Tipos e classificação do processo de usinagem | Ciência da Manufatura

Este artigo lança luz sobre os tipos de processos de usinagem. Os tipos são:- 1. Moldar e Planejamento 2. Torneamento e mandrilamento 3. Perfuração e 4. Fresamento. É necessário ter alguma exposição às operações de usinagem reais e suas análises. Neste artigo, não entraremos em detalhes tecnológicos extremos e todos os tipos de operações possíveis, mas trataremos apenas das operações de usinagem básicas e comuns.

Tipos de processo de usinagem # 1. Modelagem e Planejamento:

A natureza básica do processo de remoção de material é a mesma em ambos os casos. A principal diferença entre os dois é que, na modelagem, o movimento primário (de corte) é fornecido à ferramenta e o avanço é dado à peça de trabalho, enquanto que, no planejamento, é justo o oposto.

A operação de corte é intermitente por natureza e ocorre durante o curso para frente. Durante o retorno da ferramenta (ou do trabalho, conforme o caso), o movimento de avanço é fornecido quando não há ação de corte. A Figura 4.34 mostra alguns detalhes da zona de corte.

Em uma operação de corte real, os parâmetros principais são os cursos por unidade de tempo (N), comprimento do curso (S), relação de retorno rápido (R) (deslocamento / curso), profundidade de corte ( d), e os ângulos da ferramenta. Para converter esses parâmetros em parâmetros básicos de usinagem, seria suficiente examinar a Fig. 4.34 mostrando uma vista em corte.

Deve ser lembrado que, em geral, a condição de usinagem ortogonal não é satisfeita, mas trataremos o processo assumindo que a mecânica de usinagem ortogonal é aplicável. No que diz respeito ao consumo de energia, os resultados não são muito imprecisos. A espessura não cortada e a largura do corte são dadas pelas relações -

Onde Ψ é o principal ângulo da aresta de corte. O ângulo de inclinação é α (também chamado de inclinação normal) na vista em corte (Fig. 4.34). A Figura 4.35 mostra os componentes de corte e impulso da força.

O componente de corte F _C age contra v e F _T atua perpendicularmente à superfície transitória. F _T pode ser novamente resolvido em dois componentes, a saber, F _f (componente de alimentação) e F _n (componente normal à superfície usinada), como -

A taxa de remoção de metal é dada por LdƒN, onde L é o comprimento do trabalho e N é o número de golpes de corte por unidade de tempo. O tempo de corte também pode ser encontrado se a largura (B) do trabalho, a profundidade total pela qual a superfície de trabalho deve ser abaixada (H), a profundidade de corte (d), o avanço (ƒ) e o o curso de corte por unidade de tempo (N) são fornecidos. O tempo total -

Tipos de processo de usinagem # 2. Torneamento e chato:

Virar é uma das operações mais comuns. As superfícies de revolução são geralmente produzidas por esta operação, embora as superfícies planas sejam produzidas pelo torneamento de face. Todas as operações de torneamento são feitas em tornos. Os principais tipos de operações de torneamento são - (i) torneamento de superfícies cilíndricas e cilíndricas escalonadas, (ii) torneamento de superfícies cônicas e curvas de revolução, (iii) torneamento de roscas de parafuso e (iv) torneamento de face e separação. Quando uma superfície interna é usinada, a operação é comumente conhecida como mandrilamento.

As operações de mandrilamento também podem ser realizadas para produzir diferentes tipos de superfícies internas de revolução. Discutiremos aqui a mecânica de uma operação de torneamento simples. Isso então pode ser estendido a várias outras operações especiais, sempre que necessário. A Figura 4.37a mostra uma operação de torneamento simples. A ferramenta usada para tal operação é comumente denominada como ferramenta de ponto único.

A geometria detalhada desta operação é ilustrada na Fig. 4.37b. A Figura 4.38 mostra as diferentes vistas e ângulos de uma ferramenta de torneamento de ponto único. Os parâmetros na operação de usinagem básica correspondente podem ser encontrados como -

Onde Ψ é o ângulo da aresta de corte lateral. O ângulo de ataque normal α pode ser encontrado quando os ângulos da ferramenta são especificados. Em geral, a condição de ortogonalidade não é satisfeita, mas para manter a discussão no escopo deste texto, vamos assumir a usinagem ortogonal. A velocidade de corte é fornecida como -

Onde N é o número de rotações do trabalho por unidade de tempo e D é o diâmetro do trabalho. Uma vez que a profundidade de corte d é muito pequena em comparação com D, a velocidade de corte pode ser considerada constante em toda a largura de corte e igual ao valor dado pela equação (4.41). Para cumprir a condição de usinagem ortogonal, a aresta de corte deve ser perpendicular ao vetor velocidade, e pode ser facilmente mostrado que a condição a ser satisfeita pelos ângulos da ferramenta é -

Digite # 3. Perfuração:

A operação de furação mais comum é a perfuração e geralmente é realizada com a ajuda de uma broca helicoidal. Ao contrário de moldar e girar, isso envolve duas arestas de corte principais. A Figura 4.41 mostra uma operação de perfuração.

Se o avanço total da broca por revolução (a taxa de alimentação) for ƒ, então a parte de cada aresta de corte é ƒ / 2 porque cada lábio está recebendo a camada não cortada cuja superfície superior tem sendo acabado pelo outro lábio 180 ° à frente (durante a rotação de 180 °, o deslocamento vertical da broca é ƒ / 2). A espessura não cortada t ₁ e a largura do corte w é dada como -

r sendo o raio do ponto na aresta de corte onde o ataque normal está sendo avaliado, D o diâmetro nominal da broca, β o ângulo do meio ponto (Fig. 4.41b) e Ψ o ângulo da hélice (Fig. 4.42).

