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ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA
COLUNA VERTICAL PERFURADA DE UMA
CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS
Paula Guedes Martins Ferreira
Projeto de Graduação apresentado ao Cursode Engenharia Mecânica da EscolaPolitécnica, Universidade Federal do Rio deJaneiro, como parte dos requisitosnecessários à obtenção do título de
Engenheiro
Orientador: Anna Carla Monteiro de Araújo
Rio de Janeiro
Agosto/2017
ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA COLUNA VERTICAL PERFURADA
DE UMA CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS
Paula Guedes Martins Ferreira
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
________________________________________________Prof. Anna Carla Monteiro de Araujo; DSc
________________________________________________Prof. Fernando Augusto de Noronha Castro Pinto; Dr.Ing.
________________________________________________Prof. Lavinia Maria Sanabio Alves Borges; DSc
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO/2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRODepartamento de Engenharia Mecânica
DEM/POLI/UFRJ
Guedes Martins Ferreira, Paula
Estudo do Processo de Fabricação da Coluna Vertical
Perfurada de uma Centrífuga Separadora de Óleos / Paula
Guedes Martins Ferreira – Rio de Janeiro: UFRJ/ESCOLA
POLITÉCNICA, 2017.
XI, 50p.:il.;29,7cm
Orientadora: Anna Carla Monteiro de Araujo
Projeto de Graduação - UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Mecânica, 2017
Referências Bibliográficas: p.70
1. Estudo de Fabricação 2. Centrífuga Separadora de
Óleos 3. Delineamento de Usinagem I. Monteiro de Araújo,
Anna Carla II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,
Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica III.
Estudo do Processo de Fabricação da Coluna Vertical
Perfurada de uma Centrífuga Separadora de Óleos.
iii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico
ESTUDO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA COLUNA VERTICAL PERFURADA
DE UMA CENTRÍFUGA SEPARADORA DE ÓLEOS
Paula Guedes Martins Ferreira
Agosto/2017
Orientadora: Anna Carla Monteiro de Araujo
Curso: Engenharia Mecânica
Neste trabalho, procurou-se fazer um projeto de fabricação da coluna perfurada deuma centrífuga, avaliando os processos de fabricação e fazendo uma análise completa dosprocessos escolhidos. O objetivo, de avaliar a viabilidade da fabricação da coluna e fazer umaproposta de fabricação para o fabricante, a empresa CENTRIFUGAR, foi atingido.
Foi feita uma exploração do contexto teórico, uma proposta de fabricação,considerando diversos processos de fabricação e, para a usinagem, foi feito o delineamentode cada etapa. O delineamento foi feito de forma bem completa e explicativa. Ao final foifeita uma análise das informações levantadas, com comparação e escolha entre cenários,avaliando potência requerida, rotação e tempo de usinagem, fazendo por fim a escolha de umcenário viável e mais eficiente.
A conclusão alcançada é a definição das etapas que mais consomem tempo emcomparação com as etapas de maior retirada de material. Essa análise nos permite avaliaraonde é mais necessária a otimização do projeto com o objetivo de uma fabricação maiseficiente.
O resultado do delineamento das etapas e das análises foi uma proposta de fabricaçãobastante aprofundada e completa que permite ao fabricante avançar no projeto de produçãode uma nova centrífuga, com inovações para o mercado.
Palavras-chave: Estudo de Fabricação, Centrífuga Separadora de Óleos, Delineamentode Usinagem.
iv
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Mechanical Engineer
STUDY OF THE MANUFACTURING PROCESS OF THE PERFURED VERTICAL
COLUMN OF AN OIL SEPARATORY CENTRIFUGE
Paula Guedes Martins Ferreira
August/2017
Advisor: Anna Carla Monteiro de Araujo
Course: Mechanical Engineering
In this work, we tried to make a design of the perforated column of a centrifuge,evaluating the manufacturing processes and making a complete analysis of the chosenprocesses. The objective of evaluating the feasibility of manufacturing the column andmaking a manufacturing proposal for the manufacturer, the company CENTRIFUGAR, hasbeen reached.
An exploration of the theoretical context was made, a proposal of manufacture,considering several manufacturing processes and, for the machining, the delineation of eachstep was done. The design was done in a very complete and explanatory way. At the end, ananalysis of the information was made, comparing and choosing between scenarios, evaluatingrequired power, rotation and machining time, making the choice of a viable and moreefficient scenario.
The conclusion reached is the definition of the most time-consuming stages comparedto the stages of greater material withdrawal. This analysis allows us to evaluate where theoptimization of the project is most necessary with the objective of a more efficientmanufacturing.
The result of the design of the stages and the analyzes was a proposal of a verythorough and complete manufacturing that allows the manufacturer to advance in theproduction project of a new centrifuge with innovations for the market.
Keywords: Manufacturing Study, Oil Separation Centrifuge, Machining Delineation.
v
Sumário
1 Introdução 1
1.1 Motivação e Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Organização do Trabalho e Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Revisão Bibliográfica 3
2.1 Condições de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Vida da Ferramenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Delineamento da Fabricação 9
3.1 Coluna Perfurada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Avaliação dos Processos de Fabricação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 Etapas do Processo de Usinagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4 Delineamento das Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4.1 Etapa A - Torneamento Cilíndrico Externo . . . . . . . . . . . . 19
3.4.2 Etapa B - Furação do Furo Central . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.3 Etapa C - Torneamento Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . 25
3.4.4 Etapa D - Torneamento Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . 30
3.4.5 Etapa E - Fresamento dos Largos Laterais . . . . . . . . . . . . . 35
3.4.6 Etapa F - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada . . . . . 37
3.4.7 Etapa G - Torneamento Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . 40
3.4.8 Etapa H - Torneamento Cilíndrico Furo . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.9 Etapa I - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada . . . . . . 44
3.4.10 Etapa J - Torneamento Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . . 46
3.4.11 Etapa K - Fresamento dos Rasgos Superiores . . . . . . . . . . . 48
vi
3.4.12 Etapa L - Furação dos Furos Diagonais . . . . . . . . . . . . . . 51
4 Análise dos Processos 54
4.1 Análise Simplificada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.1 Avaliação dos cenários possíveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.1.2 Análise Econômica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 Simulação com CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5 Conclusões 67
5.1 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Bibliografia 70
vii
Lista de Figuras
2.1 Efeito da Velocidade de Corte no Desgaste da Ferramenta - Adaptado de
[Groover, 2010] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1 Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista Isométrica . . . . . . 10
3.2 Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista da seção . . . . . . . . 11
3.3 Desenho de Conjunto da Centrífuga - Esquema de Funcionamento - Reti-
rado de [Bessa, 2015] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.4 Esquema da Fixação I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.5 Esquema da Fixação II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.6 Esquema da Fixação III - Opção 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.7 Esquema da Fixação III - Opção 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.8 Esquema de Usinagem da Etapa A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.9 Ferramenta F11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.10 Esquema de Usinagem da Etapa B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.11 Ferramenta F22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.12 Ferramenta F33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.13 Esquema de Usinagem da Etapa C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.14 Ferramenta F44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.15 Ferramenta F51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.16 Esquema de Usinagem da Etapa E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.17 Ferramenta F66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.18 Esquema de Usinagem da Etapa F . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.19 Ferramenta F55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.20 Esquema de Usinagem da Etapa G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
viii
3.21 Esquema da Etapa H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.22 Esquema de Usinagem da Etapa K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.23 Ferramenta F77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.24 Esquema de Usinagem da Etapa L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.25 Ferramenta F88 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1 Comparação entre cenários - Seção Cônica Inferior . . . . . . . . . . . . 59
4.2 Comparação entre cenários - Seção Cônica Superior . . . . . . . . . . . . 59
4.3 Tempo de Usinagem para cada Etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4 Visulização da Máquina Operatriz - CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.5 Visualização do acoplamento da peça na máquina - CATIA . . . . . . . . 64
4.6 Visualização da tela de funcionamento do software - CATIA . . . . . . . 65
4.7 Simulação da fixação II - CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
ix
Lista de Tabelas
3.1 Tabela Geral de Etapas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Etapa A - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.3 Etapa A - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4 Etapa B1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.5 Etapa B1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.6 Etapa B2.1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.7 Etapa B2.2 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.8 Etapa B2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.9 Etapa C1 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.10 Etapa C1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.11 Etapa C2 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.12 Etapa C2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.13 Etapa C3 - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.14 Etapa C3 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.15 Etapa D - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.16 Etapa D1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.17 Etapa D2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.18 Etapa D3 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.19 Etapa E - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.20 Etapa E - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.21 Etapa F - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.22 Etapa F - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.23 Etapa G1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.24 Etapa G2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
x
3.25 Etapa G3 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.26 Etapa H - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.27 Etapa H - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.28 Etapa I - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.29 Etapa I - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.30 Etapa J - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.31 Etapa J1 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.32 Etapa J2 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.33 Etapa J3 - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.34 Etapa K - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.35 Etapa K - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.36 Etapa L - Parâmetros de Corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.37 Etapa L - Parâmetros Calculados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1 Rotação e Potência Líquida para todas as Etapas . . . . . . . . . . . . . . 56
4.2 Máquinas Operatrizes - Valores Fornecidos . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3 Tempo de Usinagem para cada Etapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.4 Tempo Total de Produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
xi
Capítulo 1
Introdução
1.1 Motivação e Objetivos
No mercado naval, é de grande importância a utilização de centrífugas para a lim-
peza dos resíduos nos óleos navais utilizados nos motores dos navios. A purificação
destes óleos permite reduzir o tempo parado dos motores devido a intervenções mecâni-
cas. Da mesma forma, no maquinário naval é imprescindível o controle das dimensões e
a praticidade nos processos de limpeza e manutenção.
Este projeto final é parte de um grande projeto, elaborado junto a empresa CENTRI-
FUGAR e a FINEP (Financiamento de Estudos e Projetos), para o desenvolvimento de
uma nova centrífuga em parceria com o Departamento de Engenharia Mecânica da UFRJ.
O projeto desta nova centrífuga inova na utilização de uma coluna perfurada para escoa-
mento do óleo separado. Essa coluna perfurada substitui a coluna de pratos, geralmente
usada.
A coluna perfurada permite uma praticidade muito maior na limpeza e manutenção
da centrifuga, pois toda a peça é removida de uma vez e pode ser limpa com facilidade.
A coluna de pratos por outro lado, tem uma montagem e desmontagem complexas, que
aumentam muito o tempo de manutenção. A coluna perfurada apresenta uma inovação
para o projeto como um todo e é o elemento mais complexo de fabricação, pois exige um
estudo particular de sua fabricação e uma alta qualidade do resultado final.
O projeto da FINEP incluiu outras etapas, como o projeto mecânico, desenvolvido
do projeto final de Rafael Bessa [Bessa, 2015] e um primeiro delineamento dos processos
1
de fabricação da coluna perfurada, desenvolvido no projeto PIBIC de iniciação científica
pelos alunos Lucas Begni e José Pedroso [d’Egmont and da Silveira Neto, 2016].
Este projeto de fim de curso tem como objetivo complementar estes trabalhos ante-
riores e visa realizar um delineamento completo das etapas de fabricação da coluna per-
furada, a comparação entre diferentes cenários e entre diferentes processos de fabricação.
Além disso, tem como meta realizar uma análise econômica da fabricação, considerando
os tempos de usinagem, a vida das ferramentas e a quantidade de peças produzidas dos
diferentes cenários.
Nesta análise foi utilizado também o software CATIA como complementação e para
realizar uma avaliação mais ampla e permitir domínio do software para os alunos do curso,
já que se trata de um recurso útil no estudo de usinagem e de projetos mecânicos, sendo
um incremento importante à formação como engenheiro mecânico.
1.2 Organização do Trabalho e Metodologia
Este trabalho se divide em cinco partes. A primeira, no capítulo 1, é uma apresen-
tação do problema, a descrição do objetivo e escopo do trabalho. No seguinte capítulo,
capítulo 2, são descritos os conhecimentos teóricos que serão usados nos capítulos se-
guintes.
Em seguida, no capítulo 3 entramos mais a fundo no trabalho com a definição do
escopo do projeto. Neste capítulo é feita a definição final do escopo, de quais etapas de
fabricação serão consideradas e o delineamento completo da usinagem de cada uma das
etapas, com a escolha de ferramentas e dos parâmetros de corte e a descrição da estratégia.
