Cálculos de pressão na ferramenta na usinagem:

Entende-se a Força de corte como uma pressão aplicada sobre uma área.

• F_c : força de corte [N]
• k_c : pressão específica de corte [N/mm²]
• A : seção de usinagem [mm²]
• b : comprimento do gume ativo [mm]
• h : espessura do cavaco [mm]

KIENZLE propõe uma formulação semelhante. A constante k_c1.1 e o expoente (1-mc) são determinados experimentalmente e tabelados.

• kc1.1 : pressão específica de corte [N/mm²] para um cavaco de seção 1 mm x 1 mm 
  (1-mc) : expoente de Kienzle

Com a equação (5) podemos calcular a F_c para torneamento. No fresamento temos as seguintes complicações: 

.....• Espessura do cavaco variável (cálculo de h) 
.....• Diferença entre o fresamento frontal e o periférico (cálculo de f_s ) 
.....• Ferramenta multicortante (vários dentes, cálculo de Z_c ) 
.....• Variedade de geometrias de ferramenta e de gume (cálculo de b)

Cálculo de h 

Para levar em conta a variação da espessura do cavaco, usa-se a sua espessura média.

• h_m : espessura média do cavaco [mm]
• f_z : avanço por dente [mm/dente]
• a_e : penetração de trabalho [mm]
• f_s : ângulo de contato ferramenta peça [graus]
• D : diâmetro da fresa [mm]
• k_r : ângulo de direção do gume principal [graus]

Cálculo de f_s 
Fresamento FRONTAL

Fresamento PERIFÉRICO

Cálculo de Z_c

A força de corte depende do número de dentes em contato com a peça. Se Z_c não for um número inteiro, significa que, enquanto a fresa gira, o número de dentes em contato oscila entre dois valores inteiros. Assim a força de corte também oscila. Usa-se então o maior dos dois valores.

• Z_c : número de dentes em contato com a peça [dentes]
• Z : número (total) de dentes da fresa [dentes]

Cálculo de b

A Força de Corte é diretamente proporcional ao comprimento do gume ativo. Ocorre que a variedade de geometrias de ferramenta dificulta o cálculo de b. Como simplificação, demonstramos a solução para uma ferramenta de gumes (ou dentes) retos:

• b : comprimento do gume ativo [mm]
• l_s : ângulo de inclinação do gume principal [graus]
• a_p : profundidade de corte [mm]

Em seguida

A equação da Força de Corte no fresamento é, então, modificada a partir da equação do torneamento, para levar em conta as particularidades do processo.

Reunindo as equações mostradas chega-se ao resultado.

Avanço no torno

Quando usinamos determinado material no torno com alta rotação ou avanço elevado, ocorre uma trepidação da peça ou ferramenta. Esta vibração gera um prejuízo ao acabamento da superfície usinada, elevando a sua rugosidade.

O cálculo da rotação () geralmente é realizado pelos torneiros mecânicos. Porém, o que pouca gente sabe é que existe uma fórmula para calcular o avanço máximo que deverá ser utilizado no torno  para conseguir a rugosidade ou acabamento superficial requeridos no projeto da peça. Mas antes de aprendermos este cálculo, vamos entender o que é rugosidade? 

A rugosidade superficial é um tipo de erosão microscópica causada pela usinagem, que pode ser medida por aparelhos especiais e de altíssima precisão, como os rugosímetros, que trabalham com medidas na casa dos mícrons ( 1 mícrom equivale a 1mm dividido por 1000).

As superfícies mais lisas apresentam valores de rugosidade menores do que as superfícies ásperas.

A fórmula que serve para relacionar o acabamento superfícial com o avanço máximo que pode ser empregado na máquina é a seguinte:

Onde: 

= Avanço máximo

= Rugosidade total (encontrada na tabela abaixo)
= raio da ponta da ferramenta

A rugosidade total () é a distância entre o "pico" mais alto e o "vale" mais profundo de uma superfície usinada.