A Tabela 4.12 fornece os valores típicos dos ângulos e parâmetros de perfuração.

Deve-se notar que na operação de perfuração as variações da velocidade de corte e outros parâmetros ao longo da aresta de corte são apreciáveis e todo o fenômeno é muito complexo. No entanto, todos os nossos cálculos são baseados no ponto médio de cada aresta de corte. O efeito de todas as forças que atuam na broca (Fig. 4.43) pode ser representado por um torque de resistência M e uma força de empuxo F. A ação na aresta do cinzel não é verdadeiramente uma ação de corte; em vez disso, é empurrar o material como uma cunha. Mas o efeito da borda do cinzel no torque é insignificante, pois é no eixo de rotação.

A contribuição da borda do cinzel para o desenvolvimento da força de empuxo é considerável. A força de empuxo total F pode ser expressa como -

Tipos de processo de usinagem # 4. Moagem:

Fresamento é talvez a operação de usinagem mais versátil e a maioria das formas podem ser geradas por esta operação. É especialmente mais indispensável para usinar as peças sem simetria rotacional. Ao contrário das ferramentas de torneamento, modelagem e furação, a ferramenta de fresamento possui um grande número de arestas de corte. O eixo no qual o cortador é montado é comumente conhecido como mandril.

As operações de fresagem podem ser classificadas em dois grupos principais, nomeadamente - (i) fresagem horizontal e (ii) fresagem vertical. Na operação de fresamento horizontal, o eixo da fresa é horizontal. A Figura 4.44 mostra algumas operações comuns de fresamento horizontal. O fresamento horizontal pode, novamente, ser dividido em dois grupos dependendo das direções relativas de corte e movimento de avanço. Quando o arranjo é como o mostrado na Fig. 4.45a, a operação é chamada de fresamento superior.

Quando o corte e o movimento de avanço estão na mesma direção (Fig. 4.45b), a operação é chamada de fresamento descendente. Como no fresamento descendente há uma tendência de o trabalho ser arrastado para a fresa, o fresamento ascendente é mais seguro e normalmente é feito. No entanto, o fresamento descendente resulta em um melhor acabamento superficial e maior vida útil da ferramenta. Quando as arestas de corte são helicoidais, a operação de corte é mais suave e um melhor acabamento é obtido. Isso se deve ao engajamento gradativo da vanguarda.

O eixo da cortadora é vertical e perpendicular (geralmente) à superfície de trabalho no fresamento vertical. O esquema de formação de cavacos durante o fresamento de placas planas usando uma fresa reta é explicado na Fig. 4.47a. A fresa tem um diâmetro D e a profundidade de corte fornecida é d. Quando o fresamento é feito com uma fresa de aresta reta, a operação é ortogonal e a cinemática da formação de cavacos é mostrada na Fig. 4.47b.

Como todas as arestas de corte participam da usinagem, um estudo do processo é facilitado considerando a ação de apenas um dente. Se ƒ é a velocidade de avanço da mesa em mm / min, o avanço efetivo por dente em mm será ƒ / (NZ), onde N é a rotação da fresa e Z é o número de dentes na fresa.

A taxa de remoção de material por unidade de largura do trabalho é fornecida por ƒd. É claramente visto na Fig. 4.47b que a espessura do material não cortado na frente da aresta de corte aumenta gradualmente, atingindo um máximo próximo à superfície, e novamente cai para zero rapidamente. Se a velocidade de alimentação for pequena em comparação com a velocidade circunferencial do cortador, então -

Então, os componentes da força de corte F _C e F _T (mostrado na Fig. 4.48) não muda apenas na direção, mas também na magnitude à medida que a aresta de corte se move ao longo da superfície de corte.

É óbvio que ao cortar com um cortador reto, não há componente da força de corte ao longo do eixo do cortador. A espessura média não cortada pode ser considerada como a metade do valor máximo. Portanto -

Os valores médios de F _C e F _T pode ser encontrado aproximadamente usando este valor de espessura não cortada. Desde F _T atua na direção radial, não produz nenhum torque e o torque da árvore é devido apenas ao componente F _C . Portanto, o torque M devido a um dente de corte é F _C (d / 2) e varia aproximadamente como F _c . A Figura 4.49 mostra a variação do torque da árvore (M) com a rotação da árvore para a ação de apenas um dente.

Agora, para obter o torque geral (M̅), os momentos devidos a todos os dentes devem ser devidamente sobrepostos. Isso leva a três possibilidades diferentes, a saber- (i) β <2π / Z, (ii) β =2π / Z e (iii) β> 2π / Z. A Figura 4.50a mostra as três possibilidades diferentes; o torque da árvore correspondente a cada um deles é mostrado na Fig. 4.50b. É aparente a partir da Fig. 4.50 que com um cortador de borda reta, a força e o torque da árvore têm variações bruscas que podem causar problemas de vibração.

Quando um cortador helicoidal é usado, o contato entre a aresta de corte e a peça de trabalho começa e termina gradualmente. Aqui, o torque da árvore devido a um único dente e o torque geral são do tipo mostrado nas Figs. 4.51a e 4.51b, respectivamente. A potência de usinagem pode ser calculada tomando o produto da velocidade da árvore e o torque médio geral da árvore. A força de empuxo média pode ser considerada agindo ao longo da linha radial média do arco de contato da ferramenta de corte.

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