É feita também a comparação entre os diferentes métodos de fabricação e a justificativa
da escolha entre eles.
No capítulo 4, são feitas as análises após o delineamento da fabricação. Duas for-
mas de análise são feitas: a primeira trata-se de um análise simplificada, com avaliação
dos cenários possíveis e uma análise econômica da fabricação, considerando tempos de
usinagem e uso de ferramentas, entre outros; em seguida, é feita a análise com o uso do
software CATIA. No último capítulo, o capítulo 5, são feitas as conclusões do trabalho.
Com uma avaliação final e indicações para trabalhos futuros.
2
Capítulo 2
Revisão Bibliográfica
Neste capítulo serão desenvolvidos e explorados os conceitos teóricos que serão
aplicados ao longo do trabalho. Aqui serão apresentados conceitos básicos de usinagem
de metais e da teoria de maneira mais detalhada, justificando seu uso e aplicação.
Na seção 2.1 serão apresentados os parâmetros de corte que serão selecionados no
delineamento da usinagem feito no capítulo 3. Aqui será apresentado o equacionamento
de alguns parâmetros, usados também na delineação das etapas, e as justificativas para o
uso destes parâmetros.
Já na seção 2.2, será feita uma apresentação mais detalhada sobre a vida da ferra-
menta, definindo o conceito e expondo a forma que este conceito será aplicado no presente
trabalho.
2.1 Condições de Usinagem
Em cada uma das etapas de fabricação, foram selecionados e calculados alguns
parâmetros relevantes para o processo. Os parâmetros selecionados foram separados em
parâmetros geométricos e parâmetros de corte. Os parâmetros geométricos são diâmetro
de rotação, Dm [mm], comprimento usinado, l [mm] e profundidade de corte, ap [mm] e no
caso do fresamento, a largura fresada, ae [mm].
Os parâmetros de corte são: velocidade de corte, vc [m/mm] e avanço por rotação,
fn [m/rotacao]. Esses são definidos de acordo com o material da peça, da ferramenta e do
tipo de acabamento. No caso do fresamento é importante também um parâmetro definido
3
na escolha da ferramenta: o número efetivo de dentes da fresa, zc. Todos esses parâmetros
são tabelados e foram obtidos nos catálogos de fabricantes de ferramentas.
Já os parâmetros calculados são: rotação, taxa de remoção de material, potência
líquida, tempo de corte e volume de material removido. O equacionamento de cada um
desses parâmetros é descrito nessa seção [Smith, 2008].
A velocidade de rotação, N, é calculada em função da velocidade de corte e do
diâmetro de rotação. Esse parâmetro é um dos fatores limitantes da máquina operatriz, e
indica se a máquina é capaz de suportar as condições de corte de cada etapa. Além disso,
através da rotação podemos calcular o tempo de corte. A equação usada para o cálculo da
rotação do fuso é:
N =vc.1000Π.Dm
(2.1)
A velocidade de avanço, v f [mm/min] representa o movimento da ferramenta com
relação à peça, dependendo do avanço por dente, fz, e do número de dentes da ferramenta,
zc, calculada por:
v f = fz.n.zc (2.2)
A força específica de corte, kc [MPa], no caso da furação, que deve ser calculada de
acordo com a equação abaixo [Klocke, 2011]:
kc = kc1.( fz.sinκr)−mc .(1− γ0
100) (2.3)
Na equação 2.3, kc1 e mc são constantes do material da peça e κr, fz e γ0 são cons-
tantes que dependem da geometria da broca e são fornecidas no catálogo do fabricante da
ferramenta.
A taxa de remoção de material, Q [mm3/min], é um parâmetro que indica a efici-
ência daquela operação, indicando a quantidade material que é removido por minuto. A
taxa de remoção de material é função da velocidade de corte, da profundidade de corte
e do avanço por rotação. A taxa Q é calculada segundo a equação 2.4 para torneamento,
segundo a equação 2.5 para furação e segundo a equação 2.6 para o fresamento.
4
Q = vc.ap. fn (2.4)
Q =vc.ap. fn
4(2.5)
Q =ap.ae.v f
1000(2.6)
A potência líquida, Pc, assim como a rotação é um dos fatores usados para avaliar
a viabilidade de operação de cada etapa, pois também é um dos fatores limitantes das
máquinas operatrizes. A potência líquida é função dos quatro parâmetros de corte, velo-
cidade de corte, profundidade de corte, avanço por rotação e força específica de corte. A
potência líquida é calculada segundo a equação 2.7 para torneamento, segundo a equação
2.8 para furação e segundo a equação 2.9 para fresamento.
Pc =vc.ap. fn.kc
60.103 (2.7)
Pc =vc.ap. fn.kc
240.103 (2.8)
Pc =ap.ae.v f .kc
60.106 (2.9)
O tempo de corte, tc, por sua vez, é um dos fatores mais relevantes a ser calculado.
O tempo de corte é um dos principais fatores quando se avalia a viabilidade econômica
da usinagem, já que é através dele que se adquire a quantidade de peças feita por minuto,
em cada etapa.
O tempo de corte, junto com a vida da ferramenta, permite também indicar quantas
peças podem ser fabricadas ao longo da vida de uma ferramenta, o que também é um fator
econômico muito relevante. tc é dado pela equação 2.10, abaixo. No caso do fresamento,
a equação para o tempo de corte é dada pela equação 2.11.
tc =l
fn.n(2.10)
5
tc =l
v f(2.11)
Por último, o volume de material removido, Vr mm3, é um parâmetro útil na com-
paração entre cenários possíveis para a mesma etapa, ou entre diferentes condições de
corte, pois permite avaliar o objetivo final da usinagem, que é a remoção de material. O
volume de material removido pode ser calculado em função do tempo de corte e a taxa de
remoção de material, conforme a equação 2.12:
Vr = tc.Q (2.12)
Esses cinco parâmetros serão calculados para cada etapa no delineamento das etapas
feito na seção 3.4 e serão úteis na comparação entre diferentes cenários e na avaliação de
viabilidade das etapas, feita posteriormente nesse trabalho.
2.2 Vida da Ferramenta
Na usinagem, os grandes esforços e temperaturas criam um ambiente severo para
as ferramentas. As forças de corte, as altas temperaturas e o contínuo atrito na aresta de
corte levam ao desgaste da ferramenta fazendo que elas tenham um tempo de útil de vida
limitado.
Esse tempo útil é a vida da ferramenta, definida como o tempo de corte em que
a ferramenta pode ser usada. Em um ambiente de produção, a ferramenta não deve ser
usada até a sua falha completa, mas até quando a superfície de corte atingir o limite do
critério estabelecido. A norma determina que a vida da ferramenta é o tempo em que a
ferramente é usada até atingir um valor específico, por exemplo, de 5mm do desgaste de
flanco (VB).
Diferentes parâmetros de corte levam a diferentes esforços e temperaturas durante
a usinagem, portanto, a vida da ferramenta é função não só das características da ferra-
menta, mas também dos parâmetros de corte.
Quando uma ferramenta chega ao fim de sua vida útil, é necessário que ela seja
removida, e substituída. Caso isso não seja feito no tempo adequado, corre-se o risco de
perda de qualidade na usinagem e aumento dos esforços e temperaturas. Essa reposição
6
da ferramenta, porém, aumenta os custos da produção, pois exige que o processo seja
interrompido durante algum tempo. A substituição da ferramenta exige a compra de novas
ferramentas e uma nova afiação da ferramenta usada, o que obviamente demanda tempo
e custo.
Sendo assim, é de muita importância a atenção a este parâmetro no planejamento
da fabricação. É importante avaliar como cada um dos parâmetros de corte influencia a
vida da ferramenta, para que eles sejam ajustados da maneira que permita uma produção
mais econômica em custo e tempo.
Na figura 2.1, [Groover, 2010], observa-se como a velocidade de corte influencia
diretamente na vida da ferramenta. Quanto maior a velocidade, menor o tempo em que a
ferramenta é usada até que alcance o limite de desgaste de flanco estabelecido. Na figura,
por exemplo, com a velocidade de corte de 100m/min, a vida da ferramenta foi de 41min
enquanto que com 160m/min, ela foi de 5min apenas.
Figura 2.1: Efeito da Velocidade de Corte no Desgaste da Ferramenta - Adaptado de
[Groover, 2010]
A equação de Taylor relaciona a velocidade de corte com a vida da ferramenta, Tv
[min], está apresentada na equação 2.13 [Smith, 2008]. Os coeficientes da equação de
Taylor são n e C, constantes cujos valores dependem do material da peça, da ferramenta
7
e do critério de vida da ferramenta usado e podem depender também do avanço e da
profundidade de corte.
vc.T nv =C (2.13)
Embora a equação de Taylor coloque a relação entre velocidade de corte e vida da
ferramenta de maneira bem simples, o seu uso é limitado pelas constantes n e C. Como
essas constantes são dependentes de muitos parâmetros, em muitos casos seus valores não
estão disponíveis. O cálculo dessas constantes pode ser feito em testes que mantenham
as mesmas condições de corte, variando apenas a velocidade de corte e obtendo a vida
da ferramenta para cada velocidade. Dessa forma, as contantes podem ser obtidas, mas
apenas para aqueles parâmetros de corte estabelecidos.
Como esse tipo de teste não faz parte do escopo desse trabalho, e como são escassas
as referências para as contantes de Taylor para sistemas de ferramentas modernos, com
o uso de pastilhas, a avaliação da vida da ferramenta será feito de maneira qualitativa.
Essa avaliação irá considerar a influência da velocidade de corte na vida da ferramenta,
na comparação entre diferentes cenários.
8
Capítulo 3
Delineamento da Fabricação
Neste capítulo será feita a definição do projeto, delimitando o escopo deste trabalho
e definindo as etapas de fabricação que serão executadas. Em primeiro lugar, é analisado
o elemento coluna perfurada no projeto mecânico da centrífuga vertical, explicando sua
função e uso no projeto.
Em seguida, iremos comparar o processo de usinagem com outros processos de
fabricação como fundição e manufatura aditiva. Explicando os benefícios e prejuízos de
cada processo e justificando nossa escolha pela usinagem.
Por fim, será feita a descrição minuciosa das etapas e o planejamento da usinagem,
justificando as escolhas das ferramentas, as estratégias de fabricação, os parâmetros de
corte e os métodos de fixação. Neste capítulo serão levantados também os diferentes
cenários de usinagem, com estratégias e parâmetros de corte diferentes. Para possibilitar
a análise das etapas e a comparação entre estes cenários, neste capítulo serão feitos os
cálculos de usinagem, como potência requirida, tempo de corte e volume removido.
3.1 Coluna Perfurada
Nessa seção, será feita uma descrição rápida da peça de qual será feito o estudo. A
coluna perfurada é uma das peças mais complexas da centrífuga, e o fato da peça apresen-
tar furos diagonais para o escoamento dos fluidos e reentrâncias para a montagem e para
o escoamento torna a peça uma escolha interessante para o planejamento da fabricação.
Nas figuras 3.1 e 3.2 são apresentados os desenhos técnicos da coluna para o enten-
9
dimento da peça, suas dimensões e seus elementos. É importante pontuar que a peça é
fabricada em Aço Inoxidável AISI 316.
Figura 3.1: Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista Isométrica
Na figura 3.2 é possível observar os elementos que constituem a coluna e que serão
estudados nesse trabalho: um furo central; duas seções cônicas, uma inferior uma supe-
rior; quatro seções escalonadas internas; quatro rasgos laterais; quatro rasgos superiores;
e os 88 furos diagonais, dispostos em 22 grupos de quatro.
10
Figura 3.2: Desenho Esquemático da Coluna Perfurada - Vista da seção
Na figura 3.3 podemos ver parte do desenho de conjunto da centrífuga com um
esquema de funcionamento, mostrando o uso da coluna perfurada. A centrífuga tem como
objetivo separar o óleo da água através da força centrífuga e da diferente densidade dos
dois líquidos. Com a rotação da centrífuga, o líquido mais pesado, a água e os detritos,
são arremessados para fora e separado do óleo, de menor densidade.
A coluna perfurada cumpre justamente o papel de escoar esse óleo separado para
saída. O óleo flui pelos furos diagonais, subindo pela centrífuga. Os demais elementos
mecânicos da coluna tem o papel de encaixe com as outras peças da centrífuga.
