunha (β) é aquele que dá à ferramenta maior ou menor resistência à quebra. Isso significa que, quanto maior é o ângulo de cunha mais resistente é a fresa. De acordo com o ângulo de cunha (β), as fresas são classificadas em W, N e H. A escolha do ângulo adequado está relacionada com o material e o tipo de peça a ser usinada. Assim, para materiais não-ferrosos de baixa dureza, como o alumínio, o bronze, o plástico, etc., as fresas do tipo W são empregadas por terem um ângulo de cunha menor (β= o 57 ). Tipos de fresas Existem muitos tipos de fresas classificadas de acordo com critérios como operações que realizam, formato e disposição dos dentes. Assim, temos: Fresas planas: são fresas usadas na usinagem de superfícies planas, na abertura de rasgos e canais. As ilustrações a seguir mostram fresas planas. Para a fresagem de materiais de dureza média, como aço até 700 2 N/mm , empregam-se as fresas do tipo N, que têm um ângulo de o cunha de valor médio (β=73 ). • Fresa cilíndrica tangencial • Fresa de topo para mandril com chaveta transversal e longitudinal Finalmente, para fresar materiais duros e quebradiços e aços com 2 mais de 700 N/mm , emprega-se a fresa do tipo H, que têm um o ângulo β = 81 . 38 o Tecnologia Mecânica - I • • 1 Ciclo de Mecânica Fresas angulares: são fresas usadas na usinagem de perfis em ângulo, como encaixes do tipo rabo-de-andorinha. Fresa circular de corte de três lados e dentes retos • Fresa angular para rasgos retos • Fresa de ângulo duplo Fresa circular de corte de três lados e dentes alternados Fresas para rasgos: são fresas usadas na abertura de rasgos de chaveta, ranhuras retas ou em perfil em T, como as das mesas de máquinas-ferramenta (fresadoras, furadeiras, plainas). • Fresas de perfil constante: são fresas usadas para abrir canais, superfícies côncavas e convexas e gerar dentes de engrenagens. Fresa de topo de haste reta Fresa de perfil constante para rasgos e canais • Fresa de topo de haste cônica • Fresa para ranhura em T ou Woodruff de haste reta • Fresa para ranhura em T ou Woodruff de haste cônica 39 • Fresa angular com haste cilíndrica • Fresa de perfil constante para rasgos e canais o Tecnologia Mecânica - I • 1 Ciclo de Mecânica As pastilhas de metal duro possuem um formato geométrico que proporciona a troca das arestas de corte numa mesma pastilha. Isso possibilita o aumento da produtividade devido à diminuição de parada de máquina para afiações. Os cabeçotes para fresar são dotados de dispositivos para a fixação rápida da pastilha que pode ser por molas, grampos, parafusos e pinos ou garras. Na primeira montagem das pastilhas, estas devem ser calibradas para que um bom acabamento seja obtido. Fresa de perfil constante semi-circular convexa Trem de fresagem Para a execução de fresagem de peças com perfis diferentes, podese montar um trem de fresagem, se uma máquina com potência suficiente está disponível. • Fresa de perfil constante semi-circular côncava • Fresa módulo A montagem de um trem de fresagem traz uma grande economia de tempo, já que várias operações podem ser executadas ao mesmo tempo. As fresas que compõem um trem de fresagem devem ser afiadas em conjunto a fim de manter as relações das dimensões entre os perfis. Fixação da fresa A fresa deve trabalhar concentricamente em relação ao eixo-árvore da máquina-ferramenta. Quando isso não acontece, as navalhas ou dentes mais salientes da fresa sofrem um desgaste prematuro e um esforço demasiado que ocasiona ondulações na superfície da peça e, conseqüentemente, diminuição da produtividade. • A fixação da fresa é feita por meio de mandris e porta-fresas adequadas. Os modos de fixação das fresas também determina suas variadas denominações, ou seja: Fresa caracol • Fresa de topo com haste paralela, fixada por mandril porta-pinça • Fresa de topo com haste cônica; fixada diretamente no eixo árvore com auxílio de mandril cônico com tirante. • Fresa de topo tipo Chipmaster, com haste cilíndrica e rosca externa fixado por mandril Clarkson Fresas de dentes postiços (ou cabeçote para fresar): possuem dentes postiços de metal duro. 40 o Tecnologia Mecânica - I • 1 Ciclo de Mecânica A velocidade de corte é, geralmente, indicada para uso nas máquinas-ferramenta e se refere à quantidade de metros dentro da unidade de tempo (minuto ou segundo): 25 m/min (vinte e cinco metros por minuto) e 40 m/s (quarenta metros por segundo), por exemplo. Fresa cilíndrica tangencial e fresa circular com chaveta longitudinal, fixado em eixos porta fresa haste longa. Em algumas máquinas-ferramenta onde o movimento de corte é rotativo, por exemplo o torno, a fresadora e a furadeira, a peça ou a ferramenta é submetida a