O problema é que os desenhos técnicos informam valores de rugosidade média () e não de rugosidade total. Torna-se necessário, então, a utilização da tabela abaixo para fazer a conversão de  (dos desenhos) para  (da fórmula).

	1,6	2,0	2,4	3,0	4,0	6,0	8,0	10,0	15,0	27,0	45,0
	0,30	0,40	0,49	0,63	0,80	1,2	1,6	2,0	3,2	6,3	12,5

Operação de torneamento 
Usinagem é um termo genérico designado para descrever o processo de remoção de material de uma 
peça e pode ser subdividido em três categorias: processos de corte, processos  abrasivos e processos de 
usinagem não convencionais. O torneamento é um processo de corte em que a ferramenta  remove 
material da peça em forma de cavaco. Segundo KALPAKJIAN, S.(1967), o estudo eficiente de uma 
operação de usinagem devem ser considerados os  elementos ferramenta, cavaco e peça como partes de 
um sistema. Em outra publicação KALPAKJIAN, S.(1987), divide as variáveis que participam do 
processo de corte como vaiáveis independentes e dependentes. As variáveis independentes são aquelas 
que o operador pode intervir. Variáveis dependentes são variáveis que sofrem influência pela mudança 
das variáveis independentes. A figura a seguir mostra os dois tipos de variáveis. 


Variáveis
1. Tipo de cavaco; 
2. Forma e energia dissipada no processo de corte; 
3. Aumento da temperatura na peça de trabalho, na 
ferramenta e no cavaco; 
4. Desgaste e danos na ferramenta; 
5. Superfície de acabamento. 


 Modelos Matemáticos para Cálculo de Tempos de Usinagem
Peças rotacionais usinadas em um torno CNC apresentam formas contínuas, sendo que os processos de torneamento incluem interpolação linear e/ou interpolação circular (Chen e Su, 1998 e 1999). A interpolação linear pode
ser dividida em três operações: torneamento longitudinal retilíneo, faceamento e torneamento cônico. Interpolação circular é usada em torneamento circular, gerando formas circulares, convexas ou côncavas. Para otimização deste per l contínuo não é possível utilizar os modelos de usinagem propostos apenas para operações de torneamento longitudinal. Assim será utilizado um modelo mais genérico que possa ser aplicado para torneamento externo e interno longitudinal linear, longitudinal cônico e longitudinal circular, bem como, per lamento e faceamento (CHEN
e SU, 1998 e LEE, 1988) em uma única fórmula de cálculo de tempo, englobando todas estas operações.
A gura 1 apresenta a trajetória de ferramenta para operações de desbaste e acabamento (CHEN e SU, 1998).
A trajetória da ferramenta para desbaste é constituída por n passes de usinagem, sendo que o desbaste é dividido em dois estágios:
1. desbaste dos primeiros (n-1)th passes tendo uma trajetória de ferramenta para operação de torneamento
longitudinal iniciando no ponto P1 (com profundidade de corte de desbaste dr, na direção X) até o ponto
P2, distante ds do per l da peça (profundidade de corte de acabamento na direção Z no caso). Depois a ferramenta se afasta do ponto P2 em direção ao ponto P3 . O processo continua para o próximo passe de desbaste, conforme a estratégia de movimentação de ferramenta selecionada (Han, 2001);
2. desbaste do último passe de usinagem (n) ao longo do per l da peça, deixando um sobrematerial de acabamento no valor da profundidade de corte de acabamento (ds), realizando uma operação de per lamento de acabamento interno ou externo;
A seguir conclui-se a usinagem com um único passe de acabamento ao longo do per l da peça, realizando uma operação de per lamento de acabamento interno ou externo, podendo utilizar a mesma ferramenta de desbaste ou uma especí ca de acabamento.

 Velocidade de corte
Para calcular a rpm, seja da peça no torno, seja da fresa ou da broca, usamos
um dado chamado velocidade de corte .
Velocidade de corte é o espaço que a ferramenta percorre, cortando um
material, dentro de um determinado tempo.
A velocidade de corte depende de uma série de fatores, como:
l tipo de material da ferramenta;
l tipo do material a ser usado;
l tipo de operação a ser realizada;
l condições da refrigeração;
l condições da máquina etc.