11
Figura 3.3: Desenho de Conjunto da Centrífuga - Esquema de Funcionamento - Retirado
de [Bessa, 2015]
3.2 Avaliação dos Processos de Fabricação
Para a fabricação da coluna, alguns processos podem ser considerados, seja para
fabricação total ou parcial. Além da usinagem, fabricação por manufatura aditiva e por
fundição são dois exemplos de tais processos.
Manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, poderia ser um pro-
12
cesso considerado para a fabricação dessa peça. Como a peça tem algumas reentrâncias
e elementos complexos, a manufatura permitiria a fabricação dessa peça sem as preo-
cupações de fixação ou acesso das ferramentas. A fabricação dos furos diagonais, por
exemplo, seria facilitada imensamente nesse processo.
Além disso, a manufatura aditiva hoje já está desenvolvida de forma a permitir boas
qualidade mecânicas que possibilitam a fabricação de peças em ambiente de produção. A
grande dificuldade hoje em relação a esse processo, porém, são os altíssimos custos de
manufatura aditiva em metal, principalmente em aço inoxidável. Numa pesquisa rápida,
só foi encontrada uma empresa, na Noruega, que fabrica peças com o material utilizado
nesse caso.
Por outro lado, é possível o uso da manufatura aditiva para a fabricação de protóti-
pos em outros materiais, de preço mais baixo, como polímeros. Esses protótipos podem
permitir um conhecimento melhor da geometria da peça e inclusive facilitar o planeja-
mento da peça em ambiente de produção.
Outro processo de fabricação que também deve ser considerado é a fundição. De-
vido as reentrâncias presentes na peça, como as seções escalonadas, os rasgos e os furos
pequenos, não é possível a fabricação total da peça por fundição. Porém, é possível com-
binar fundição e usinagem, realizando a usinagem em um bruto de fundição, que já fosse
fabricado com o furo central e as seções cônicas, por exemplo.
A combinação entre esses dois processos, permite uma redução grande na perda de
material durante a usinagem. As etapas de usinagem do furo central e das seções cônicas
são as que apresentam maior perda de material e que demandam maior potência e tempo
para realização. A combinação entre os dois processo poderia prevenir esses problemas,
deixando a usinagem apenas para o acabamento desses elementos e para a fabricação dos
outros elementos, mais complexos.
Por outro lado, o processo de fundição não garante qualidades de material tão boas
quanto a usinagem a partir da barra. A fundição pode gerar regiões de densidade menor
dentro de uma mesma peça, o que é bastante negativo, principalmente no caso de peças
rotativas.
Sendo assim, a maneira mais viável de fabricação dessa peça é a usinagem, já que
combina qualidade no acabamento e nas propriedades mecânicas da peça e eficiência
13
econômica. De qualquer forma, essas são apenas ponderações iniciais sobre o uso de
outros processos. Principalmente no caso da combinação entre fundição e usinagem,
pode ser realizada uma análise mais quantitativa e profunda. Além disso, o mercado de
manufatura aditiva tem se desenvolvido em grande velocidade, levando a aumento da
demanda e redução de custos, portanto deve ser também um ponto de atenção.
3.3 Etapas do Processo de Usinagem
Para realizar um planejamento da fabricação, devemos definir as etapas de usinagem
que serão feitas, considerando as possibilidades de fixação, a qualidade final da peça,
as limitações da máquina operatriz e a viabilidade econômica, considerando o tempo
de fabricação e o gasto ferramental, portanto considerando a vida das ferramentas e a
intercambialidade das ferramentas.
O primeiro passo é definir a geometria da matéria prima (bruto) a partir de qual a
usinagem será desenvolvida. Foi selecionada uma barra circular de 254mm (10 polegadas)
de diâmetro.
Após a seleção do bruto, é necessária a definição de quais parte da peça será feito o
planejamento mais completo da fabricação. A definição das etapas será feita através dos
sete elementos que temos na peça: o furo central, a seção cônica inferior, a seção cônica
superior, seção escalonada, os rasgos laterais, os rasgos superiores e os furos diagonais.
Para os rasgos laterais e superiores e para os furos diagonais, uma etapa de fresa-
mento ou furação é suficiente, pois já se atinge o nível de acabamento necessários, sendo
feitas 3 etapas. Os outros elementos, porém, demandam uma etapa prévia de desbaste,
seguida de uma etapa de acabamento, contabilizando 8 etapas. Além disso, é necessá-
rio também o torneamento externo do bruto para alcançar o diâmetro externo necessário.
Com essa última etapa, totalizam se 12 etapas.
Sabendo que a fixação da peça é algo que toma bastante tempo da produção, e
buscando reduzir esses tempos parados ao máximo, foram definidas três etapas globais de
usinagem com três fixações da peça usinada. A ordem entre etapas também foi definida de
maneira que minimizasse os tempos de fixação, colocando as etapas da mesma fixação em
sequência e possibilitando apenas duas trocas de fixação durante o processo de fabricação.
14
As três fixações são:
I. Fixação superior da Coluna - Nessa primeira fixação, a coluna será fixada pela sua
parte superior, com castanhas, ficando na sua posição horizontal e girando em torno
do seu eixo.
Nessa etapa serão realizados os três primeiros processos: usinagem externa da barra
(A), furação do furo central (B) e a usinagem interna da seção cônica inferior (C e D)
e o fresamento dos rasgos laterais (E). Na figura 3.4 está representado um esquema
dessa fixação, com as castanhas de fixação representadas em preto.
Figura 3.4: Esquema da Fixação I
II. Fixação inferior da Coluna - Da mesma forma que na primeira fixação, a coluna
agora será fixada pela sua parte inferior, mas continuará na posição horizontal e
girando em torno do seu eixo.
Nessa segunda fixação serão realizadas as etapas de usinagem da parte superior da
coluna, ou seja, o acabamento interno do furo central (H), as seções escalonadas
(F e I), a usinagem da seção cônica superior (G e J) e serão fresados também os
rasgos superiores da coluna (K). Da mesmas forma, na figura 3.5 está representado
um esquema dessa fixação.
15
Figura 3.5: Esquema da Fixação II
III. Fixação oblíqua - Por último, é necessária a fixação da coluna a 45 graus para rea-
lização dos 88 furos diagonais, com diâmetro de 10mm (L). Dessa forma é possível
o posicionamento vertical da broca para realização dos furos. Nas figuras 3.6 e 3.7
estão representadas duas opções de fixação para essa etapa, com os elementos de
fixação representadas em preto e a base em cinza.
16
Figura 3.6: Esquema da Fixação III - Opção 1
Figura 3.7: Esquema da Fixação III - Opção 2
Da mesma forma que na definição das fixações, para a ordem das etapas também
se buscou diminuir o tempo parado devido a troca de ferramentas, colocando etapas que
usassem a mesma ferramenta em sequência. Chegamos assim, na sequência de etapas
apresentada na tabela 3.1. Nela estão presente a fixação, a letra que define cada etapa, a
descrição, o nível de acabamento e se se trata de uma usinagem interna ou externa. Essa
tabela servirá de referência para o uso da letra que define cada etapa.
17
Fixação Etapa Descrição Nível de Acabamento Lado
I A Torneamento Cilíndrico Externo Desbaste Externo
I B Furação do Furo Central Desbaste Interno
I C Torneamento Seção Cônica Inferior Desbaste Interno
I D Torneamento Seção Cônica Inferior Acabamento Interno
I E Fresamento Rasgos Laterais Acabamento Externo
II F Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada Desbaste Interno
II G Torneamento Seção Cônica Superior Desbaste Externo
II H Torneamento Cilíndrico Furo Acabamento Interno
II I Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada Acabamento Interno
II J Torneamento Seção Cônica Superior Acabamento Externo
II K Fresamento Rasgos Superiores Acabamento Externo
III L Furação dos Furos Diagonais Acabamento Externo
Tabela 3.1: Tabela Geral de Etapas
3.4 Delineamento das Etapas
Nas seções seguintes serão descritas as etapas, incluindo a estratégia, o número de
passes e a profundidade de corte. Serão descritos também os possíveis diferentes cenários
dentro de uma mesma etapa e escolhidas as ferramentas e os parâmetros de corte. Para
cada uma das etapas serão calculados os parâmetros descritos na seção 2.1.
Para a escolha das ferramentas e definição dos parâmetros de corte, foram usados
os catálogos [Sandvik-Coromant, 2015a] e [Sandvik-Coromant, 2015b]. Esse fabricante
foi escolhido por ter uma vasta gama de opções de ferramental e por disponibilizar de
maneira ampla seus catálogos e informações. Não somente os catálogos usados neste
trabalho estão disponíveis no site do fabricante, como também muitas informações sobre
seleção de ferramentas e definições técnicas.
18
3.4.1 Etapa A - Torneamento Cilíndrico Externo
A primeira etapa da usinagem é o torneamento cilíndrico externo da peça. Essa é
uma etapa que pode ser realizada em qualquer uma das fixações mas é importante que
seja a primeira, pois ela que permite a definição do diâmetro externo da peça e permite a
realização das etapas externas seguintes.
Na figura 3.8 está representada a etapa, com o contorno indicando aonde será feita
a usinagem. O objetivo dessa etapa é a redução do diâmetro inicial do bruto de 254mm
para o diâmetro final de 252mm. Nessa etapa, a estratégia é simples e será feito um passe
longitudinal, com uma profundidade de corte igual a 1mm, reduzindo 2mm no total do
diâmetro.
Figura 3.8: Esquema de Usinagem da Etapa A
A escolha da ferramenta foi feita pelo sistema T-Max P que é otimizado para tor-
neamento externo. Devido a pequena profundidade de corte de 1mm o processo pode ser
tratado como um processo de acabamento. Para a seleção da pastilha, foi considerado
o formato padrão para esse processo, o formato rômbico, e um tamanho intermediário
entre os disponíveis para a classe de dureza de material desejada, sendo assim a pastilha
escolhida foi a de código CNMG 12 04 08-MF.
O suporte selecionado é um suporte de fixação rígida, haste comum e um tamanho
intermediário. O suporte escolhido é o de código DCBNR/L 2525M 12. Para futuras
19
referências internas, esse cojunto de ferramenta será chamado de F11, onde o primeiro
dígito indica o suporte e o segundo dígito indica a pastilha. As imagens do suporte e
pastilha escolhidos estão apresentados na figura 3.9.
(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado
Figura 3.9: Ferramenta F11
Após escolhida a pastilha, e sabendo a profundidade de corte, podemos obter o valor
recomendado de avanço por rotação e a partir deste, o valor da velocidade de corte e da
força de corte específica. Todos esses parâmetros de corte estão apresentados na tabela
3.2. De posse desses valores, podemos calcular os parâmetros indicados nas equações da
seção 2.1. Os valores calculados desses parâmetros estão na tabela 3.3.
Estratégia Longitudinal
Passes 1
Ferramenta F11
Profundidade de Corte (ap) [mm] 1
Avanço ( fn) [mm/rot] 0,2
Velocidade de Corte (vc) [m/min] 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2] 1800
Tabela 3.2: Etapa A - Parâmetros de Corte
20
Etapa N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [cm3]
A 363 58,00 1,74 188 182
Tabela 3.3: Etapa A - Parâmetros Calculados
3.4.2 Etapa B - Furação do Furo Central
A segunda etapa do processo é a furação do furo central. Essa é uma das etapas mais
robustas do processo, aonde é retirada uma grande parcela de material. Dessa forma, é
também uma etapa que demanda alta potência da máquina operatriz, o que inclusive pode
ser um limitante. Somente após a realização dessa etapa que se pode fazer a usinagem dos
elementos internos da peça, então essa deve ser uma das primeiras etapas a ser realizada.
Na figura 3.10 está representada a etapa, com o contorno representando a parte a
ser usinada. O furo final da peça deve ter 80,3mm de diâmetro, porém, como é necessário
que hajam duas etapas, uma de furação, de desbaste e uma de acabamento, através do
torneamento, o furo feito na furação deve ser menor. Será feito então um furo de 77mm e
os 3,3mm restantes serão retirados numa etapa seguinte.