um movimento circular. Por isso, a velocidade de corte é representada pelo perímetro do material ou da ferramenta (πd), multiplicado pelo número de rotações (n) por minuto em que o material ou ferramenta está girando. • Fresa cilíndrica frontal e cabeçote para fresa com chaveta transversal. Matematicamente, pode-se dizer que, em uma rotação: Em Velocidade de Corte Vc = πd t Vc = πdn t rotações: Nessa fórmula, π é igual a 3,14 (valor constante), d é o diâmetro da peça ou da ferramenta e n é o número de rotações por minuto. Para que haja corte de um determinado material por meio de uma ferramenta, é necessário que o material ou a ferramenta se movimente um em relação ao outro. Como o número de rotações é determinado a cada minuto, a V c pode ser representada: O modo para determinar ou comparar a rapidez desse movimento é a velocidade de corte, representada pelo símbolo Vc. Vc = πdn ou Vc = πdn. 1min O diâmetro da peça é dado, geralmente, em milímetros. Assim, para obter a velocidade teórica em metros por minuto, é necessário converter a medida do diâmetro em metros: Vc = Observação: ou Vc = πdn (m / min) 1000 1m = 1000mm Nas máquinas-ferramentas onde o movimento de corte é linear, por exemplo, na plaina, brochadeira e serra alternativa a peça ou a ferramenta são submetidas a um movimento. Nessas máquinas a velocidade é variável de zero até um valor máximo, porque a peça ou a ferramenta pára nas extremidades do curso e vai aumentando a velocidade até chegar ao seu valor máximo. Velocidade de corte é, pois, o espaço percorrido pela ferramenta ou peça em uma unidade de tempo. A Vc pode variar de acordo com o tipo e a dureza da ferramenta e também com a resistência à tração do material a ser usinado. Matematicamente a velocidade de corte é representada pela fórmula: Vc = πdn 1000 e t Nessa fórmula, Vc é a velocidade de corte, e é o espaço percorrido pela ferramenta e t é o tempo gasto. 41 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Em função do tipo de retificação as velocidades recomendadas são mostradas na tabela a seguir. A velocidade de corte é representada pelo dobro do curso (c) percorrido pela peça ou a ferramenta multiplicado pelo número de golpes (n) realizados no espaço de tempo de um minuto. Tipos de retificação Velocidade periférica (m/s)* retificação cilíndrica 25/30 retificação interna 15/20 retificação plana 20/25 retificação da ferramenta 18/20 corte 80 * Para ferro fundido cinzento, valem os valores menores. Para aço, os valores maiores. É importante observar que na retificação as velocidades de corte são apresentadas em metros por segundo (m/s), devido as velocidades serem muito elevadas quando comparadas com as velocidades de corte da usinagem de ferramentas clássicas (ferramenta de açorápido e metal duro). Exemplo: Para um rebolo vitrificado cuja a velocidade periférica normal é da ordem de 30/35 m/s a velocidade do grão seria de 1.800 / 2.100 m/min, enquanto uma fresa costuma trabalhar a 90 m/min. A velocidade de corte é um dado muito importante para a operação das máquinas-ferramenta porque é ela que determina o desempenho da máquina e a durabilidade da ferramenta. Na maioria dos casos, ela não precisa ser calculada porque é um valor de tabela facilmente encontrável em catálogos, manuais e outras publicações técnicas, elaboradas depois de numerosas experiências, baseadas em avanços pré-estabelecidos. Matematicamente, isso significa que: Vc = 2c t • em um golpe, • em golpes em um minuto, • em golpes por minuto, 2c 1min 2cn , ou seja, Vc = 2cn Vc = 1min Vc = Porém, a maioria das máquinas apresenta caixa de velocidades em rotações por minuto. Por isso, exige-se que o operador determine esse valor, por meio de cálculos ou nomogramas a fim de regular a máquina. Isso significa que, na maioria das vezes, os cálculo que o operador deve fazer são para determinar a quantidade de rotações ou de golpes por minutos. O comprimento do curso é, geralmente, apresentado em milímetros. Para obter a velocidade em metros por minuto, deve-se converter a medida do curso em metros. Matematicamente: Vc = As tabelas a seguir indicam valores de velocidade de corte de acordo com as operações de usinagem e os materiais a serem empregados. 