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ANÁLISE DAS CONDIÇÕES ECÔMICAS DE USINAGEM
Disciplina: Processo de Usinagem
Professor: Fernando Mota
Aluno: Jozelito Mendonça
Matrícula: 0016312
Julho/2007
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Buscar a otimização na redução de custos de materiais e aumento de produtividade; visando encontrar técnicas apropriadas de fabricação, bem como a utilização de novos materiais e processos.
Objetivo
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Estudaremos a relação:
Velocidade de Corte X Desgaste da Ferramenta
Como a principal condição para uma usinagem econômica
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A melhor relação será aquela que temos a maior velocidade de corte com o menor desgaste possível da ferramenta.
Desta forma deveremos ter um tempo de corte baixo e uma freqüência baixa de troca de ferramenta por desgaste.
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Dentre os principais aspectos que influenciam diretamente na relação Velocidade de Corte X Desgaste da Ferramenta, estão:
Temperatura de Corte
Material da Ferramenta
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A elevada temperatura gerada durante o processo de usinagem é um dos fatores que afetam os mecanismos de desgaste da ferramenta de corte.
A forma como é retirado este calor durante a usinagem é de fundamental importância.
Temperatura de Corte
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Dados Para Furação
0
100
200
300
400
500
600
15 30 40 50
MKL externo
MKL interno
Emulssão interna
Seco
Velocidade de Corte Vc
Tem
pera
tura
Máx
ima
T m
áx(
C)
MQL externo
MQL internoEmulssão interna
Seco
MQL Mínima Quantidade de Lubrificação
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Verifica-se o efeito da refrigeração efetuada pela emulsão aplicada em jorro pelo interior da ferramenta.
As temperaturas máximas para estas condições são de 68 a 78% menores que as temperaturas com utilização de MQL externo.
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Conclui-se que a refrigeração realizada pelo interior da ferramenta de corte é a mais adequada quando estamos visando um aumento da Velocidade do Corte com mínimo desgaste da ferramenta.
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O desenvolvimento de novos materiais para ferramentas de corte vem se tornando uma constante quando se necessita de menores custos de usinagem.
Material da Ferramenta
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Está sendo desenvolvido pela SANDVIK uma nova composição de pastilha de metal duro para ferramenta de corte que são utilizadas na usinagem ISO P que é a usinagem de materiais de cavacos longos, como: aços carbono e aços liga.
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Esta classe de ferramenta deve atender às diferentes exigências da usinagem, como:
Remoção de cascas de ferro fundido; Usinagem de forjados com grande variação
de profundidade de corte; Desbastes intermediários com altas
velocidades; Operações de acabamento;
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Ciclo de Usinagem (para um lote Z de Peças)
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Onde:
TC = Tempo de Corte: Etapa 3, corte;
TS = Tempo Secundário: Inclui as etapas de colocação e fixação das peças (1) e inspeção e retiradas de peças(5);
TA = Tempo de Aproximação e Afastamento: Inclui as etapas de Aproximação e posicionamento da ferramenta (2) e afastamento da ferramenta (4);
TP = Tempo de preparo da Máquina: Etapa 6;
Tft = Tempo de Troca de Ferramenta: Inclui a remoção para trocas de ferramentas(7) e o ajuste e colocação da nova ferramenta (8);
NT = Nº de trocas de ferramentas na produção do lote;
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Tempo de usinagem (1pç) cont.
Onde:
ZT = Nº de peças usinadas durante a vida T de uma ferramenta; e
(3)
Substituindo a equação (3) na equação (1) teremos:
(4)
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Tempo de usinagem (1pç) cont.
Podemos ainda simplificar a equação (4) dividindo-a em 3 parcelas, cada qual com
uma relação diferente com a velocidade de corte:
(4)
T1 = Tempo improdutivo Colocação, retirada e inspeção da peça, Substituição da Ferramenta e preparo da máquina.
Onde:
TC = Tempo de corte. (Diminui com o aumento da Vc)
T2 = Tempo relacionado à troca de ferramenta (Aumenta com o aumento da Vc)
(5)
(Diminui com o aumento da Vc)
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Velocidade de Corte da Máxima Produção
Para o Torneamento cilíndrico temos:
Percurso de Avanço (mm):
E Rotação da Peça (rpm):
Substituindo (7) em (6):
(6)
(7)
(8)
Onde,
Vf = Velocidade de Avanço (m/min);
Vc = Velocidade de Corte (m/min);
f = Avanço (mm/volta);
d = Diâmetro da peça (mm).