Figura 3.10: Esquema de Usinagem da Etapa B
A primeira preocupação ao delinear essa etapa é a viabilidade de se fazer a etapa
toda em apenas um furo central de 77mm de diâmetro. Hoje já estão disponíveis no
21
mercado brocas deste diâmetro e que furam em uma profundidade de até 5 vezes o seu
diâmetro, portanto o limitante da estratégia de realizar a etapa em apenas um furo não é o
ferramental.
Porém, a realização de uma furação em cheio com diâmetro tão grande iria de-
mandar uma grande potência da máquina operatriz, que talvez não estivesse disponível
ou não fosse economicamente viável. Sendo assim, serão analisados dois cenários para
esta etapa: o primeiro, com um furação em cheio de 77mm; e um segundo, com uma
pré-furação com metade do diâmetro, seguida de uma furação final com o diâmetro de
77mm.
Prosseguindo para a seleção da ferramenta para primeiro cenário, que será nomeado
B1, temos que a solução fornecida para o fabricante é o sistema CoroDrill 880 com diâ-
metro grande que é uma broca com quatro pastilhas intercambiáveis. Para este sistema,
deve ser escolhido o suporte e as pastilhas que são usadas.
O suporte é escolhido em função do diâmetro e da profundidade do furo. Os su-
portes são fornecidos em duas profundidades de três ou de quatro vezes o diâmetro.
Como a profundidade do furo é menor que três vezes o diâmetro, o menor suporte,
880-D0770L50-03, será selecionado. Além disso, as pastilhas padrão para este suporte
também são selecionadas: pastilha central, 880-07 04 06H-C-LM; pastilhas internas e
periféricas, 880-07 04 W10H-P-LM. Para referência interna, esse conjunto de suporte e
pastilhas será chamado F22. As pastilhas e suporte selecionados estão apresentados na
figura 3.11.
(a) Pastilha Central Selecionada (b) Pastilha Periférica Selecio-
nada
(c) Suporte Selecionado
Figura 3.11: Ferramenta F22
Como a potência líquida é um limitante, os parâmetros de corte selecionados são
os que levam ao menor valor de potência, dentro dos limites indicados pelo catálogo. Os
22
parâmetros de cortes estão apresentados na tabela 3.4, sendo o valor de força de corte
específica calculado através da equação 2.3. Os parâmetros calculados a partir desses
parâmetros de corte estão na tabela 3.5.
Estratégia: Furação em cheio
Passes: 1
Ferramenta: F22
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 77
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,07
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 115
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 2972
Tabela 3.4: Etapa B1 - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
B1 228 475 154,96 7,68 411 1.061,71
Tabela 3.5: Etapa B1 - Parâmetros Calculados
Agora, comparativamente, deve se delinear a etapa com pré-furação, chamada aqui
de B2. A etapa B2 consiste em duas sub-etapas uma furação em cheio, a pré-furação,
B2.1 e a segunda etapa de furação após o furo inicial, B2.2. Para B2.1 é necessário definir
o diâmetro do furo, a ferramenta usada e os parâmetros de corte.
A solução mais simples é que a etapa B2.1 tenha um diâmetro que seja metade do
furo total, portanto foi escolhido o valor de 40mm para o diâmetro de B2.1. Como não
é necessário uma furação precisa, já que se trata de uma pré-furação, foi selecionado o
sistema de ferramenta Corodrill 880.
Para uma broca de 40mm, porém, a maior profundidade de furo possível são 160mm,
logo seriam necessários dois passes de furação. Caso fosse imposta uma furação em ape-
nas um passe, teria que se usar uma broca de 57mm. Nesse caso, porém, não haveria uma
redução grande da potência necessária, que é o que se está tentando reduzir de B1 para
B2. Dessa forma, serão mantidos dois passes de 114mm de profundidade e uma broca de
40mm de diâmetro.
23
Nesse cenário, o suporte escolhido é o de código 880-D4000L40-03, que requer a
escolha de duas pastilhas, uma periférica, 880-07 04 W06H-P-GM e uma central, 880-07
04 06H-C-GM. Para referência interna, esse conjunto ferramental será chamado de F33 e
o seu suporte e pastilhas estão apresentados na figura 3.12. Da mesma forma que em B1,
os parâmetros de corte são escolhidos para minimizar a potência líquida e estão indicados
na tabela 3.6.
(a) Pastilha Central Selecionada (b) Pastilha Periférica Selecio-
nada
(c) Suporte Selecionado
Figura 3.12: Ferramenta F33
Estratégia: Furação em cheio
Passes: 2
Ferramenta: F33
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 40
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,06
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 115
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 3070
Tabela 3.6: Etapa B2.1 - Parâmetros de Corte
Para a sub-etapa B2.2, o diâmetro é o mesmo da etapa B1, portanto a ferramenta e os
parâmetros de corte serão os mesmos. A única diferença está no cálculo da profundidade
de corte que é o equivalente ao diâmetro do furo completo menos o diâmetro do pré-furo.
Os parâmetros de corte estão na tabela 3.7 e os parâmetros calculados para a etapa B2
completa estão apresentados na tabela 3.8.
24
Estratégia: Com pré-furação
Passes: 1
Ferramenta: F22
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 37
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,07
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 115
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 2972
Tabela 3.7: Etapa B2.2 - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
B2.1.1 114 915 69,00 3,53 125 143,26
B2.1.2 114 915 69,00 3,53 125 143,26
B2.2 228 475 74,46 3,69 411 510,17
TOTAL 660 796,69
Tabela 3.8: Etapa B2 - Parâmetros Calculados
3.4.3 Etapa C - Torneamento Seção Cônica Inferior
Outra etapa de grande robustez no processo é o torneamento da seção cônica. Junto
com a furação, este é um dos processos de maior remoção de material e de mais intenso
desbaste. Essa é uma das etapas na fixação I, quando a peça é fixada por sua parte superior,
portanto, realizada logo após a furação do furo central.
Essa etapa consiste na remoção de material do cone inferior interno, e a melhor es-
tratégia é a realização de sub-etapas longitudinais que vão deixando pequenos degraus na
seção cônica. Esses degraus serão removidos no acabamento, feito em seguida. Conforme
as sub-etapas vão sendo realizadas, maior é o diâmetro de rotação e menor o comprimento
usinado, como se pode ver nas setas esquematizadas na figura 3.13.
Nessa etapa de desbaste, o mais importante é uma alta taxa de remoção de mate-
rial e conforme mostrado na equação 2.4, isso será alcançado com valores altos para os
parâmetros de corte. Entre os parâmetros de corte, o que permite a maior variação é a
25
Figura 3.13: Esquema de Usinagem da Etapa C
profundidade de corte, logo maximizando este parâmetro, iremos alcançar uma alta taxa
de remoção.
Essa alta taxa de remoção, porém, implica em altos valores de potência requerida
pela máquina operatriz, que podem não ser oferecidos por um torno comum. Dessa forma,
alguns cenários de parâmetros de corte serão avaliados para esta etapa, um primeiro com
alta profundidade de corte, e por consequência alta potência, e outros dois, com valores
mais moderados para os parâmetros de corte. A ferramenta e a estratégia de usinagem por
degraus se manterão para todos os cenários.
No primeiro cenário a avaliação será feita para a maior profundidade de corte pos-
sível. Para o material usinado e dentro das ferramentas disponíveis, o maior valor dispo-
nível é 11,4mm, que exige 7 passes para a conclusão da etapa. A ferramenta que alcança
esse valor é a pastilha CNMG 19 06 12-MR1), do mesmo sistema T-Max P e com o su-
porte A50U-PCLNR/L 19. Esse conjunto de pastilha e suporte será nomeado F44 e está
mostrado na figura 3.14.
Assim como nas etapas anteriores, para este primeiro cenário, serão selecionados
alguns parâmetros de corte e calculados os parâmetros restantes, incluindo a potência
líquida, para cada uma das sub-etapas e os valores totais. Os parâmetros de corte estão na
tabela 3.9 e os parâmetros calculados na tabela 3.10.
26
(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado
Figura 3.14: Ferramenta F44
Estratégia: Longitudinal
Passes: 7
Ferramenta: F44
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 11.4
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0.35
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 240
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.9: Etapa C1 - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
C1.1 74,5 77,0 992
957,60 28,73
13 205
C1.2 63,1 99,8 765 14 226
C1.3 51,7 122,6 623 14 227
C1.4 40,3 145,4 525 13 210
C1.5 28,9 168,2 454 11 174
C1.6 17,5 191,0 400 8 120
C1.7 6,1 213,8 357 3 47
TOTAL 76 1208
Tabela 3.10: Etapa C1 - Parâmetros Calculados
27
Como já se pode observar na tabela 3.10, os valores de potência líquida requeridos
pela etapa C1 são bem altos. No segundo cenário para esta etapa, C2, o objetivo é reduzir
a potência requerida até valores mais moderados, mas reduzindo o mínimo possível a
profundidade de corte, mantendo assim uma quantidade pequena de etapas.
Os outros dois parâmetros de corte que podemos reduzir para reduzir a potência são
o avanço e a velocidade de corte. Porém, para manter a qualidade da usinagem, não é
possível reduzir ambos ao mesmo tempo. Como o valor do avanço pode ser variado de
uma forma que tem mais impacto sobre a potência, no cenário C2, iremos minimizar este
valor usando o menor valor disponível para o material usinado, 0,20mm/rot.
Com este valor de avanço, podemos chegar a uma profundidade de corte de 6,3mm
e concluir a etapa em 12 passes, mantendo a potência de corte abaixo de 11kW. Os pa-
râmetros de corte selecionados para esse cenário estão na tabela 3.11 e os parâmetros
calculados na tabela 3.12.
Estratégia: Longitudinal
Passes: 12
Ferramenta: F44
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 6.3
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0.2
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.11: Etapa C2 - Parâmetros de Corte
28
Etapa l [mm] Dm [mm] n [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
C2.1 74,5 77,0 1199
365,40 10,96
19 114
C2.2 68,2 89,6 1030 20 121
C2.3 61,9 102,2 903 21 125
C2.4 55,6 114,8 804 21 126
... ...
C2.9 24,1 177,8 519 14 85
C2.10 17,8 190,4 485 11 67
C2.11 11,5 203,0 455 8 46
C2.12 5,2 215,6 428 4 22
TOTAL 190 1160
Tabela 3.12: Etapa C2 - Parâmetros Calculados
Pela tabela 3.12 já é possível perceber que o cenário C2 permite uma grande redução
na potência líquida, como esperado. Porém, no cenário C2 a velocidade de corte é bastante
alta, para compensar a redução do avanço. Com discutido na seção 2.2, a velocidade de
corte é fortemente relacionada ao desgaste da ferramenta e uma alta velocidade de corte
é bastante responsável pela redução da vida útil da ferramenta.
Dessa forma, no cenário C3 serão escolhidos parâmetros de corte que permitam
uma redução da velocidade, mas que ainda mantenham uma alta profundidade de corte,
que permita poucos passes. Sendo assim, o valor escolhido para a velocidade de corte é
215m/min. Com este valor de velocidade, a profundidade de corte a que chegamos é de
4.2mm, permitindo a conclusão da etapa em 18 passes.
Para este cenário, os parâmetros de corte estão disponíveis na tabela 3.13 e os re-
sultados dos cálculos dos parâmetros, assim como os valores finais da etapa para este
cenário, estão na tabela 3.14.
29
Estratégia: Longitudinal
Passes: 18
Ferramenta: F44
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 4.2
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0.4
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 215
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.13: Etapa C3 - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] Dm [mm] n [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
C3.1 74,5 77 889
361,20 10,84
13 76
C3.2 70,3 85,4 801 13 79
C3.3 66,1 93,8 730 14 82
C3.4 61,9 102,2 670 14 83
... ...
C3.15 15,7 194,6 352 7 40
C3.16 11,5 203 337 5 31
C3.17 7,3 211,4 324 3 20
C3.18 3,1 219,8 311 1 9
TOTAL 190 1142
Tabela 3.14: Etapa C3 - Parâmetros Calculados
3.4.4 Etapa D - Torneamento Seção Cônica Inferior
A próxima etapa da fixação I é o acabamento interno da seção cônica inferior. Essa
etapa é necessariamente feita em seguida ao desbaste da seção, quando a maior parte do
material já foi removido. A parte a ser usinada esta representada na figura 3.13, pois é a
mesma da etapa C.