2cn (m / min) 1000 Ver tabela de velocidade de Corte em Anexo Para que uma ferramenta corte um material, é necessário que um se movimente em relação ao outro a uma velocidade adequada. Observação No cálculo da velocidade de corte para máquinas-ferramenta, como as plainas, o valor de c (curso) é determinado pela soma do comprimento da peça mais 30 mm, que é a folga necessária para a ferramenta entrar e sair da peça. Na indústria mecânica, as fresadoras, os tornos, as furadeiras, as retificadoras e as plainas são máquinas operatrizes que produzem peças por meio de corte do material. Esse processo se chama usinagem. Velocidade de corte para retificação Para que a usinagem seja realizada com máquina de movimento circular, é necessário calcular o número de rotações por minuto da peça ou da ferramenta que está realizando o trabalho. Quando se trata de plainas, o movimento é linear alternado e é necessário calcular a quantidade de golpes por minuto. Retificação é a operação de usinagem por abrasão na qual se usa uma ferramenta multicortante denominada rebolo. Ela tem por finalidade corrigir irregularidades na superfície da peça de modo que ela apresente medidas mais exatas. Esse tipo de cálculo é constantemente solicitado ao profissional da área de mecânica. Na retificação, a fim de obter o melhor resultado na operação, devese considerar a velocidade do rebolo. Assim, os rebolos não devem ultrapassar a velocidade periférica máxima indicada pois, com o aumento da velocidade, ocorre um aumento da força centrífuga que pode romper o rebolo. As unidades de rotações e de golpes por minuto são baseados no -1 Sistema Internacional (SI), expressas em 1/min ou min , isto é, o número de rotações ou de golpes por um minuto. As antigas abreviações r.p.m. (rotações por minuto) e g.p.m. (golpes por minuto), estão em desuso, porque não caracterizam uma unidade. Assim, A velocidade máxima é determinada em função do tipo de aglutinante do rebolo e do tipo de trabalho a ser realizado. 1 rpm = 1/min 1 gpm = 1/min 600 rpm = 600/min 50 gpm = 50/min A tabela a seguir mostra as velocidades máximas recomendadas para cada tipo de aglutinante. Aglutinante Velocidade periférica máxima vitrificado 35 m/s borracha 35 m/s mineral 16 m/s resina sintética 45 m/s 42 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Velocidade de corte nr = Para calcular o número de rotações por minuto, seja da peça no torno, seja da fresa ou da broca, usa-se um dado chamado de velocidade de corte. 318 ⋅ 60 19080 = 80 80 ⇒ nr = 238,5/min A rotação ideal para esse trabalho seria 238,5/min. Porém, para início de usinagem, adota-se a rotação imediatamente inferior à rotação ideal, ou seja, 150/min. Como a velocidade de corte é um dado empírico, o operador pode analisar as condições gerais de corte (lubrificação, resistência do material, dureza da ferramenta, rigidez da máquina, ângulo de posição da aresta de corte (χ)) e aumentar a rotação para 250/min. A velocidade de corte é o espaço que a ferramenta percorre, cortando um material, dentro de um determinado período de tempo. A velocidade de corte depende de uma série de fatores como: • tipo de material da ferramenta; • tipo de material da peça a ser usinada; • tipo de operação a ser realizada; • condições da refrigeração; • condições da máquina etc. Convém observar que uma rotação maior gera maior produção, porém, conseqüentemente, o desgaste da ferramenta é maior. Sempre que possível, o operador deve empregar a rotação mais econômica que associa o número de peças produzidas à vida útil da ferramenta. A velocidade de corte, é fornecida por tabelas baseadas em experiências práticas que compatibilizam o tipo de operação com o tipo de material da ferramenta e o tipo de material a ser usinado. Cálculo de rotação para furação e fresamento Cálculo de rotações por minuto para torneamento Para realizar as operações de fresamento e furação, a fórmula para o cálculo do número de rotações é a mesma, devendo-se considerar em cada caso, o diâmetro da ferramenta (fresa ou broca). Para calcular a rotação (nr) em função da velocidade de corte, usa-se a seguinte fórmula: Exemplo 1 Vc ⋅ 1000 [1/ min] ou [min-1] nr = π ⋅d Calcular o número de rotações por minuto para furar uma peça de 2 aço ABNT 1020 com resistência de até 500 N/mm com uma broca de 10 mm de diâmetro. Dados da máquina: 100; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250/min. Nesta fórmula, nr é o número de rotações; Vc é a velocidade de corte; d é o diâmetro do material e π é 3,1416 (constante). d = 10mm Como o diâmetro das peças é dado em milímetros e a velocidade de corte é dada em metros por minuto, é necessário converter milímetros em metros. Por isso, o fator 1000 é usado na fórmula de cálculo. Observando a fórmula, é possível perceber que os valores 1000 e 3,1416 são constantes. Dividindo-se esses valores, temos: nr = nr = Vc ⋅ 1000 Vc ⋅ 1000 Vc = = 318,3 ⋅ d⋅π d ⋅ 3,1416 d nr ≅ 318 ⋅ Vc = 28 a 32 m/min (dados de tabela) 318 ⋅ Vc 318 ⋅ 28 nr = = d 10 ⇒ nr = 890,4 /min ⇒ 318 ⋅ Vc 318 ⋅ 32 = d 10 nr = 1017,6 /min Portanto, o número de rotações-máquina deve estar entre 890,4/min