Transcript
UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA: Usinagem 1 PROFESSOR: Márcio Bacci da Silva
Laboratório N.º 4 - Forças e Potências de Corte
Nomes: Guilherme Augusto de Oliveira Lucas Teófilo Vieira Fernandes
Uberlândia, 12 de Maio de 2010
1. Objetivos
Verificar a influência dos parâmetros de corte na força e potência da usinagem na operação de torneamento.
2. Materiais Utilizados
Torno CNC, dinamômetro, corpos de prova e ferramentas de metal duro, com ângulo de posição igual a 75º, ângulo de saída igual a 5º e raio de ponta com um valor de 0,8 mm, um fluido de corte de base vegetal (3%), peça de aço SAE1050 com 49,7 mm e diâmetro.
3. Procedimentos Experimentais
Serão realizadas operações de torneamento cilíndrico externo no aço SAE1050 utilizando diferentes condições de corte, para a medição da força e potência de corte. Serão usinados comprimentos de aproximadamente 15 mm para cada condição de corte e medir a força de corte. Será variada a velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. Para todas as condições, calcula-se a potência de corte e o torque. Os resultados serão apresentados em forma de uma tabela. Será mantida uma rotação de 2228 RPM para todos os ensaios.
4. Análise dos Resultados Obtidos
A seguir, consta a tabela com os resultados para a força, potência e torque de corte, bem como os respectivos parâmetros de usinagem:
Teste 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Vc [m/min] f[mm/volta] 350 0,2 300 0,2 250 0,2 200 0,2 150 0,2 100 0,2 90 0,2 80 0,2 70 0,2 60 0,2 50 0,2 40 0,2 30 0,2 20 0,2 10 0,2
ap [mm] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Fc [N] 580 582 589 587 590 592 597 600 602 610 605 528 506 497 512
N[Kw] 3,3833 2,9100 2,4542 1,9567 1,4750 0,9867 0,8955 0,8000 0,7023 0,6100 0,5042 0,3520 0,2530 0,1657 0,0853
T [N.m] 14,4130 14,4627 14,6367 14,5870 14,6615 14,7112 14,8355 14,9100 14,9597 15,1585 15,0343 13,1208 12,5741 12,3505 12,7232
Teste 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Vc [m/min] f[mm/volta] 150 0,45 150 0,4 150 0,35 150 0,3 150 0,25 150 0,2 150 0,15 150 0,1 150 0,05 150 0,2 150 0,2 150 0,2 150 0,2 150 0,2 150 0,2 150 0,2 150 0,2
ap [mm] 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5
Fc [N] 1185 1090 982 872 759 641 533 389 263 2300 2028 1790 1481 1188 944 661 315
N[Kw] 2,9625 2,7250 2,4550 2,1800 1,8975 1,6025 1,3325 0,9725 0,6575 5,7500 5,0700 4,4750 3,7025 2,9700 2,3600 1,6525 0,7875
T [N.m] 29,4473 27,0865 24,4027 21,6692 18,8612 15,9289 13,2451 9,6667 6,5356 57,1550 50,3958 44,4815 36,8029 29,5218 23,4584 16,4259 7,8278
Na seqüência, serão mostrados gráficos diversos (VxF, VxP, VxT) para os diversos parâmetros de usinagem:
Vc [m/min] x Fc [N] 700 600 500 400 300 200 100 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gráfico 1 – Variação da velocidade de corte pela Força de usinagem
Durante os testes, utilizou-se um eixo de aço SAE 1050. Como era previsto na teoria, quando este material é usinado a baixas velocidades de corte, ocorre a formação da aresta
postiça de corte (APC). Analisando os pontos dos testes 14 e 15, percebe-se que a força de corte diminui com o aumento da velocidade de corte. Tal fato pode ser justificado pela ocorrência da APC. O ponto do teste 14 corresponde ao valor mínimo da força de corte (497 N), onde as dimensões da APC são máximas. O aumento da velocidade de corte além deste ponto faz com que a APC seja reduzida nas suas dimensões e entre no regime instável e, por conseguinte a força de corte começa a aumentar até o ponto de velocidade crítica (teste 10), onde a velocidade e corte é igual a 60m/min. A partir deste ponto, a APC não se apresenta mais. Com maiores velocidades de corte, haverá maior geração de calor, e consequentemente uma maior facilidade para deformação do material, e também uma ligeira redução na área de contato cavaco e ferramenta. Observando o gráfico 1 , fica evidente que há uma discreta queda nas forças de usinagem com o aumento das velocidades de corte. A curva que relaciona a velocidade de corte com o Torque de usinagem é análoga à que foi apresentada no gráfico 1, apenas se alterando a escala para o eixo y (torque), pois este é dado pela multiplicação das forças de usinagem e o raio da peça usinada, como está evidente no gráfico 2:
Vc [m/min] x T [N.m] 16,0000 14,0000 12,0000 10,0000 8,0000 6,0000 4,0000 2,0000 0,0000 0
100
200
300
400
Gráfico 2 - Variação da velocidade de corte pelo Torque de usinagem
Para a obtenção do gráfico 3, manteve-se a profundidade de corte e o avanço constantes. O aumento da velocidade de corte provoca um aumento das forças de usinagem, e conseqüentemente, há um aumento da potência da usinagem.
Vc [m/min] x N[Kw] 4,0000 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gráfico 3 - Variação da velocidade de corte pela potência de usinagem
Para os pontos dos testes 16 até 0 24, tem-se o gráfico 4:
f[mm/volta] x Fc [N] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Gráfico 4 – Variação do avanço pela força de usinagem
O aumento do avanço causa um aumento das áreas de cisalhamento primário e secundário, como conseqüência, ocorre um aumento da força de usinagem, numa proporção praticamente linear, como apresenta-se no gráfico 4.
Dos pontos dos testes 25 ao 32, construiu-se o gráfico 5:
ap[mm] x Fc [N] 2500 2000 1500 1000 500 0 0
1
2
3
4
5
Gráfico 5 - Variação da profundidade de corte pela força de usinagem
Nota-se que há uma relação praticamente linear entre a profundidade de corte e a força de usinagem, semelhantemente ao que ocorre com a relação entre avanço e força de usinagem. Se a variação da profundidade de corte fosse a mesma que foi utilizada para o avanço, a variação das forças de usinagem provocadas pelo aumento do avanço seriam maiores. Neste teste, como variou-se em escala maior a profundidade de corte, obteve-se maiores valores para as forças de usinagem. Dos pontos 16 ao 24, construiu o gráfico 6:
f[mm/volta] x N[Kw] 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000 0
0,1
0,2
0,3
0,4
Gráfico 6 - Variação do avanço pela potência de usinagem
0,5
Para estes pontos, a velocidade de corte foi constante (150m/min.), nota-se que o aumento da profundidade de corte causa um aumento da força de usinagem, e, por conseqüência, aumenta a potência de usinagem. Tal relação é aproximadamente linear.
Dos pontos 25 ao 32, levanta-se a seguinte curva:
ap [mm] x N[Kw] 4,0000 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Gráfico 7 - Variação da profundidade de corte pela potência de usinagem
Como explicou-se para
o gráfico 5, que há uma relação praticamente linear entre a
profundidade de corte e a força de usinagem, semelhantemente ao que ocorre com a relação entre avanço e força de usinagem. Logo, para maiores forças de usinagem, serão requeridas maiores potências a serem disponibilizadas pela máquina.