A estratégia de corte usada nesta etapa também é a mesma da etapa anterior, com o
torneamento longitudinal por degraus. Como se trata de uma etapa de acabamento, porém,
30
os pequenos degraus que restarem após essa etapa serão praticamente imperceptíveis.
Além disso, diferentemente da etapa anterior, nessa etapa a usinagem será feita somente
nos degraus que restaram após a realização da etapa C.
Como na etapa C foram realizados três cenários diferentes, C1, C2 e C3, os degraus
restantes após cada cenário também variam. A proposta para a etapa atual é que se calcu-
lem também 3 cenários já que o material a ser removido em cada uma deles varia. Dessa
forma, poderemos avaliar qual do conjunto de cenários é mais econômico, entre C1 e D1,
C2 e D2 e C3 e D3.
Para esses três cenários, D1, D2 e D3, os parâmetros de corte serão os mesmos,
porém como o volume de material a ser retirado varia, o número de passes também muda
de um cenário para outro.
Nos três cenários, trata-se de um processo de acabamento, portanto a profundidade
de corte escolhida é de 0,4mm. Visando a redução de custo ferramental, a pastilha usada
para este processo pode ser a mesma usada na etapa A, pois já se trata de uma pastilha
para acabamento.
A escolha do suporte também será feita visando a economia ferramental, usando um
suporte que possa ser usado posteriormente, no processo F, que exige um suporte com um
grande comprimento útil. Dessa forma, o suporte escolhido é o suporte A40T-DCLNR/L
12. Este conjunto suporte e pastilha será nomeado F51. Não é possível escolher o mesmo
suporte escolhido para a etapa C, devido ao tamanho da pastilha. Como a pastilha usada
na etapa C é bem maior do que a usada na etapa D, o suporte não pode ser o mesmo para
ambas etapas. Na figura 3.15 está apresentado o conjunto F51, sendo a pastilha a mesma
usada na etapa A.
Com a escolha do conjunto de ferramenta, podemos selecionar os parâmetros de
corte, que estão apresentados na tabela 3.15.
31
(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado
Figura 3.15: Ferramenta F51
Estratégia: Longitudinal
Ferramenta: F51
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 0,4
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,2
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.15: Etapa D - Parâmetros de Corte
Agora para o cálculo dos parâmetros, é necessário avaliar os 3 cenários. O cenário
D1 é a continuação do cenário C1, portanto nele serão usinados os 7 degraus de 11,4mm
e mais o oitavo degrau de 6,1mm obtidos no cenário C1. Dessa forma, temos 211 passes,
que variam em comprimento usinado e diâmetro de rotação. A tabela com os parâmetros
calculados para esses passes é a tabela 3.16.
32
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
D1.1 11,0 77,0 1199
23,20 0,70
2,75 1
D1.2 10,6 77,8 1187 3 1
D1.3 10,2 78,6 1174 3 1
D1.4 9,8 79,4 1163 3 1
... ...
D1.208 1,3 245,4 376 1 0
D1.209 0,9 246,2 375 1 0
D1.210 0,5 247,0 374 0 0
D1.211 0,1 247,8 373 0 0
TOTAL 578 223
Tabela 3.16: Etapa D1 - Parâmetros Calculados
Para a etapa D2, os resultados estão apresentados na tabela 3.17. Essa etapa é a
continuação da etapa C2, logo tem como objetivo remover o material nos 12 degraus de
6.3mm e no último degrau, de 5.2mm, restantes daquela etapa. Com a profundidade de
corte de 0.4mm, totalizam-se 192 passes, que da mesma forma, variam em comprimento
usinado e em diâmetro de rotação.
33
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
D2.1 5,9 77,0 1199
23,20 0,70
1 1
D2.2 5,5 77,8 1187 1 1
D2.3 5,1 78,6 1174 1 1
D2.4 4,7 79,4 1163 1 0
... ...
D2.189 1,6 234,6 393 1 0
D2.190 1,2 235,4 392 1 0
D2.191 0,8 236,2 391 1 0
D2.192 0,4 237,0 389 0 0
TOTAL 295 114
Tabela 3.17: Etapa D2 - Parâmetros Calculados
Finalmente, para a etapa D3, os resultados estão na tabela 3.18. Nessa etapa, serão
usinados os 18 degraus de 4,2mm e o último degrau, de 3,1mm, restantes da etapa C3.
Desse modo, a etapa D3 terá 187 passes, descritos na tabela abaixo.
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
D3.1 3,8 77,0 1199
23,20 0,70
1 0
D3.2 3,4 77,8 1187 1 0
D3.3 3,0 78,6 1174 1 0
D3.4 2,6 79,4 1163 1 0
... ...
D3.184 1,5 230,6 400 1 0
D3.185 1,1 231,4 399 1 0
D3.186 0,7 232,2 398 1 0
D3.187 0,3 233,0 396 0 0
TOTAL 184 71
Tabela 3.18: Etapa D3 - Parâmetros Calculados
34
3.4.5 Etapa E - Fresamento dos Largos Laterais
A última etapa da fixação I é o fresamento dos largos laterais. Essa etapa deve ser
feita na fixação I pois é necessário o acesso a parte inferior da peça. Por se tratar de uma
etapa de fresamento, ela não é feita entre as etapas de torneamento dessa fixação, sendo
feita no final. Essa etapa está representada na figura 3.16.
Figura 3.16: Esquema de Usinagem da Etapa E
A proposta dessa etapa é o fresamento dos quatro rasgos laterais da peça. Para isso
foi escolhida uma fresa grande que pudesse alcançar cantos de 90o. Os cálculos e os
valores foram aproximados para um fresamento de canto para simplificação.
A fresa escolhida foi do sistema CoroMill 390, que fornece ferramentas de diver-
sos tamanhos, para diferentes tipos de aplicação inclusive os necessários nessa etapa. O
suporte selecionado foi o de código R390-125Q40-17H e a pastilha a de código R390-17
04 08M-PM. Esse conjunto suporte e pastilhas será denominado F66 e está apresentado
na figura 3.17.
Após a escolha do conjunto de ferramentas, podemos selecionar os parâmetros de
corte. No fresamento, os parâmetros de corte incluem o avanço por dente, o número de
dentes da fresa e a largura fresada. Para realizar essa operação, foi escolhida uma pro-
fundidade de corte de 9mm, já que a profundidade dos rasgos é 18mm, sendo necessários
dois passos para cada rasgo, totalizando assim 8 passes.
35
(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado
Figura 3.17: Ferramenta F66
Os parâmetros de corte selecionados para essa etapa estão mostrados na tabela 3.19
e os parâmetros calculados a partir dos parâmetros selecionados estão na tabela 3.20.
Estratégia: Longitudinal
Passes: 8
Ferramenta: F66
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 9
Largura Fresada (ae) [mm]: 9
Avanço por dente ( fz) [mm]: 0.10
Número de Dentes (Zc) [mm]: 11
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 225
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1950
Tabela 3.19: Etapa E - Parâmetros de Corte
36
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
E.1
792 252 573 51,05 1,66
75 64,1
E.2 75 64,1
E.3 75 64,1
E.4 75 64,1
E.5 75 64,1
E.6 75 64,1
E.7 75 64,1
E.8 75 64,1
TOTAL 603 513
Tabela 3.20: Etapa E - Parâmetros Calculados
3.4.6 Etapa F - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada
A partir dessa etapa, alteramos a fixação da peça, fazendo que agora ela seja fixada
pela parte inferior, permitindo a usinagem dos elementos da parte superior da peça. A
etapa atual consiste no torneamento interno das seções escalonadas internas da peça con-
forme mostrado na figura 3.18. Nessa etapa, o mais complexo é o acesso a essa seção.
Foi avaliada a opção de realizar essa etapa na fixação I, mas não havia ferramenta que
alcançasse a seção escalonada pela parte de baixo. Sendo assim, a etapa foi avaliada para
outra fixação, para que pudesse ser acessada a partir do topo da peça.
É necessário reduzir o diâmetro alcançado na etapa B, 77mm, até o diâmetro final
da seção escalonada, 86,3mm. Porém aqui também é necessário que haja uma etapa de
acabamento, portanto, nesta etapa o diâmetro será reduzido em 6mm, até 83mm, e o
restante será reduzido na etapa posterior de acabamento.
A estratégia de corte é simples e trata-se de um torneamento longitudinal em cada
uma das quatro seções escalonadas. Como se trata de um processo de desbaste, a pro-
fundida de corte pode ser de 3mm, de maneira que seja feito somente um passe em cada
seção.
37
Figura 3.18: Esquema de Usinagem da Etapa F
Na seleção de ferramentas, foi feito a escolha pelo sistema T-Max P, porque mesmo
se tratando de um torneamento interno, esse sistema ainda é o mais adequado para proce-
dimentos intermediários ou de desbaste.
O mais crítico na escolha dessa ferramenta é o suporte, pois deve ser um suporte
que alcance até a última seção escalonada, ou seja que tenha um comprimento útil de
cerca de 150mm. Além disso, o suporte deve permitir um ângulo da aresta de corte da
ferramenta, κr maior que 90◦, para que a usinagem consiga alcançar os ângulos retos da
seção escalonada. O suporte que se adequa às essas demanda é o suporte de código A40T-
DCLNR/L 12. A escolha desse suporte apresenta inclusive uma economia de ferramentas,
já que é o mesmo suporte usado na etapa D.
A escolha da pastilha é mais simples, foi considerado o processo padrão e um ta-
manho intermediário entre os disponíveis para o material e para o nível de acabamento.
Sendo assim, a pastilha selecionada foi a de código CNMG 12 04 08-MM. Esse conjunto
de suporte e pastilha será chamado internamente de F55 e está apresentado na figura 3.19.
Com a escolha desse conjunto de ferramenta, podemos escolher os parâmetros de
corte entre os valores indicados. Como eram esperados altos valores de potência líquida,
devido a profundidade de corte, os outros parâmetros foram otimizados para balancear o
valor escolhido para a profundidade de corte e reduzir a potência líquida. Os parâmetros
38
(a) Pastilha Selecionada (b) Suporte Selecionado
Figura 3.19: Ferramenta F55
de corte estão na tabela 3.21 e os parâmetros calculados a partir deles na tabela 3.22.
Estratégia: Longitudinal
Passes: 1
Ferramenta: F55
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 3
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0.25
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 240
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.21: Etapa F - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
F.1
23,13 920 180,00 361,20 11 18F.2
F.3
F.4
TOTAL 24 72
Tabela 3.22: Etapa F - Parâmetros Calculados
39
3.4.7 Etapa G - Torneamento Seção Cônica Superior
A etapa G trata do desbaste da seção cônica superior, externa. Essa etapa é bastante
similar a etapa C, de desbaste da seção cônica inferior, dessa forma, ela será analisada da
mesma maneira, suprimindo apenas as explicações mais profundas dadas naquela seção.
A etapa atual é realizada na fixação II e é a última etapa de desbaste da fabricação,
sendo seguida pelas etapas de acabamento da fixação II. Na figura 3.20, temos a represen-
tação da etapa, assim como a esquematização da estratégia de torneamento longitudinal
por degraus, mesma estratégia usada na etapa C, e explicada mais profundamente na seção
3.4.3.
Figura 3.20: Esquema de Usinagem da Etapa G
Da mesma forma que na etapa C, aqui também serão considerados três cenários, o
primeiro, G1, maximizando a profundidade de corte para maior eficiência, e o seguintes,
G2 e G3, considerando uma potência máxima de 11kW e variando os outros parâmetros
em busca da melhor relação entre eles. Como os parâmetros e condições são basicamente
os mesmos, a mesma ferramenta, F44, será usada para essa etapa. Essa ferramenta já foi
apresentada na figura 3.14 na etapa C.
No cenário G1, será usada a maior profundidade de corte possível, 11,4mm, levando
a 7 passes para conclusão da etapa. Os parâmetros de corte para G1 são os mesmo que
para C1 e estão apresentados na tabela 3.9. Os parâmetros calculados porém sofrem
40
variação devido a mudança de diâmetro de rotação, e são apresentados na tabela 3.23.