e 1017,6/ min. Nesta situação, a rotação-máquina escolhida é igual a 1000/min. O operador deve estar atento às condições gerais de corte para adequar a rotação à melhor produtividade. Vc d Exemplo 2 Calcular o número de rotações para fresar em desbaste uma peça de 2 aço ABNT 1045 com resistência até 700 N/mm com um cabeçote para fresar de 125 mm de diâmetro. A aproximação neste caso é necessária para facilitar os cálculos e se justifica porque a velocidade de corte é baseada em experiências práticas e a gama de rotações das máquinas operatrizes normalmente é fixa. Dados da máquina: 50; 80; 100;125; 250;315; 400; 500;630;800; 1000; 1250/min. d = 125 mm 318 ⋅ Vc 318 ⋅ 62 nr = = d 125 Exemplo de cálculo Calcular o número de rotações por minuto para o torneamento de 2 uma peça de aço 1020 com resistência à tração de até 500 N/mm e diâmetro de 80 mm, usando uma ferramenta de aço rápido, com um avanço de 0,2 mm/r. nr = Dados da máquina: Rotações: 50; 75; 150; 250; 300;... /min Avanços: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; ... mm/r ⇒ nr = 157,72/min ⇒ nr = 203, 52/min O número de rotações-máquina ideal deve estar entre 157,72/min e 203,52/min. Como a fresadora não apresenta em sua gama de rotações nenhum valor igual a esse, a rotação-máquina escolhida deve ser a imediatamente inferior à mínima rotação calculada com a finalidade de preservar a ferramenta no início da usinagem, ou seja, 125/min. Dados do problema: Vc = 60 m/min (dado de tabela) d = 80 mm nr = ? nr = 318 ⋅ 318 ⋅ Vc 318 ⋅ 80 = d 125 Vc: 62 a 80 m/min (dados da tabela) vc d Substituindo os valores na fórmula: 43 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Rotações da peça: O operador deve sempre analisar a condição de corte (refrigeração, rigidez da máquina, rigidez da fixação, etc.) e verificar se é possível utilizar uma rotação maior, considerando-se também a vida útil da ferramenta. nr = 19100 ⋅ Vc = 19100 ⋅ 0,30 = 114,6/min 50 d Rotação adotada: 100/min Cálculo de rotação para retificação Para calcular a rotação para retificação a fórmula a ser usada é: nr = Observação Para o início da usinagem, a rotação escolhida para a peça deve ser imediatamente inferior à rotação calculada. O operador deve analisar as condições de corte e aumentá-la se julgar conveniente. Vc ⋅ 1000 π ⋅d Como a velocidade dos rebolos é alta (da ordem de 2100 m/min), seus fabricantes expressam-na em metros por segundo (m/s) a fim de diminuir seu valor numérico. Por isso, é necessário multiplicar a fórmula original por 60 (porque 1 minuto = 60 segundos), de modo a adequá-la à velocidade dos rebolos. Assim, nr = Fluidos de Corte Um fluido de corte é um material composto, na maioria das vezes líquido, que deve ser capaz de: refrigerar, lubrificar, proteger contra a oxidação e limpar a região da usinagem. Vc ⋅ 1000 ⋅ 60 π ⋅d Analisando a fórmula, verifica-se que 1000, 60 e π (3,1416) são constantes. Assim, dividindo-se os valores, temos: nr = Vc ⋅ 1000 ⋅ 60 Vc = 19098,5 d ⋅ 3,1416 d nr ≅ 19100 Vc d Desse modo, pode-se calcular não só a rotação do rebolo, mas também a da peça, no caso de retificação cilíndrica, desde que a velocidade de corte do material a ser retificado seja expressa em m/s. Como refrigerante, o fluido atua sobre a ferramenta e evita que ela atinja temperaturas muito altas e perca suas características de corte. Age, também, sobre o peça evitando deformações causadas pelo calor. Atua, finalmente, sobre o cavaco, reduzindo a força necessária para que ele seja cortado. Exemplo de cálculo de r/min para retificadora plana Sabendo que a velocidade de corte de um rebolo vitrificado é de 35 m/s. e que seu diâmetro é 300 mm, calcular a rotação para esse rebolo. Como lubrificante, o fluido de corte facilita o deslizamento do cavaco sobre a ferramenta e diminui o atrito entre a peça e a ferramenta. Evita ainda o aparecimento da aresta postiça, reduz o coeficiente de atrito na região de contato ferramenta-cavaco e diminui a solicitação dinâmica da máquina, isto é, a força feita por uma máquina para realizar um determinado trabalho. Vc = 35 m/s d = 300 mm (diâmetro do rebolo) nr ≅ 19100 Vc = 19100 ⋅ 35 d ⇒ nr ≅ 2228,3/min Como protetor contra a oxidação, ele protege a peça, a ferramenta e o cavaco, contribuindo para o bom acabamento e aspecto final do trabalho. 