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Substituindo a Equação (8) em (5) teremos:
(8) em (5)
(9)
Segundo Taylor: (10)
Substituindo a Equação (10) em (9) teremos:
(11)
Velocidade de Corte da Máxima Produção Cont.
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Temos então, relativas à equação (5) as seguintes equações:
Que geram as curvas da Figura abaixo:
Fig. 01 – Tempo de Produção por peça x Velocidade de Corte
1º O valor da Vcmxp ( Velocidade de corte de máxima produção) é, como se pode observar na figura ao lado, o ponto de mínimo da curva Tt x Vc.
Velocidade de Corte da Máxima Produção Cont.
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2º Admitindo-se que não haja pontos de máximo ou de inflexão (o que é verdade), e que só haja um único ponto de mínimo, basta igualar a derivada de dtc/dVc a zero, para encontrar o valor de Vc que nos leve ao mínimo (o procedimento correto seria ápós identificar o – ou os- pontos da curva onde a derivada primeira se iguala a zero , fazer o teste da derivada segunda, cujo valor, caso seja positivo, nos indica que o ponto é de mínimo – se negativo, o ponto é de máximo e se igual a zero de inflexão).
(12)
Igualando (12) a zero temos:
(13)
Velocidade de Corte da Máxima Produção Cont.
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E, solucionando (13) para Vcmxp, temos:
(14)
E ainda, substituindo Vcmxp na Equação de Taylor (10), obtemos o Tmxp que é a vida Da ferramenta para a máxima produção:
(15)
Pode-se então, obter a Vcmxp para um processo sabendo-se apenas o tempo de troca da ferramenta e os coeficientes x e k da fórmula de Taylor;
Velocidade de Corte da Máxima Produção Cont.
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Custo de Produção
Tipos de Custos:
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O custo da produção por peça (Kp) = Kus + Kuf + Kum
Onde,
Tt = Tempo total (min.) de confecção por peça;Sh = Salários e encargos do operador por hora.
Kft = Custo da ferramenta por vida;Zt = Nº de peças usinadas por vida T da ferramenta.
Custo da mão de obra da usinagem:
Custo das ferramentas ( depreciação, troca, afiação, etc.):
(16)
(17)
Custo de Produção cont.
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Custo da máquina (depreciação, manutenção, espaço ocupado, energia consumida, etc.):
Onde,
Ou
(18)
(19)
Custo de Produção cont.
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O custo da produção por peça (Kp) = Kus + Kuf + Kum ou
Substituindo a equação (11) =
(20)
em (20) e manipulando a equação têm-se:
(21)
Que pode ser reduzido para:
(22)
Onde, C1, C2 e C3 são termos que:C1(R$/peça) Independe de Vc;C2 (R$/hora) – É a soma das despesas comMão-de-obra e máquina diminui com Vc;C3 – Constante de custo relativo a ferramenta
aumenta com Vc.
Vida Econômica da Ferramenta
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Para o torneamento cilíndrico, substitui-se a equação:
em
Obtendo:
(23)
E substituindo T (equação de Taylor) em (23):
(24)
Vida Econômica da Ferramenta cont.
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Fig. 02 – Custo por Peça x Velocidade de Corte
Graficamente:
O ponto de mínimo da curva Kp x Vc pode ser encontrada de forma análoga ao da curva Tt x Vc, através da derivação de Kp, então:
Resolvendo para Vco , temos:
(25)
(26)
Que diferente da Vcmxp, depende de parâmetros De obtenção mais difícil como C2 e C3.Substituindo a equação (26) na equação de Taylor temos a vida da ferramenta para o mínimo Custo, que é:
(27)
Vida Econômica da Ferramenta cont.
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Bibliografia:
Diniz, Anselmo Eduardo. TECNOLIGIA DA USINAGEM DOS MATERIAIS. mm editora São Paulo.
Revista o Mundo da Usinagem
Ed 2.2006 – 26 Publicação SANDVIK do BRASIL.