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
G1.1 74,5 252 303
957,60 28,73
42 672
G1.2 63,1 229,2 333 32 518
G1.3 51,7 206,4 370 24 382
G1.4 40,3 183,6 416 17 265
G1.5 28,9 160,8 475 10 166
G1.6 17,5 138 554 5 86
G1.7 6,1 115,2 663 2 25
TOTAL 133 2116
Tabela 3.23: Etapa G1 - Parâmetros Calculados
Já no cenário G2, da mesma forma que foi feito para C2, o avanço será minimizado,
buscando manter a maior profundidade de corte, dentro dos limites de potência. Os parâ-
metros de corte já estão descritos na tabela 3.11 de C2. Já os parâmetros calculados estão
apresentados na tabela 3.24.
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
G2.1 74,5 252,0 366
365,40 10,96
61 372
G2.2 68,2 239,4 386 53 323
G2.3 61,9 226,8 407 46 278
G2.4 55,6 214,2 431 39 236
... ...
G2.9 24,1 151,2 611 12 72
G2.10 17,8 138,6 666 8 49
G2.11 11,5 126,0 733 5 29
G2.12 5,2 113,4 814 2 12
TOTAL 321 1954
Tabela 3.24: Etapa G2 - Parâmetros Calculados
41
Por último, a etapa G3, será otimizada de forma a reduzir a velocidade de corte,
considerando o impacto que este parâmetro tem na vida da ferramenta. Da mesma forma,
os outros parâmetros serão ajustados de acordo e mantendo a potência líquida dentro da
margem permitida. Assim como anteriormente, os parâmetros de corte estão apresentados
na tabela 3.13 do processo análogo, C3. Já os cálculos para este processo estão na tabela
3.25.
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
G3.1 74,5 252 272
361,20 10,84
41 248
G3.2 70,3 243,6 281 38 226
G3.3 66,1 235,2 291 34 205
G3.4 61,9 226,8 302 31 185
... ...
G3.15 15,7 134,4 509 5 28
G3.16 11,5 126 543 3 19
G3.17 7,3 117,6 582 2 11
G3.18 3,1 109,2 627 1 4
TOTAL 314 1890
Tabela 3.25: Etapa G3 - Parâmetros Calculados
3.4.8 Etapa H - Torneamento Cilíndrico Furo
Após a realização das etapas de desbaste da fixação II, podemos prosseguir para as
etapas de acabamento interno dessa fixação. Dentre estas, a primeira a ser realizada é o
acabamento do furo central, pois a partir dele que é possível realizar o acabamento da
seção escalonada.
Como nas etapas C e D a seção cônica já foi usinada, o acabamento pode ser feito
apenas no comprimento superior do furo, com um comprimento total de 142mm. A visu-
alização dessa etapa pode ser feita na figura 3.21.
O objetivo dessa etapa é o aumento do diâmetro interno do furo de 77m para
80,3mm, num aumento de 3,3mm. A maneira mais simples de realizar este aumento é
42
Figura 3.21: Esquema da Etapa H
com um passe longitudinal de 1,65mm de profundidade de corte.
Para a otimização do gasto ferramental, a escolha da ferramenta para esta etapa pode
ser feita considerando as ferramentas já utilizadas e avaliando se é possível a reutilização
de algum suporte e pastilha. Em relação ao suporte, é necessário que seja um suporte com
grande comprimento útil que consiga alcançar os 142mm de comprimento. Dessa forma,
pode ser usado o mesmo suporte usado na etapa F, A40T-DCLNR/L 12.
A pastilha usada não poder ser a mesma da etapa F, pois na etapa F trata-se de
um processo de desbaste e esta pastilha é otimizada para tal. Porém, é possível usar a
pastilha usada no processo A e D, otimizada para acabamento, CNMG 12 04 04-MF1).
Esse conjunto de ferramenta será referido como F51, pois usa o suporte 5, usado em F55
e a pastilha 1, usada em F11. O conjunto F51 foi apresentado na etapa D, na figura 3.15.
De posse da escolha da pastilha, podemos selecionar os parâmetros de corte otimi-
zados no acabamento, apresentados na tabela 3.26 e calcular os parâmetros calculados
desta etapa, apresentados na tabela 3.27.
43
Estratégia: Longitudinal
Passes: 1
Ferramenta: F51
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 1,65
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,1
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.26: Etapa H - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
H 142 1199 47,85 1,44 71 57
Tabela 3.27: Etapa H - Parâmetros Calculados
3.4.9 Etapa I - Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada
Esta etapa é a etapa de acabamento da seção escalonada interna do futuro. É a
última etapa de torneamento interno, e é necessário que seja realizada por último porque
ela só pode ser feita após o desbaste da seção escalonada e após o acabamento interno do
furo central.
Nessa etapa, a usinagem é realizada no mesmo local que a etapa F, portanto ela tam-
bém pode ser visualizada pela figura 3.18. O objetivo dessa etapa é aumentar o diâmetro
da seção escalonada de 83mm, obtidos na etapa F, para 86,3mm, portanto aumentando
em 3,3mm.
Como se trata de uma etapa de acabamento fino, foi escolhida realizar a etapa em
dois passes de profundidade de corte de 0.8mm. Como são quatro seções escalonadas, ao
final tornam se 8 passes.
Partindo para a seleção da ferramenta, assim como na etapa F, o limitante é um
suporte que alcance todas as seções e que permita um ângulo da aresta de corte para a
ferramenta adequado. Sendo assim, o mesmo suporte da etapa E pode ser selecionado
para esta etapa.
44
Da mesma forma, pode ser utilizada a mesma pastilha da etapa G neste processo,
fazendo que todo o conjunto ferramental, F51, seja igual a etapa anterior. Esse conjunto
está apresentado na figura 3.15. Isso economiza o tempo de troca de ferramenta e permite
que o processo seja feito de maneira mais contínua.
Com a definição da profundidade de corte e da ferramenta, podemos selecionar os
parâmetros de corte, mostrados na tabela 3.28 e calcular os parâmetros calculados, na
tabela 3.29.
Estratégia: Longitudinal
Passes: 2
Ferramenta: F51
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 0.8
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,1
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.28: Etapa I - Parâmetros de Corte
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
I.1
23,13 1070 23,20 0,70 13 5
I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7
I.8
TOTAL 104 40
Tabela 3.29: Etapa I - Parâmetros Calculados
45
3.4.10 Etapa J - Torneamento Seção Cônica Superior
A etapa J é a última etapa de torneamento, pois é a etapa de acabamento externo
que remove o material restante após a etapa G. Como a área usinada é a mesma da etapa
G, a representação dessa etapa já foi apresentada na 3.20.
A etapa J é bastante similar a etapa D, da mesma maneira que a etapa G é similar a
etapa C. Sendo assim, alguma explicações serão suprimidas, por já terem sido apresenta-
das no delineamento da etapa D.
A estratégia, por exemplo, é a mesma das seções cônicas anteriores, com a usinagem
longitudinal por degraus. E o objetivo é a remoção dos degraus restantes após a etapa G.
Da mesma forma que feito na etapa D, aqui serão avaliados três cenários, com os mesmos
parâmetros de corte mas cada um removendo o material restante de cada um dos três
cenários da etapa G, G1, G2 e G3.
Assim como na etapa D, a profundidade de corte escolhida será de 0,4mm. A
ferramenta utilizada também será a mesma, a ferramenta F51, apresentada na figura 3.15.
O uso dessa ferramenta permite não somente a economia em novas ferramentas, mas
também a economia em tempos passivos, já que por ser a mesma usada no processo
anterior, a etapa I, não exige a troca de ferramentas entre as etapas. Na tabela 3.30 estão
representados os parâmetros de corte definidos a partir da escolha da ferramenta e da
profundidade de corte.
Estratégia: Longitudinal
Ferramenta: F51
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 0,4
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,4
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 290
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1800
Tabela 3.30: Etapa J - Parâmetros de Corte
Da mesma forma que na etapa D, para os parâmetros calculados deve se calcular
os 3 cenários, para que seja possível uma avaliação conjunta da etapa de desbaste e da
etapa de acabamento, nesse caso etapa G e etapa J. A etapa J1 é continuação da etapa G1,
46
portanto, tem como objetivo reduzir os 7 degraus de 11,4mm e o último degrau de 6,1,mm
restantes. Para isso, serão necessários 211, que são mostrados na tabela 3.31.
Etapa l [mm] Dm [mm] N[rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
J1.1 11,0 252,0 366
23,20 0,70
9,01 3
J1.2 10,6 251,2 367 9 3
J1.3 10,2 250,4 369 8 3
J1.4 9,8 249,6 370 8 3
... ...
J1.208 1,3 83,6 1104 0 0
J1.209 0,9 82,8 1115 0 0
J1.210 0,5 82,0 1126 0 0
J1.211 0,1 81,2 1137 0 0
TOTAL 642 248
Tabela 3.31: Etapa J1 - Parâmetros Calculados
Já os parâmetros calculados para os cenários J2 e J3 estão apresentados nas tabelas
3.32 e 3.33, respectivamente. Da mesma forma que na etapa D, na etapa J2, serão reali-
zados 192 passes, com o objetivo de remover os 13 degraus restantes de G2. Seguindo o
mesmo raciocínio, no cenário J3 serão realizados 187 passes, como continuação da etapa
G3, e removendo os 18 degraus de 4,2mm mais um último degrau, de 3,1mm.
47
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
J2.1 5,9 252,0 366
23,20 0,70
5 2
J2.2 5,5 251,2 367 4 2
J2.3 5,1 250,4 369 4 2
J2.4 4,7 249,6 370 4 1
... ...
J2.189 1,6 94,4 978 0 0
J2.190 1,2 93,6 986 0 0
J2.191 0,8 92,8 995 0 0
J2.192 0,4 92,0 1003 0 0
TOTAL 91,2 335 129
Tabela 3.32: Etapa J2 - Parâmetros Calculados
Etapa l [mm] Dm [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
J3.1 3,8 252,0 366
23,20 0,70
3 1
J3.2 3,4 251,2 367 3 1
J3.3 3,0 250,4 369 2 1
J3.4 2,6 249,6 370 2 1
... ...
J3.184 1,5 98,4 938 0 0
J3.185 1,1 97,6 946 0 0
J3.186 0,7 96,8 954 0 0
J3.187 0,3 96,0 962 0 0
TOTAL 370,5 95,2 212 82
Tabela 3.33: Etapa J3 - Parâmetros Calculados
3.4.11 Etapa K - Fresamento dos Rasgos Superiores
A última etapa da fixação II é o fresamento dos rasgos superiores da peça. Ele é
realizado por último pois só pode ser realizado após o desbaste e o acabamento da seção
48
cônica superior. Além disso, como se trata de uma etapa de fresamento, ele é realizado
com uma ferramenta diferente do restante. Essa etapa está representada na figura 3.22.
Figura 3.22: Esquema de Usinagem da Etapa K
O objetivo dessa etapa é a fabricação dos quatro rasgos em rampa na parte superior
da peça. Como se trata de uma superfície inclinada, não é possível realizar essa etapa
com um fresamento de topo simples. A estratégia então é tratar essa etapa como um
fresamento de canto, com a ferramenta subindo verticalmente a cada sub etapa.
Para simplificação, as sub etapas não serão consideradas individualmente no estudo
da etapa, e será feita uma análise geral da etapa. Nesse sentido, a ferramenta escolhida é
do sistema CoroMill 390, assim como na etapa E. Porém, nessa etapa é necessário o uso
de uma fresa menor que a largura do rasgo, que é de 15mm. Portanto será escolhida uma
fresa de 12mm, com suporte R390-012A16-11L, e pastilha R390-11 T3 20E-MM. Esse
conjunto será chamado internamente de F77 e está apresentado na figura 3.23.
Como a fresa tem 12mm de diâmetro e a largura do rasgo é de 15mm, para cada
rasgo serão necessárias duas etapas, uma com 12mm de largura e a seguinte com 3mm
de largura. Serão totalizadas, então, 8 etapas. Cada uma dessas etapas etapas terá a pro-
fundidade vertical de 5mm, que é a profundidade do rasgo. Esses parâmetros e os outros
parâmetros relevantes selecionados estão apresentados na tabela 3.34 e os parâmetros cal-
culados a partir desses estão na tabela 3.35.