300 A ação de limpeza ocorre como conseqüência da aplicação do fluido em forma de jato, cuja pressão afasta as aparas deixando limpa a zona de corte e facilitando o controle visual da qualidade do trabalho. Exemplo de cálculo para retificadora cilíndrica Para retificar um eixo temperado de aço ABNT 1060, com diâmetro de 50 mm em uma retificadora cilíndrica que utiliza um rebolo vitrificado de 250 mm de diâmetro. Determinar as rotações da peça e do rebolo, sabendo-se que a velocidade de corte do rebolo é igual a 35 m/s e da peça é igual a 0,30 m/s. Dados da máquina: O abastecimento do fluido de corte em uma máquina-ferramenta é geralmente feito por meio de uma bomba e conduzido por mangueiras até o ponto de aplicação. eixo porta-peça = 50; 75; 100; 125/min eixo porta-rebolo = 2400/min Depois de refrigerar a ferramenta e a peça, o fluido cai para a mesa onde é recolhido por canais e levado, por meio de um tubo, para o reservatório. Do reservatório, a bomba aspira novamente o fluido para devolvê-lo sobre a ferramenta e a superfície de trabalho. Rotações do rebolo: nr = 19100 ⋅ Vc 19100 ⋅ 35 = = 2674/min d 250 Rotação adotada: 2400/min 44 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica • cloro, adicionado sob a forma de parafina clorada e também indicado para operações severas com aço; • fósforo que combinado com o enxofre substitui o cloro; tem propriedades antioxidantes. Os óleos emulsionáveis ou solúveis são fluidos de corte em forma de emulsão composta por uma mistura de óleo e água. Isso é possível com a adição de agentes emulsificadores, ou seja, aqueles que ajudam a formar as gotículas de óleo que ficam dispersas na água. Quanto melhor for esse agente, menor será o tamanho da gota de óleo e melhor a emulsão. Exemplos desses agentes são sabões e detergentes. Para obter uma boa emulsão de óleo solúvel, o óleo deve ser adicionado à água, sob agitação, (e nunca o contrário) em uma proporção de uma parte de óleo para quatro partes de água. A mistura obtida pode então ser diluída na proporção desejada. O reservatório, na base da máquina, está dividido em dois compartimentos, de resistência à corrosão e à fadiga; que as aparas e a sujeira fiquem no fundo do compartimento da frente e a bomba possa se alimentar de líquido limpo. Em geral, além desses aditivos, adicionam-se aos fluidos de corte agentes biodegradáveis anticorrosivos, biocidas e antiespumantes. Na verdade, não existe um fluido universal , isto é, aquele que atenda a todas as necessidades de todos os casos. Os óleos solúveis comuns e os EPs são os que cobrem o maior número de operações de corte. A diferença entre cada grupo está na composição e na aplicação que, por sua vez, dependerá do material a ser usinado, do tipo de operação de corte e da ferramenta usada. Embora genericamente designados como fluidos de corte, os materiais capazes de refrigerar, lubrificar, proteger e limpar a região da usinagem podem ser, na verdade, sólidos, líquidos e gasosos. A diferença entre eles é que enquanto os gases só refrigeram e os sólidos apenas reduzem o atrito, os líquidos refrigeram e reduzem o atrito, daí a preferência pelos últimos. A escolha do fluido com determinada composição depende do material a ser usinado, do tipo de operação de corte e da ferramenta usada. Os fluidos de corte solúveis e os sintéticos são indicados quando a função principal é resfriar. Os óleos minerais, graxos usados juntos ou separados, puros ou contendo aditivos especiais são usados quando a lubrificação é mais importante do que o resfriamento. O uso dos agentes de corte gasosos visa principalmente à refrigeração, embora o fato de estar sob pressão auxilie também a expulsão do cavaco. Para essas finalidades, usa-se o ar comprimido em temperaturas abaixo de 0ºC, o CO (dióxido de carbono ou gelo seco) 2 para altas velocidades de corte de ligas de difícil usinagem, e o nitrogênio para operações de torneamento. Um resumo das informações sobre os tipos de fluidos de corte e o uso dos vários fluidos de corte, relacionando-os com a operação e o grau de usinabilidade dos materiais metálicos para construção mecânica, podem ser vistos nos quadros. Os sólidos visam somente à lubrificação no processo de usinagem. É o caso do grafite e do bissulfeto de molibdênio, aplicados na superfície de saída da ferramenta antes que se inicie o processo de corte. O grupo maior, mais importante e mais amplamente empregado é, sem dúvida, o composto pelos líquidos. Eles estão divididos em três grandes grupos: 1. O grupo dos óleos de corte integrais, ou seja, que não são misturados com água, formado por: óleos minerais (derivados de petróleo), óleos graxos (de origem animal ou vegetal), óleos compostos (minerais + graxos) e óleos sulfurados (com enxofre) e clorados (com cloro na forma de parafina clorada). Ver folhas em anexo Manuseio dos fluidos Os fluidos de corte exigem algumas providências e cuidados de manuseio que garantem seu melhor desempenho nas operações de usinagem. 