Torneamento de cerâmica assistido a laser



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Encontro07.02.2018
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ANÁLISE TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE FORÇAS NO FRESAMENTO DE TOPO


R.B.Schroeter, D.V.Campos, S.Haertel, A.N.Marcelino Jr.

Departamento de Engenharia Mecânica, Laboratório de Mecânica de Precisão, Universidade Federal de Santa Catarina, Caixa Postal – 476- EMC, Campus Universitário, Trindade, Florianópolis, SC, CEP: 88.040-970

Palavras chaves: Fresamento de topo, forças, simulação

RESUMO


O fresamento é um processo de remoção de material caracterizado pelo movimento relativo entre uma ferramenta rotativa, com número variável de gumes, denominada fresa e a peça. Dentre as possíveis variações do processo de fresamento, uma das que possui maior emprego nos setores de ferramentaria atualmente é o fresamento de topo. As fresas de topo possuem gumes tanto em sua periferia quanto na sua face, cortando portanto, nessas duas regiões.

Em todos os processos de fresamento os gumes da ferramenta não estão constantemente em ação com a peça, resultando em um corte interrompido, ou seja, durante o corte a espessura de cavaco será variável de acordo com o ângulo de ataque .

Para deformar o material durante o processo de usinagem e com isso ter-se a remoção de material, é necessário que a ferramenta atue com uma certa força sobre a peça usinada. O conhecimento da grandeza e direção dessa força é de vital importância na determinação dos parâmetros de corte e na estimativa da precisão atingível durante a usinagem. As forças de usinagem, em geral, são influenciadas por diversos fatores como o material da peça, os parâmetros de usinagem e da máquina-ferramenta, as propriedades da ferramenta, o fluido de corte utilizado, dentre outros. No fresamento, as forças são cíclicas e cada dente ou inserto da fresa está sujeito a uma carga de impacto quando entra na região de corte.

A simulação consiste na utilização de determinadas técnicas matemáticas, empregadas em computadores, as quais permitem imitar o funcionamento de praticamente qualquer tipo de operação ou processo do mundo real, resultando em economia de tempo e recursos no desenvolvimento de projetos, alterando os parâmetros do processo sem gastar material, tempo de máquina, tempo de funcionários etc. e trazendo ganhos de produtividade e qualidade. A simulação deve fornecer diretrizes para os ensaios e apontar que pontos devem ser realmente abordados e modificados e será baseada em modelos já existentes na literatura.

O presente trabalho tem como objetivo, em sua primeira etapa, a análise das forças no fresamento de topo em ligas de alumínio através de ensaios em uma máquina-ferramenta de comando numérico. As forças foram medidas através de um sistema de aquisição de forças em plataformas piezelétricas. Além disso foi feito o modelamento e a simulação em computadores das forças nas fresas de topo com os parâmetros utilizados no ensaio real.

Os dados utilizados na simulação e os resultados alcançados estão descritos na figura 1.

Figura 1 – Parâmetros de Entrada e de Saída obtidos através da simulação




PARÂMETROS DE ENTRADA



PARÂMETROS DE SAÍDA

  • Força de corte em do grau de ataque da ferramenta

  • Força passiva em função do grau de ataque da ferramenta


As simulações foram realizadas variando-se o avanço por dente da fresa e a profundidade de corte, mantendo constante os demais parâmetros. Os ensaios foram realizados numa fresadora CNC Romi Polaris F400, utilizando os mesmos parâmetros da simulação. Na figura 2 estão descritos os gráficos da força passiva variando com o ângulo de ataque da fresa e com o tempo, obtidos na simulação e nos ensaios na máquina, respectivamente.

F


igura 2 – Gráficos obtidos através da simulação (a direita) e através de ensaios (a esquerda) da variação da força passiva com o ângulo de ataque e o tempo, respectivamente com os parâmetros utilizados (centro da figura).

Parâmetros de corte

ap = 3 mm

fz = 0.02 mm/dente

n = 5000 rot/min

N = 4 dentes

D = 12 mm

Constantes de corte

Ktc=796


Krc=50

Kte=0




F
igura 3 - Variação da força passiva com o avanço por dente e a profundidade de corte ap.

A simulação permitiu prever o comportamento das forças no fresamento e avaliar a influência de parâmetros de usinagem sobre a força na ferramenta. Através da simulação, pôde-se observar a variação da força com o avanço e a profundidade de corte e permitiu analisar as forças reais atuantes no processo com as forças teóricas obtidas através da simulação. Essa análise teórico-experimental das forças no fresamento garante a simulação como sendo a previsão teórica de forças atuantes em determinadas peças durante a usinagem.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

[1] KÖNIG,W.; KLOCKE, F. Tecnologia da usinagem com ferramentas de geometria definida – Parte 2 (Traduzido e adaptado por Rolf B. Schroeter e Walter L. Weingaertner), LMP/UFSC, 2002. p. 62-125.

[2] MACEDO, S. E. M. Análise de forças no fresamento de topo convencional e com altas velocidades de corte. Florianópolis, mar. 2001. 109 p. Dissertação de mestrado – CTC-UFSC.



[3] DIRIKOLU, M. H., CHILDS T. H. C., MAEKAWA, K. Finite element simulation of chip flow in metal machining, International Journal of Mechanical Sciences Vol 43, 2001 p. 2699-2713, Kirikalle, Turquia.

[4] SHIRASE, K., ALTINTAS, Y. Cutting forces and dimensional surface error generation in peripheral milling with variable pitch helical end mills, International Journal of Machining Tools Manufacturing Vol 36, No. 5 p. 567- 584, 1996, Grã-Bretanha.




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