49
(a) Pastilha Selecionada (b) Fresa Selecionada
Figura 3.23: Ferramenta F77
Estratégia: Longitudinal
Passes: 8
Ferramenta: F77
Profundidade de Corte (ap) [mm]: 5
Avanço por dente ( fz) [mm]: 0.13
Número de Dentes (Zc) [mm]: 1
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 120
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 1950
Tabela 3.34: Etapa K - Parâmetros de Corte
50
Etapa l [mm] ae [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
K.1
54,8
12
2000
24,83 0,81
8
3,3
K.2 3 6,21 0,20 0,8
K.3 12 24,83 0,81 3,3
K.4 3 6,21 0,20 0,8
K.5 12 24,83 0,81 3,3
K.6 3 6,21 0,20 0,8
K.7 12 24,83 0,81 3,3
K.8 3 6,21 0,20 0,8
TOTAL 64 16
Tabela 3.35: Etapa K - Parâmetros Calculados
3.4.12 Etapa L - Furação dos Furos Diagonais
Na última etapa da usinagem da peça é realizada a furação dos 88 furos diagonais.
Essa etapa deve ser realizada numa fixação diferente das anteriores, que permita a furação
vertical dos furos. Nessa fixação, a peça fica apoiada na sua seção cônica superior, per-
mitindo que os furos fiquem na vertical e o acesso da furadeira. Outra opção que poderia
ser explorada é o uso de uma máquina de cinco eixos.
O objetivo dessa etapa é a fabricação dos 88 furos, que estão dispostos em grupos
de quatro em 22 ângulos da circunferência. Para cada um dos 22 ângulos a peça deve ser
reposicionada e os quatro furos lineares devem ser feitos. Essa etapa está representada na
figura 3.24.
Os furos diagonais tem diâmetro de 10mm e profundidade de 100mm, exigindo o
uso de uma broca com razão de profundidade-diâmetro de 10 vezes. Foi escolhido o sis-
tema CoroDrill 870, que fornece uma broca com ponta intercambiável com as dimensões
necessárias, que permite a realização de cada um dos furos em um passe. O conjunto de
broca e ponta intercambiável será nomeado de F88 e está representado na figura 3.25.
Após a escolha da broca, podemos definir os parâmetros de corte e realizar os cálcu-
los necessários. Na tabela 3.36 estão apresentados os parâmetros selecionados e na tabela
51
Figura 3.24: Esquema de Usinagem da Etapa L
3.37 os parâmetros calculados para cada uma das 88 etapas e os valores totais da etapa.
Estratégia: Furação em cheio
Passes: 1
Ferramenta: F88
Diâmetro (Dc) [mm]: 10
Avanço ( fn) [mm/rot]: 0,11
Velocidade de Corte (vc) [m/min]: 60
Força Esp. de Corte (kc) [N/mm2]: 2703
Tabela 3.36: Etapa L - Parâmetros de Corte
52
(a) Ponta Selecionada (b) Broca Selecionada
Figura 3.25: Ferramenta F88
Etapa l [mm] N [rpm] Q [cm3/min] Pc [kW] Tc [s] Vr [Cm3]
L.1
100 1910 16,50 0,74 29 7,85
L.2
L.3
L.4
...
L.85
L.86
L.87
L.88
TOTAL 2.513 691,15
Tabela 3.37: Etapa L - Parâmetros Calculados
53
Capítulo 4
Análise dos Processos
Após o elaborado desenvolvimento feito nos capítulos anteriores, é necessário con-
solidar as informações levantadas numa etapa de análises, que é o objetivo deste capítulo.
Esse capítulo se divide em duas partes. Na primeira é feita uma análise geral, consoli-
dando as informações do capítulo 3 e analisando a viabilidade das operações propostas.
Já na segunda parte, é feita uma análise com o software CATIA. Nessa seção são
exploradas características do software, as suas potencialidades de uso e uma avaliação do
seu uso nesse trabalho.
4.1 Análise Simplificada
Nessa seção será feita uma análise simplificada do processo de produção. Aqui
serão consolidados os resultados obtidos no capítulo 3 no que diz respeito a viabilidade
das etapas e da visão geral do processo.
Na primeira seção, os cenários propostos para as etapas serão comparados em rela-
ção a sua viabilidade e eficiência e será feita a escolha entre esses cenários. Nessa seção
é feita também uma explicação rápida sobre a escolha das máquinas operatrizes.
Já na segunda seção, será feita uma análise econômica do processo, considerando
os tempos de usinagem e chegando ao tempo total de usinagem do processo. Nessa seção
é feita também uma comparação entre os tempos de usinagem de cada etapa, permitindo
comparar quais são as etapas que tem maior influência no aumento ou na redução do
tempo total de usinagem.
54
4.1.1 Avaliação dos cenários possíveis
Nesta seção iremos avaliar a viabilidade das etapas propostas na seção 3.4. A vi-
abilidade dessas etapas depende principalmente das ferramentas e da máquina operatriz.
Em relação a ferramenta, para uma etapa ser viável é necessário que existam ferramentas
capazes de acessar a área a ser usinada e alcançar os parâmetros de corte estabelecidos.
Como o delineamento das etapas, foi feito a todo tempo junto ao catálogo do fabri-
cante de ferramentas, essa viabilidade foi analisada durante o próprio delineamento das
etapas. Isso nos permite garantir a viabilidade das etapas em relação às ferramentas.
Entretanto, é necessário avaliar também a viabilidade dessas etapas em relação as
limitações da máquina operatriz. Nessa caso, os parâmetros a serem calculados são a
rotação e a potência de corte de cada uma das etapas. Esses valores devem então ser
comparados aos valores fornecidos pelas máquinas operatrizes.
Na tabela 4.1, estão os valores máximos de rotação e potência de corte para cada
uma das etapas. É importante pontuar que o valor da rotação pode variar entre os passes,
e portanto foi escolhido o maior valor entre os passes. Na tabela 4.1 estão listados os
diferentes cenários sugeridos na seção 3.4, para que possa ser feita a comparação entre
eles.
55
Descrição Etapa n (rpm) Pc (kW)
Torneamento Cilíndrico Externo A 363 1,74
Furação do Furo Central BB1 475 7,68
B2 915 3,69
Torneamento Seção Cônica Inferior C
C1 992 28,73
C2 1199 10,96
C3 889 10,84
Torneamento Seção Cônica Inferior D
D1 1199 0,70
D2 1199 0,70
D3 1199 0,70
Fresamento Rasgos Laterais E 573 1,66
Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada F 920 5,40
Torneamento Seção Cônica Superior G
G1 663 28,73
G2 814 10,96
G3 627 10,84
Torneamento Cilíndrico Furo H 1199 1,44
Torneamento Cilíndrico da Seção Escalonada I 1070 0,70
Torneamento Seção Cônica Superior J
J1 1137 0,70
J2 1003 0,70
J3 962 0,70
Fresamento Rasgos Superiores K 2000 0,81
Furação dos Furos Diagonais L 1910 0,74
Tabela 4.1: Rotação e Potência Líquida para todas as Etapas
Três máquinas operatrizes serão escolhidas como modelos para comparação dos
parâmetros, uma furadeira e um torno mecânico e uma fresadora. A furadeira escolhida
é a furadeira de bancada KA-70, do fabricante nacional KONE Indústria de Máquinas.
A fresadora é a freadora universal KFU-2/IMP, disponibilizada pelo mesmo fabricante.
As informações sobre essas máquinas estão no catálogo do fabricante [KONE, 2017],
disponível no site.
56
Já o torno escolhido é o Torno ES-40, do fabricante ROMI. As informações estão
no catálogo do fabricante [ROMI, 2017] que também está disponível no site. Na tabela
4.2 estão os valores de rotação e potência fornecido pelas duas máquinas.
Máquina Operatriz Modelo Rotação Fornecida Potência Fornecida
Furadeira KONI KA-70 1200 rpm 7,5 CV = 5,5 kW
Fresadora KFU-2/IMP 2030 rpm 4 CV = 2,9 kW
Torno ROMI ES-40 2360 rpm 15 CV = 11 kW
Tabela 4.2: Máquinas Operatrizes - Valores Fornecidos
De posse das tabelas 4.1 e 4.2 podemos fazer a avaliação da viabilidade das etapas
em relação às limitações das máquinas operatrizes e começar a escolha entre os diferentes
cenários. Comparando as duas tabelas, podemos perceber que todas as etapas são viáveis
e estão dentro dos limites da máquina operatriz, com exceção de B1, C1 e G1, onde
a potência líquida ultrapassa a potência fornecida e em L, onde a rotação ultrapassa os
limites fornecidos pela furadeira escolhida.
Nesses cenários, já eram esperados esses altos valores e por isso outros cenários
foram calculados. No caso da etapa B, fica claro que não é possível realizar a furação
em apenas um passe. Por mais que existam no mercado ferramentas capazes de realizar
esse procedimento, isso demandaria uma potência muito alta que não é fornecida pelas
furadeiras de bancada existentes hoje no mercado.
Torna-se claro também que a alternativa de reduzir a potência requerida através da
realização de um pré furo é eficaz e atinge o objetivo proposto, sendo viável operacional-
mente. Sendo assim, para essa etapa, o cenário a ser escolhido é o cenário B2, descrito
com profundidade na seção 3.4.2.
Nessa comparação, podemos ver também que a etapa L ultrapassa os valores de ro-
tação fornecidos. Para a etapa L não foram calculados outros cenários pois não é possível
uma variação que permita uma diminuição significativa da rotação. Como o diâmetro do
furo, portanto da broca, é muito baixo, para se manter uma velocidade razoável na ponta
de corte, a rotação deve ser alta, de fato.
Esse valor porém, não significa a inviabilidade da etapa, já que existem no mercado
57
furadeiras que fornecem a rotação esperada. As furadeiras do fabricante Kone, da linha
ZN, por exemplo fornecem essas velocidades. Porém, essas furadeiras não fornecem a po-
tência líquida necessária para a furação do furo central, portanto não foram selecionadas
nesse trabalho, mas podem ser utilizadas na fabricação da peça.
Dessa forma, vemos que os valores atingidos nessa etapa não são um limitante na
viabilidade da operação, mas exigem o uso de duas máquinas operatrizes diferentes para
as duas etapas de furação.
Além disso, comparando as duas tabelas, podemos ver também a impossibilidade
de realizar as etapas C e G através dos cenários C1 e G1. Devido aos altos valores de pro-
fundidade de corte, a potência requerida nesses cenários chega a quase 3 vezes a fornecida
pelas máquinas operatrizes. A solução para estas etapas é a adoção de um dos cenários
C2 ou C3 e G2 ou G3.
Para a escolha entre essas duas opções de cenário, podemos fazer uma comparação
do tempo de corte, que conforme mostrado na seção 2.1 é um parâmetro muito impor-
tante economicamente. Nessa comparação entre os tempos, é preciso comparar também
o tempo de corte da etapa de acabamento referente a esse processo, para que se possa
avaliar a usinagem daquele elemento como um todo.
Para essa avaliação conjunta das etapas de desbaste e acabamento, foram elaborados
os gráficos das figuras 4.1 e 4.2. Em cada uma das barras está representado o valor do
tempo de corte da etapa de desbaste (escuro) somado ao tempo de corte da etapa de
acabamento (claro).
Pelos gráficos, podemos perceber que em ambos os casos, o cenário 3 apresenta
menor valor total de tempo de corte. O cenário 3 é também aquele em que a velocidade
de corte é reduzida, buscando um aumento da vida útil da ferramenta. Combinando esses
dois aspectos, se justifica a escolha pelos cenários C3, D3, G3 e J3, para as respectivas
etapas.
4.1.2 Análise Econômica
Nessa seção será feita uma análise econômica da fabricação no que diz respeito ao
tempo de usinagem. Aqui será feito uma compilação dos tempos de corte de cada uma
das etapas e dos tempos passivos.
58
Figura 4.1: Comparação entre cenários - Seção Cônica Inferior
Figura 4.2: Comparação entre cenários - Seção Cônica Superior
Os tempos passivos são os tempos gastos durante o processo de usinagem, mas
que não são tempos em que se está ativamente se realizando a usinagem, no corte da
peça. Embora frequentemente esses tempos não sejam considerados, é importante sua
avaliação para entender de maneira mais verídica o processo de usinagem.
O tempo que a ferramenta se move em direção a peça, ou se afastando dela, por
exemplo, é um dos tempos passivos. Esse tempo será chamado aqui de tempo rápido, tr,
já que nesse tempo a ferramenta se move bem mais rápido do que quando está em corte.