1. Armazenamento os fluidos devem ser armazenados em local adequado, sem muitas variações de temperatura. Além disso, devem ser mantidos limpos e livres de contaminações. 2. O grupo dos óleos emulsionáveis ou solúveis , formado por: óleos minerais solúveis, óleos solúveis de extrema pressão (EP). 3. Fluidos de corte químicos, ou fluidos sintéticos, compostos por misturas de água com agentes químicos como aminas e nitritos, fosfatos e boratos, sabões e agentes umectantes, glicóis e germicidas agente EP. 2. Purificação e recuperação os fluidos de corte podem ficar contaminados por limalha, partículas de ferrugem, sujeiras diversas. Nesse caso, podem ser limpos por meio de técnicas de decantação e filtragem. Os óleos minerais são a base da maioria dos fluidos de corte. A eles são adicionados os aditivos, ou seja, compostos que alteram e melhoram as características do óleo, principalmente quando ele é muito exigido. Os aditivos mais usados são os antioxidantes e os agentes EP. 3. Controle de odor os fluidos de corte em forma de emulsão, por conterem água, estão sujeitos à ação de bactérias presentes no ar, na água, na poeira e que produzem maus odores. Esse problema pode ser diminuído por meio da constante da limpeza da oficina, pelo arejamento e pelo tratamento bactericida da emulsão. Os antioxidantes têm a função de impedir que o óleo se deteriore quando em contato com o oxigênio do ar. 4. Alimentação o fluido de corte deve ser aplicado diretamente à ponta da ferramenta com alimentação individual de cada ponta. A alimentação do fluido deve ser iniciada antes que a ferramenta penetre na peça a fim de eliminar o choque térmico e a distorção. As ilustrações mostram a maneira adequada de aplicar o fluido em diversas operações de usinagem. Quando as pressões e as velocidades de deslizamento aumentam, a película de óleo afina até se romper. Para evitar o contato metal com metal, é necessário usar um agente EP. Os agentes EP são aditivos que reagem quimicamente com a superfície metálica e formam uma película que reduz o atrito. Entre os tipos de agentes EP podem-se citar: • matéria graxa, constituída de ácidos graxos, indicada para trabalhos leves; • enxofre, formando o óleo sulfurado, indicado para trabalhos pesados com aço e metais ferrosos; durante o trabalho de corte, forma sulfeto metálico de características anti-soldantes e lubrificantes; 45 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Como o contato do operador com esses óleos é necessário pelo tipo de trabalho realizado, torna-se indispensável que esse contato seja evitado, usando-se de luvas e uniformes adequados. Além disso, práticas de higiene pessoal são imprescindíveis para o controle e prevenção das dermatites causadas por compostos que aderem à pele, entopem os poros e os folículos capilares, impedindo formação normal do suor e a ação de limpeza natural da pele. O controle desse problema é simplesmente uma questão de higiene pessoal e limpeza do fluido de corte. Para isso, algumas providências devem ser tomadas: • Manter tanto o fluido de corte quanto a máquina-ferramenta sempre limpos. • Instalar nas máquinas protetores contra salpicos. • Vestir um avental à prova de óleo. • Lavar as áreas da pele que entram em contato com os salpicos de fluido, sujeira e partículas metálicas ao menos duas vezes durante o dia de trabalho, usando sabões suaves ou pastas e uma escova macia. Enxugar muito bem com uma toalha de papel. • Aplicar creme protetor nas mãos e nos braços antes de iniciar o trabalho e sempre depois de lavá-los. • Tratar e proteger imediatamente cortes e arranhões. 1. Óleos de Corte Integrais: São óleos minerais que contêm aditivos específicos para serem utilizados nos processos de usinagem A STAFF oferece as seguintes linhas de óleos de corte integrais: Linha FLUID, são óleos minerais altamente refinados de baixa viscosidade, isentos de solventes, usados essencialmente para operações de eletroerosão. Linha CUT, são óleos minerais altamente refinados que possuem aditivos específicos para processos de usinagem em geral.. 