Principais Processos de Usinagem: Torneamento, Furação, Fresamento e Plaina

Introdução aos Processos de Usinagem

Este artigo aborda os quatro processos fundamentais de usinagem: plaina e aplainamento, torneamento e furação, furação e fresamento. Embora existam muitas variações, focaremos nas operações básicas e mais comuns, essenciais para entender a mecânica da remoção de material.

1. Plaina e Aplainamento

A natureza da remoção de material é a mesma em ambos. A diferença principal: na plaina, o movimento de corte primário é dado à ferramenta e o avanço à peça; no aplainamento, é o contrário. A operação é intermitente, ocorrendo apenas no curso de avanço.

Parâmetros Principais

• Cursos por unidade de tempo (N)
• Comprimento do curso (S)
• Razão de retorno rápido (R)
• Profundidade de corte (d)
• Ângulos da ferramenta

A espessura de corte não cortada e a largura de corte são dadas por relações geométricas envolvendo o ângulo de corte principal (Ψ) e o ângulo de ataque normal (α). As componentes de força incluem a força de corte (F_C), força de avanço (F_f) e força normal à superfície usinada (F_n).

Taxa de remoção de metal = L × d × ƒ × N (L = comprimento da peça). O tempo de corte depende da largura (B), profundidade total a remover (H), profundidade de corte (d), avanço (ƒ) e cursos por unidade de tempo (N).

2. Torneamento e Furação

O torneamento é uma das operações mais comuns, produzindo superfícies de revolução. Tipos principais: torneamento cilíndrico, cônico, de roscas, faceamento e corte. Quando usinado internamente, chama-se furação.

Mecânica do Torneamento

Utiliza ferramenta de ponta única. A geometria envolve ângulo de corte lateral (Ψ) e ângulo de ataque normal (α). Velocidade de corte: v = πDN (D = diâmetro, N = rotações por unidade de tempo). Para usinagem ortogonal, a aresta de corte deve ser perpendicular ao vetor velocidade.

3. Furação

A operação mais comum para fazer furos, realizada com broca helicoidal. Envolve duas arestas de corte principais. Se o avanço total por revolução é ƒ, cada aresta recebe ƒ/2.

Parâmetros Geométricos

• Espessura não cortada (t₁) e largura de corte (w) dependem do raio (r), diâmetro nominal (D), ângulo de ponta (β) e ângulo de hélice (Ψ)
• Variações de velocidade de corte ao longo da aresta são apreciáveis
• Forças resultantes: torque resistente (M) e força de empuxo (F)
• A aresta de cinzel não corta verdadeiramente, mas contribui significativamente para a força de empuxo

4. Fresamento

Operação mais versátil, indispensável para peças sem simetria rotacional. A ferramenta possui múltiplas arestas de corte montadas em um eixo (árvore).

Classificação

• Fresamento horizontal: eixo da fresa horizontal. Subdividido em fresamento contrário (up milling) e fresamento sincronizado (down milling). O primeiro é mais seguro; o segundo proporciona melhor acabamento e maior vida da ferramenta.
• Fresamento vertical: eixo da fresa vertical e perpendicular à peça.

Formação do Cavaco

No fresamento de face com fresa de dentes retos, a operação é ortogonal. Avanço efetivo por dente = ƒ/(N×Z) (N = rpm, Z = número de dentes). Taxa de remoção por largura unitária = ƒ×d.

A espessura do material não cortado aumenta gradualmente até um máximo próximo à superfície, depois cai para zero. As componentes de força (F_C e F_T) mudam direção e magnitude conforme a aresta avança.

Torque na Árvore

Com fresa de dentes retos, o torque varia bruscamente, podendo causar vibração. Fresas helicoidais proporcionam engate gradual, suavizando o torque. A potência de usinagem = velocidade da árvore × torque médio total.