Na tabela 4.3 estão descritos o tempo de corte total para cada etapa tc, o tempo
rápido tr e a soma dos dois, no tempo total de usinagem tu. Em cada etapa estão conside-
59
rados todos os passes realizados.
tc (s) tr (s) tu (s)
Etapa A 188 3 191
Etapa B 660 7 667
Etapa C 190 8 198
Etapa D 184 4 189
Etapa E 603 5 608
Etapa F 24 1 25
Etapa G 314 8 322
Etapa H 71 2 73
Etapa I 104 2 106
Etapa J 212 4 216
Etapa K 64 2 66
Etapa L 2513 22 2535
Total 5197 s = 86,6 min
Tabela 4.3: Tempo de Usinagem para cada Etapa
Já na figura 4.3 está a representação gráfica dos dados da terceira coluna da tabela
4.3 bem como a porcentagem do tempo total gasto em cada etapa. Essa figura permite a
comparação do tempo de usinagem gasto em cada etapa, o que é uma informação bastante
importante na otimização dessa usinagem. Através dela é possível perceber quais são as
etapas que mais consomem tempo no processo.
Na figura 4.3 podemos ver claramente que a etapa que consome mais tempo é a
etapa L, de furação dos furos diagonais, consumindo quase 50% do tempo total de usi-
nagem. Isso é especialmente crítico considerando que não se trata da etapa com maior
remoção de material.
Esse tempo é tão alto pois devido ao pequeno diâmetro da broca, a velocidade de
corte deve ser baixa, para manter a rotação da broca dentro de valores aceitáveis. Além
disso, por se tratarem de 88 furos, o consumo de tempo é bem alto. É importante pontuar
também que esse tempo ainda não conta o tempo de posicionamento da peça, que deve ser
realizado 22 vezes durante esse tempo, o que faz com que essa etapa seja extremamente
60
Figura 4.3: Tempo de Usinagem para cada Etapa
crítica para o processo.
Além da etapa L, as etapas que mais consomem tempo são as etapas de maior ro-
bustez e maior retirada de material, que são as etapas de usinagem do furo central e das
seções cônicas. Portanto, são essas três etapas que devem ser otimizadas, seja através do
ajuste dos parâmetros de corte ou através do uso de outros processos de fabricação.
Outra análise importante a ser desenvolvida nesta seção é o tempo total de produção.
Esse tempo não é mesmo que o tempo total de usinagem calculado na tabela 4.3 porque
esse valor ainda não considera boa parte dos tempos passivos necessários.
Além do tempo de aproximação e afastamento da ferramenta, outro tempo passivo
é o tempo total de fixação e retirada da peça, que nesse processo é realizada no começo
e no final e também quando se muda a fixação da peça, entre as etapas E e F e entre K
e L. Além disso, o tempo de preparo da máquina, o tempo que se leva para posicionar
a origem e definir os parâmetros também deve ser considerado quando se está avaliando
um ambiente de produção.
Por último, deve ser considerado o tempo de troca de ferramentas, tanto devido a
mudança de ferramentas entre uma etapa e outra quanto devido aos fim da vida útil de uma
61
ferramenta. Uma descrição mais extensa dos tempos de usinagem e a melhor maneira de
calcula-los está presente em [Diniz et al., 2008].
Na tabela 4.4 estão presentes todos os tempos passivos considerados, assim como as
estimativa que foi feita para cada um deles. Nessa tabela também consta o valor de todos
os tempos somados, chegando ao tempo total de usinagem. O tempo total de usinagem
é o tempo total que se leva para realizar a produção dessa peça, portanto é um valor de
grande importância.
Tempo (min)
Tempo de Corte: 85,5
Tempo de Movimentação da Ferramenta: 1,1
Tempo Total de Fixação e Retirada da Peça (estimado): 20,0
Tempo de Preparo da Máquina (estimado): 10,0
Tempo Total de Troca de Ferramenta (estimado): 15,0
Tempo Total de Usinagem: 131,6
Tabela 4.4: Tempo Total de Produção
É importante pontuar que de posse de mais elementos seria possível fazer uma ava-
liação mais precisa do tempo total de usinagem. Com a quantidade de peças produzidas
por lote, por exemplo, o tempo de preparo da máquina seria dividido por essa quantidade,
diminuindo o tempo total.
Já com o valor da vida útil da ferramenta para cada etapa, poderia ser feito uma
estimativa mais precisa do tempo de troca de ferramenta. Poderia ser feita também uma
análise sobre os custos do processo de produção, considerando quantas ferramentas são
gastas para fabricação de uma peça, entre outros. Porém, conforme explicado de maneira
mais profunda na seção 2.2 não é possível, neste trabalho, fazer uma avaliação quantitativa
da vida da ferramenta.
4.2 Simulação com CATIA
Nessa seção, serão abordados tópicos a respeito da simulação do processo de fa-
bricação com o uso do software CATIA. O CATIA é um software da empresa Dassault
62
Systèmes usado para desenho assistido por computador (CAD), manufatura auxiliada por
computador (CAM) e engenharia assistida por computador (CAE).
A escolha desse software para realizar as simulações em CAM foi por se tratar de
um software novo, com muitas capacidades e que ainda não tem seu uso muito difundido
no Brasil e na UFRJ. O uso desse software me permitiu grande aprendizado e contribuição
a minha formação e a deu a possibilidade de uso do software para outros alunos do curso
e do laboratório.
Nesse trabalho, o CATIA foi usado principalmente nas sua possibilidade de CAM,
pois permite uma boa simulação dos processos de usinagem. Através desse software é
possível realizar várias etapas do planejamento da fabricação, como a escolha das ferra-
mentas, o desenho da geometria da ferramenta e a definição dos parâmetros de corte.
Além disso, juntando as funcionalidades de CAD e CAM, é possível fazer o dese-
nho da peça e simular seu encaixe na máquina operatriz e a realização dos processos de
usinagem. Nas figura 4.4 e 4.5 é possível ver a máquina operatriz no software e o en-
caixe da peça na máquina. Essa simulação gráfica permite fácil visualização das etapas,
permitindo um entendimento rápido das alternativas de fabricação.
Figura 4.4: Visulização da Máquina Operatriz - CATIA
A comparação entre diferentes estratégias, por exemplo, é feita de maneira muito rá-
pida, alterando apenas um parâmetro no programa. Na figura 4.6, por exemplo, podemos
ver uma tela de funcionamento do programa, com a simulação do caminho da ferramenta
63
Figura 4.5: Visualização do acoplamento da peça na máquina - CATIA
na etapa F3, em amarelo.
Outra potencialidade importante do uso do software é o cálculo dos tempos de usi-
nagem. Para as etapas simuladas, são contabilizados os tempos de usinagem, incluindo o
tempo de corte e os tempos passivos. O software permite, inclusive, uma avaliação muito
mais precisa dos tempos passivos, pois calcula os tempos para cada movimentação da
ferramenta.
É possível também parametrizar o software de maneira a considerar o tempo de vida
da ferramenta, dessa forma, indicando em que etapa da fabricação a ferramenta deve ser
substituída. Além disso, é possível, numa aplicação mais complexa, avaliar os possíveis
choques entre a máquina e a peça, ou entre a peça e a ferramenta. Isso permite uma
consideração bem precisa da viabilidade do processo e das estratégias de usinagem.
O software porém deixa a desejar na sua abrangência de uso e dificuldade de domí-
nio. O software funciona de maneira pouco intuitiva, principalmente na funcionalidade
de CAM e existe pouco material disponível para aprendizado, principalmente para as ver-
sões mais novas. Sendo assim, o aprendizado do software se torna muito mais lento e as
possibilidades de uso cotidiano também.
Neste trabalho, o uso do software foi principalmente na visualização dos processos,
tanto para um entendimento melhor do processo, como também para apresentação desse
processo para outros. Para este objetivo, foram geradas animações para visualização do
64
Figura 4.6: Visualização da tela de funcionamento do software - CATIA
processo. A figura 4.7 é um exemplo de como essa simulação é apresentada, com o
resultado de cada etapa sendo apresentado em uma cor. Na figura em questão, a etapa E
está representada em verde e a etapa F em azul.
De uma maneira geral o software permitiu uma nova abordagem do problema e a
representação gráfica das etapas. Mesmo não sendo usado em seu potencial máximo, já
que algumas possibilidades do seu uso não foram feitas nesse trabalho, seu uso significou
um avanço de qualidade no trabalho.
65
Figura 4.7: Simulação da fixação II - CATIA
66
Capítulo 5
Conclusões
Neste trabalho, procurou-se fazer um projeto de fabricação da coluna perfurada de
uma centrífuga, avaliando os processos de fabricação e fazendo uma análise completa dos
processos escolhidos. O objetivo, de avaliar a viabilidade da fabricação da coluna e fazer
uma proposta de fabricação para o fabricante, a empresa CENTRIFUGAR, foi atingido.
No início do trabalho foi possível fazer uma exploração do contexto teórico, de-
senvolvendo as formas a serem usadas e os conceitos mais complexos. Em seguida, foi
feita uma proposta de fabricação, considerando diversos processos de fabricação e, para
a usinagem, foi feito o delineamento de cada etapa. O delineamento foi feito de forma
bem completa e explicativa, não somente com o objetivo de obter os resultados finais mas
também de servir de orientação para trabalhos semelhantes no futuro.
Ao final foi feita uma análise das informações levantadas, com comparação e esco-
lha entre cenários e o uso de do Software CATIA para demonstrações mais claras. Foi
feita a comparação entre cenários de usinagem para três etapas, avaliando potência reque-
rida, rotação e tempo de usinagem, fazendo por fim a escolha de um cenário viável e mais
eficiente.
Foi realizado também o cálculo do tempo de usinagem de cada uma das etapas, ob-
tendo tanto o tempo de corte total, em 85,5 min e o tempo total de usinagem, considerando
os tempos passivos, de 131,6 min.
Com a avaliação do tempo de usinagem de cada uma das etapas. foi possível com-
parar as etapas em relação ao tempo consumido. A conclusão alcançada é que a etapa
que mais consome tempo é a furação dos furos diagonais, que consome cerca de 50% do
67
tempo total de usinagem da peça. Em comparação, as etapas de maior retirada de material,
os desbastes da seções cônicas superior e inferior e a furação do furo central consomem,
respectivamente, 6,2%, 3,8% e 12,8%. Essa análise nos permite avaliar aonde é mais
necessária a otimização do projeto com o objetivo de uma fabricação mais eficiente.
O resultado do delineamento das etapas e das análises foi uma proposta de fabri-
cação bastante aprofundada e completa que permite ao fabricante avançar no projeto de
produção de uma nova centrífuga, com inovações para o mercado.
Além disso, esse trabalho foi também uma etapa muito importante na minha forma-
ção, permitindo que eu realizasse um projeto do início ao fim, desde a definição do tema
até às considerações finais. O trabalho me permitiu também grande aprendizado sobre
usinagem dos materiais e sobre o desenvolvimento de um projeto de fabricação e todas as
suas etapas.
5.1 Trabalhos Futuros
Embora os objetivos desse trabalho tenham sido alcançados, ainda existem aspectos
que podem ser trabalhados mais a fundo em trabalhos futuros. Pode ser feito uma ava-
liação mais profunda das etapas de fresamento, considerando mais a fundo a viabilidade
e alternativas dentro dessas etapas. Além disso, pode se realizar também uma avaliação
mais extensa da etapa de furação dos furos diagonais, buscando uma otimização dessa
etapa que é uma das que mais consome tempo e recursos.
Um trabalho futuro poderia também abordar de maneira mais profunda a utilização
de outros processos de fabricação, tais como fundição, como processo parcial de fabri-
cação e como manufatura aditiva, tanto para prototipagem quanto para produção. Essa
abordagem, se feita de maneira quantitativa poderia reduzir os custos de produção e oti-
mizar o projeto da fabricação.
Além disso, seria de grande utilidade para completar esse trabalho, que fosse feita
uma avaliação quantitativa da vida da ferramenta para cada etapa. Com essa avaliação
seria possível otimizar o delineamento das etapas, considerando as trocas de ferramentas
devido à falhas por desgaste.
Pode ser feito também um uso mais extenso de um software de CAM, o CATIA, ou
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outro, similar, permitindo a simulação de todas as etapas e uma comparação pontual de
cada uma das etapas.
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Referências Bibliográficas
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