2. Fluidos Solúveis: Oferecemos para este grupo de produtos as seguintes linhas: SOL E / SOL SS São óleos solúveis minerais convencionais e semi-sintéticos, que formam emulsões leitosas de micela grossa e translúcida de micela fina. Existindo na linha produtos com diferentes graus de proteção anti-corrosiva, podendo ser usados em todos os tipos de materiais e operações de corte, tais como torneamento, furação, fresamento, retificação, serramento etc. SOL SU São fluídos sintéticos com lubricidade, formando soluções incolores ou esverdeadas. São usados em operações de usinagem em geral e em alguns casos em operação de retificação. A linha SU é utilizada quando a presença de óleo mineral não é recomendada/desejada. SOL SR São fluídos sintéticos convencionais, formando soluções incolores ou esverdeadas. São indicados principalmente em operações de retificação de metais. Os cuidados, porém, não devem se restringir apenas aos fluidos, mas também precisam ser estendidos aos operadores que os manipulam. SOL ECO São solúveis sintéticos de grande lubricidade, isento de óleos minerais e que são formulados com base vegetal formando emulsão translúcida. São produtos de nova geração , de baixa agressão ao meio ambiente. A sua aplicação destina-se às mais diversas operações de corte, semelhantemente a linha SOL E e SOL SS Embora os processos de produção dos fluidos de corte estejam cada vez mais aperfeiçoados para eliminar componentes indesejáveis, não só no que se refere ao uso, mas também aos aspectos relacionados à saúde do usuário, o contato prolongado com esses produtos pode trazer uma série de problemas de pele, genericamente chamados de dermatite. 46 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica São produtos que apresentam vantagens em relação aos óleos solúveis convencionais, a seguir algumas delas: Fluidos isentos de óleos minerais; Altíssima capacidade lubrificante natural que lhe permite ser usado em operações de corte com maior severidade, substituindo em algumas situações os óleos de corte integral; Podendo ser fluidos com ou sem aditivação EP; Fluido sintético ecológico Destina-se à refrigeração em torno CNC O C. F. ECO é um fluido ecologicamente correto composto de polímeros sintéticos, refrigerantes, lubrificantes, antioxidantes e antiespumantes, para sistema de resfriamento de rebolos, afiadoras, máquinas operatrizes, tornos, fresas, rosqueadeiras, furadeiras, plainas, retíficas e serras. Aplicado em metais ferrosos e não-ferrosos, não provoca oxidação, não coalha e nem entope a tubulação, prolongando a vida útil das ferramentas e proporcionando melhor acabamento. Fornece-se em bombonas de 20 L ou tambores metálicos de 200 L. 47 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Anexos da Tabela de Velocidade de Corte Tabela de Vc para torneamento Valores de referência para vel. corte-ângulo corte-força corte específico Extrato - AWF 158 Os valores se referem ao corte seco com: ferram. aço ráp. para vel. corte V60 (dur. ferram. 60min) ferram. metal duro para vel. corte V240 (dur. ferram. 240min) âng. posição χ = 45º, âng. ponta ε = 90º, âng. inclin. λ = 0... 8º p. metais leves, mat. sint. e prens. λ = 5... 10º Os valores de referência valem para profundidades de corte até 5mm, acima de 5mm a velocidade de corte é 10... 20% menor. Para os valores de força de corte específica vale uma profundidade de corte de 2...10 vezes o avanço. HSS - (High Speed Steel) aço rápido MD - metal duro METAIS FERROSOS Material a ser usinado Velocidade de corte(m/min.) Fer Avanço (s) em mm/rot. 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 AÇO CARBONO HSS 60 45 34 25 2 com resistência até 500N/mm (0,10% a 0,25% C) MD 280 236 200 170 67 HSS 44 32 24 18 2 com resistência até 700 N/mm (0,30% a 0,45%C) MD 240 205 175 145 50 HSS 32 24 18 13 2 com resistência até 900 N/mm (0,50% a 0,60%C) MD 200 170 132 106 34 AÇO LIGA E AÇO FUNDIDO HSS 34 25 19 14 2 com resistência até 900N/mm MD 150 118 95 75 24 HSS 24 17 12 8,5 2 com resistência até 1250 N/mm MD 118 108 8,5 71 24 HSS 9 2 com resistência até 1500 N/mm MD 50 40 32 27 8,5 FERRO FUNDIDO (FC 100 a 150) HSS 48 28 20 14 2 com resistência até 150N/mm MD 140 118 95 80 67 (FC 100 a 250) HSS 43 27 18 13 com resistência até 250N/mm2 MD 125 90 75 63 53 FMP 55005 HSS 32 18 13 9,5 com resistência até 550N/mm2 MD 106 90 75 63 53 AÇO AO MANGANÊS HSS MD 40 32 25 20 67 METAIS NÃO FERROSOS ALUMÍNIO Alumínio puro HSS 400 300 200 118 75 MD 1320 1120 950 850 710 Liga de 11 a 13% silício HSS 100 67 45 30 MD 224 190 160 140 118 COBRE Cobre, latão, com resistência HSS 125 85 56 36 até 200N/mm2 MD 600 530 450 400 355 BRONZE Bronze HSS 63 53 43 34 2 com resistência de 210 a 260 N/mm MD 355 280 236 200 180 Ligas de bronze, bronze fosforoso HSS 85 63 48 36 com resistência à tração de 260 a 300N/mm2 MD 500 450 375 335 300 48 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Velocidade de corte para brocas em aço rápido METAIS FERROSOS Material a ser usinado AÇO CARBONO com resistência até 500N/mm2 (0,10% a 0,25% C) com resistência até 700N/mm2 (0,30% a 0,45% C) 2 com resistência até 900N/mm (0,50% a 0,60% C) AÇO LIGA E AÇO FUNDIDO com resistência até 900N/mm2 2 com resistência até 1250N/mm 2 com resistência até 1500N/mm FERRO FUNDIDO com dureza até 200HB com dureza até 240HB com dureza acima de 240HB AÇO INOXIDÁVEL aço