Cálculo de  rpm em  função da velocidade de cor te
Para o cálculo da rpm em função da velocidade de corte, você também usa
uma fórmula:
n =
vc×1000
d×p
Em que n é o número de rpm; vc é a velocidade do corte; d é o diâmetro do
material e p é 3,14 (constante).


Os dados que você tem são:
vc = 25m/min (dado encontrado na tabela)
d = 80 mm
n = ?


Substituindo os valores na fórmula:
A rpm ideal para esse trabalho seria 99,5. Como as velocidades das máquinas
estão estipuladas em faixas determinadas, você pode usar um valor mais
próximo, como 100 rpm.
Para realizar as operações de fresagem ou furação, a fórmula para o
cálculo da rpm é a mesma, devendo-se considerar o diâmetro da fresa ou
da broca, dependendo da operação a ser executada.
n =
vc×1000
d×p
n =
25×1000
80×3, 14
n =
25000
251,2
n = 99,5
n @ 100

                   Tipos de óleo e refrigeração:

O óleo refrigerante sintético é um lubrificante que consiste em compostos químicos que são feitas artificialmente ( sintetizada ). Lubrificantes sintéticos pode ser fabricado usando quimicamente modificados de petróleo componentes, em vez de todo o petróleo bruto , mas também pode ser sintetizado a partir de outras matérias-primas. O óleo sintético é utilizado como um substituto para o lubrificante a partir de petróleo refinado quando operando em condições extremas de temperatura, porque, em geral, proporciona excelentes propriedades mecânicas e químicas do que os encontrados em tradicionais de óleos minerais . Aeronaves motores a jacto , por exemplo, requerem o uso de óleos sintéticos, enquanto que aeronaves motores de combustão não o fazem.

O óleo refrigerante sintético  é um produto para refrigerar, lubrificar eproteger as peças e ferramentas nas operações de desgaste com rebolo e usinagem. Devido às suas propriedades refrigerantes, evita o aumento natural da temperatura da solução provocado pelo atrito.

APLICAÇÃO:


Pode ser aplicado em muitas operações: retificas, tornos convencionais, tornos CNC, fresas, furadeiras, madrilhadoras, plainas, serras e etc. É substituto dos óleos de corte integrais e aplicável em metais ferrosos e não ferrosos. Não provoca oxidação, não coalha, não entope a tubulação, prolonga a vida útil das ferramentas e proporciona um melhor acabamento.

SUGESTÃO DE DILUIÇÃO: 
Retifica……………………………………………………………………..1:40 em água.
Tornos conv. E CNC…………………………………………………..1:20 em água.  
Rosqueamento e usinagem pesada……………………………1: 8 em água.
Serra…………………………………………………………………………1:20 em água.

VANTAGENS E BENEFÍCIOS:
É um fluido 100% sintético, ecologicamente correto, excelente fluido lubrificante e refrigerante, pelo seu poder refrigerante, aumenta a vida útil do ferramental, impede o empastamento de rebolos, menos arraste de cavacos, não resseca as borrachas, excelente durabilidade da solução na maquina devido ao alto nível de resistência ao apodrecimento.

                     Óleos lubrificantes:

Principais aditivos dos óleos lubrificantes

•  O que é lubrificação?
  A lubrificação consiste na formação de uma película que impede o contato direto entre duas superfícies que se movam relativamente entre si, reduzindo ao mínimo, o atrito entre as partes.
  - Lubrificante. O lubrificante é obtido através da mistura de óleos básicos (claro ou escuro) + ADITIVOS (claro ou escuro).
  - Óleo aditivado. Todos os óleos lubrificantes desenvolvidos atualmente para motores a gasolina, álcool e diesel, são óleos aditivados.
  