inox ferrítico ou martensítico de fácil usinagem de difícil usinagem com alta resistência ao calor AÇOS AO MANGANÊS Velocidade de corte (m/min.) 28 - 32 25 - 28 20 - 25 14 - 18 10 - 14 6 - 10 25 - 30 18 - 25 14 - 18 8 - 12 5-8 3-5 3-5 METAIS NÃO FERROSOS Material a ser usinado LIGAS DE ALUMÍNIO com geração de cavaco longo com geração de cavaco curto ligas com silício (Silumin) LATÃO até Ms 58 até Ms 60 COBRE Cobre standard Cobre eletrolítico BRONZE Ligas de bronze, bronze fosforoso Bronze LIGAS DE METAL de fácil usinagem de difícil usinagem LIGAS DE MAGNÉSIO ZINCO E SUAS LIGAS - ZAMAK ALPACA TITÂNIO E LIGAS DE TITÂNIO Velocidade de corte (m/min.) 63 - 100 40 - 63 32 - 50 63 - 90 32 - 63 40 - 63 28 - 40 28 - 32 16 - 28 8 - 12 4- 8 80 - 100 32 - 50 40 - 63 6- 9 MATERIAIS NÃO-METÁLICOS Material a ser usinado Velocidade de corte (m/min.) 25 - 40 Termoplásticos (Nylon, PVC, Teflon, Acrílico, etc); borracha 16 - 25 Plásticos termofixos (duros) com ou sem fibras (baqueline, PVC lamin. com fibra de vidro, etc) 18 - 30 Borracha sintética (ebonite, vulcanite) 49 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Tabela de velocidade de corte para aplainamento Material da peça Aço com resistência até 500N/mm2 (0,10% a 0,25%C) Aço com resistência até 700N/mm2 (0,30% a 0,45%C) Aço com resistência até 900N/mm2 (0,50% a 0,60%C) Aço inoxidável Ferro fundido cinzento com resistência até 150N/mm2 Ferro fundido duro com resistência até 550N/mm2 Alumínio e latão mole Bronze fosforoso Cobre Vc (m/min) HSS metal duro 16 60 8 30 5 20 5 20 15 60 12 50 80 200 12 60 26 100 Tabela de velocidade periférica da peça para retificação cilíndrica externa Material Trabalho aço com resistência até desbaste 900N/mm2 acabamento aço temperado desbaste acabamento fofo cinzento desbaste acabamento latão desbaste acabamento alumínio desbaste acabamento Velocidade periférica da peça m/min. 12...15 9...12 14...16 9...12 12...15 9...12 18...20 14...16 40...50 28...35 Tabela de velocidade periférica da peça para retificação cilíndrica interna Material Trabalho aço com resistência até desbaste 900N/mm2 acabamento aço temperado desbaste acabamento fofo cinzento desbaste acabamento latão desbaste acabamento alumínio desbaste acabamento Velocidade periférica da peça m/min. 16...21 18...23 18...23 25...30 32...35 50 o Tecnologia Mecânica - I 1 Ciclo de Mecânica Anexo de Fluidos de Corte TIPOS PROPRIEDADES COMPOSIÇÃO Óleos minerais Resfriamento Lubrificação Proteção conta a corrosão ....... Ótima Excelente ....... Boa ....... Excelente Boa Boa ....... ....... Excelente Excelente Boa Boa Ótimo Boa Ótima ....... Boa Ótimo Boa Ótima ....... Excelente Excelente Excelente Boa Excelente Derivado de petróleo. Óleos de origem vegetal ou Óleos graxos EP Resistência à corrosão animal. Mistura de óleos minerais e Óleos compostos graxos. Óleos minerais + óleos graxos, Óleos “solúveis soda cáustica, emulsificantes, água. Óleos minerais com aditivos EP Óleos EP (enxofre, cloro ou fósforo). Óleos sulfurados e clorados Exce- Óleos minerais ou graxos sulfurados ou com substâncias cloradas. Água + agentes químicos (ami- Fluidos sintéticos nas, nitritos, nitratos, fosfatoo), Ótima lente sabões, germicidas. Exce- Excelente lente Exce- Excelente lente Fonte: Usinagem e fluidos de corte. Esso Brasileira de Petróleo S.A., s/d, pág. 36. Graus de severidade MATERIAL OPERAÇÃO Aços de baixo carbono aditivados Aços-liga de médio carbono Aços-liga de alto carbono Aços-ferramenta e aços inoxidáveis Alumínio, magnésio, latão vermelho Cobre, níquel, bronze de alumínio 1 Brochamento. A A A ou J A ou K D C 2 Roscamento. A ou B A ou B A ou B A ou B ou C D ou G/H a K D ou G/H a K 3 Roscamento com cossinete. A ou C B ou C B ou C B ou C D ou H D ou H 4 Corte e acab. de dentes de engrenagem. B B B A G ou H J ou K 4 Oper. c/ alargador. D C B A F G 5 Furação profunda. E ou D E ou C E ou B E ou A E ou D E ou D 6 Fresamento. E, C ou D E, C ou D E, C ou D C ou B E, H a K E, H a K 7 Mandrilamento. C C C C E E 7 Furação múltipla. C ou D C ou D C ou D C ou D F G 8 Torneamento em máquinas automáticas. C ou D C ou D C ou D C ou D F G 9 Aplainamento e torneamento. E E E E E E 10 Serramento, retificação. E E E E E E Legenda: A - óleo composto com alto teor de enxofre (sulfurado) B - óleos compostos com médios teores de enxofre (sulfurado) ou substâncias cloradas (clorado) C - óleos compostos com baixo teores de enxofre ou substâncias cloradas D - óleo mineral clorado E - óleos solúveis em água F, G, H, J, K - óleo composto com conteúdo decrescente de óleo graxo de F a K Adaptado de: Fundamentos da Usinagem dos Metais por Dino Ferraresi. São Paulo, Edgard Blücher, 1977, pág. 551. 51