  
• Detergente e dispersante: Aditivos de limpeza. Limpam os depósitos formados nos anéis, válvulas, mancais e circuitos de óleo do motor. Por isso, o óleo fica escuro mas o motor fica limpo.
• Antioxidante: Reduz a oxidação do óleo, principalmente às altas temperaturas, diminuindo a formação de borras e vernizes e permitindo que o óleo dure mais tempo.
• Antiespumante: Reduz a formação de espuma no óleo provocada pela agitação do óleo.
• Extrema Pressão (EP): Reduz os desgastes nas altas temperaturas.
• Melhorador do índice de viscosidade: Em altas temperaturas a viscosidade tende a reduzir. Esse aditivo impede que a viscosidade caia tanto ao ponto de prejudicar a lubrificação.
• Antiferrugem: Em contato com a umidade do ar, peças de ferro tendem a enferrujar, o que esse aditivo impede que aconteça.
• Aditivos de alcalinidade: O óleo diesel possui enxôfre, elemento cujo ácido sulfúrico danifica as peças de ferro. Esse aditivo impede que isso ocorra.
• Antidesgaste: Reduz o atrito e o desgaste, mesmo na temperatura ambiente.
• Corantes: Têm a finalidade de facilitar a identificação de vazamentos e impedir a confusão entre produtos.

Classificação SAE:
Estabelecida pela Sociedade dos Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos, classifica os óleos lubrificantes pela sua viscosidade, que é indicada por um número. Quanto maior este número, mais viscoso é o lubrificante e são divididos em três categorias:

       ·   Óleos de Verão: SAE 20, 30, 40, 50, 60

       ·   Óleos de Inverno: SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W

       ·   Óleos multiviscosos (inverno e verão): SAE 20W-40, 20W-50, 15W-50

Obs.: a letra “W” vem do inglês “winter” que significa inverno.

                          óleos solúveis a água:

    Solúveis Biodegradáveis:

SINTILUB - P - 107 Óleo para corte de metais. Indicado para todos os tipos de usinagem de metais em sistemas centralizados, máquinas operatrizes de comando numérico. Produto a base de polímeros e ésteres auto-emulsionáveis. Isento de nitrito e fenol. SINTILUB - PN - 660 Óleo para corte de metais. Indicado para todos os tipos de usinagem de metais ferrosos em sistemas centralizados e/ou reservatórios de máquinas operatrizes de comando numérico e convencional. Produto à base de polímeros. SUTOL - SR/2 Fluído sintético de múltiplas aplicações em operações de usinagem, onde se requer mais refrigeração do que lubrificação, como retíficas de desbaste e acabamento, em materiais ferrosos e não ferrosos. VEMIRAN - P - 240 Fluído semi-sintético para corte biodegradável. Isento de nitrito e fenol. Alta concentração. Excelente proteção anti-corrosiva, extrema-pressão e lubrificação. Teor de óleo mineral 2-4%. Óleos de corte A utilização de fluidos de corte durante a usinagem serve para diversas funções, entre elas, a lubrificação e resfriamento eficientes na interface da ferramenta/peça, bem como eliminação dos cavacos. A falha na expulsão deste material pode resultar em ocorrências desfavoráveis à usinagem da peça ao comprimir o material removido contra a superfície recém usinada, danificando a qualidade do acabamento superficial. No entanto, os fluidos são suscetíveis à propagação de bactérias e a geração de odor, o que pode causar sérios danos à saúde. Outros diversos prejuízos associados a estes fluidos incluem os custos de aquisição, descarte, manutenção e mão de obra. Manchas na peça ou contaminação também podem ser problemáticas. Para fins de expulsão dos cavacos, as operações de furação requerem o uso de refrigeração no ponto de contato da broca com o material da peça, com o objetivo de ejetar o que for removido do furo. A falta de fluido irá fazer com que os cavacos fiquem aderidos nas paredes do furo e a rugosidade média da superfície usinada pode ficar duas vezes maior em comparação com a operação com refrigeração. A lubrificação na interface entre a ponta da broca e o furo pode levar a uma redução significativa do torque durante a operação.   Em fresamento e torneamento, a transferência de calor da zona de corte para os cavacos removidos é um indicador de características de usinagem positiva. Um bom projeto de geometria de quebra de cavaco possibilita a deflexão de 85% do calor gerado da zona de corte, enquanto o calor restante flui para a peça ou se dissipa na ferramenta. Este fenômeno de geração de calor diminui a vida útil da ferramenta de corte. Durante a operação de usinagem, por exemplo, as arestas de corte tendem a se aquecer e resfriar na medida em que saem da peça usinada. Estas oscilações na temperatura criam uma sequência de expansões e contrações que conduzem a esforço de fadiga e fissuras térmicas. A introdução de fluido lubrificante normalmente torna a situação ainda mais insatisfatória. Um debate que diverge opiniões entre os engenheiros de pesquisa é sobre a área atingida pelo fluido de corte, se realmente age na zona de interface entre o lado inferior do cavaco e a ferramenta. Se atingirem, seu efeito é limitado, resfriando apenas a adjacência de cisalhamento. Esta interação de quente/frio apenas intensifica os gradientes de temperatura e aumenta o choque térmico. Com relação às considerações econômicas, vinte anos atrás, a compra, gerenciamento e o descarte de fluidos lubrificantes eram responsáveis por menos de 3% dos custos de produção. Hoje, as mesmas operações constituem, em média, 16% dos custos de uma peça usinada. Alinhados com esta tendência significativa, e com uma noção de que as ferramentas de corte correspondem a custos relativamente baixos de 3%, em média, pode ser mais lucrativo aceitar uma vida útil da ferramenta um pouco mais curta para compensar a eliminação dos custos de aquisição e manutenção de fluidos lubrificantes. Consequentemente, um número crescente de fabricantes está mudando para soluções de usinagem sem refrigeração ou com pouca refrigeração. A primeira refere-se à usinagem sem nenhum fluido, enquanto que a segunda, também conhecida como usinagem com mínima quantidade de lubrificante (MQL) consiste do menor uso possível de fluido aplicado diretamente na aresta de corte (interna ou externamente).  A usinagem com MQL oferece vaporização do fluido durante o processo, deixando os cavacos secos. Esta prática já foi comprovada em diversos estudos de usinagem em condições de corte muito mais rápidas, podendo ser aplicadas de maneira bem sucedida. Fluidos de refrigeração para ferramentas de corte Fluidos de corte foram empregados na usinagem para potencializar a produtividade e ganharam tal importância, que se tornaram, em muitos processos, essenciais para a obtenção da qualidade exigida nas peças produzidas. Uma análise geral das operações de usinagem, considerando os aspectos ecológicos, pode identificar nestas operações várias fontes agressoras do meio ambiente - entre elas, os fluidos de corte ou fluidos lubri-refrigerantes. Em distintos processos os fluidos são utilizados em grandes quantidades para aumentar a vida das ferramentas e melhorar a qualidade das peças produzidas, conseqüentemente, influindo nos custos industriais. Os fluidos lubri-refrigerantes introduzem uma série de melhorias funcionais e econômicas no processo de usinagem de metais. As melhorias de caráter funcional são aquelas que facilitam o processo de usinagem, conferindo a este um melhor desempenho, com redução do coeficiente de atrito entre a ferramenta e o cavaco, expulsão do cavaco da região de corte, refrigeração da ferramenta, refrigeração da peça em usinagem, melhor acabamento da peça usinada e refrigeração da máquina-ferramenta. Entre as melhorias de caráter econômico distinguem-se: redução do consumo de energia de corte, redução do custo da ferramenta na operação e impedimento da corrosão da peça usinada. Para a obtenção destas melhorias, diversas formas de aplicação e tipos de fluidos de corte são utilizados. Entre os meios auxiliares, os principais métodos utilizados são os de aplicação com fluido em abundância (emulsão) e atualmente também a Mínima Quantidade de Lubrificante (MQL) e a usinagem a seco.