03_sobremetal
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43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação
Mecânica
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
Sobremetal de Usinagem
Prof. Jorge Henrique Bidinotto
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Cotagem Baseada em Sistemas de Referência Introdução Exemplos
•Sobremetal de Usinagem Introdução Sobremetal Mínimo Necessário Tolerâncias e Sobremetais Operacionais Condições Operacionais do Processo de Usinagem Aplicação Prática
Sumário
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Deve ser feita sempre tomando como base a face de referência
•Quando se cota diâmetro, a referência sempre é a linha de centro, portanto se faz sem base em nenhuma face
•Dessa forma, ao olhar um desenho com sua cota, já é possível se identificar sua face de referência
Introdução:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Exemplos:
Cotagem Baseada em Sistemas de Referência
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Sobremetal de Usinagem é a camada de material a ser removida de uma peça quando esta sofre usinagem
•Quando a peça sofre várias operações de usinagem, cada uma tem seu sobremetal
•Pode ser classificado em:
Sobremetal total (St) – camada de metal removida após todas as operações de usinagem
Sobremetal intermediário (Si) – camada removida após cada ooperação de usinagem
•Logo : St=ΣSi
Introdução:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Pode ainda ser definido como a diferença entre as dimensões após e antes a operação de usinagem
•Unilateral
Introdução:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Bilateral em duas faces
Introdução:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Bilateral em revolução
Introdução:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Pode ser classificado ainda em:
Sobremetal nominal – Remoção estabelecida por cálculo. É utilizado para calcular as dimensões intermediárias às operações de usinagem
Sobremetal real – Camada REALMENTE removida na usinagem (coniderando erros)
Sobremetal verificado – Camada medida após a remoção de material (considerando erros do sistema de medição)
Introdução:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•O cálculo correto do sobremetal é importante por razões econômicas
•Quanto menor o sobremetal, menor o tempo de máquinas, a necessidade de máquinas novas, a despesa com mão-de-obra, etc.
•Por outro lado, se o sobremetal for muito pequeno, pode acontecer de a operação de usinagem “matar” a peça
•Uma peça em bruto muito precisa, porém, pode ser cara de tornar o processo oneroso
•Dessa forma, o sobremetal “ideal” calculado é o Sobremetal Mínimo Necessário (Sm)
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Define-se Sobremetal Mínimo Necessário (Sm) como: o sobremetal ótimo entre duas operações de usinagem que assegure uma qualidade previamente fixada na superfície a um custo de processamento mínimo na fabricação da peça em bruto e usinada
•O Sobremetal Mínimo Necessário deve também compensar alguns fatores como:
A espessura da camada danificada da peça em bruto, como a camada superficial em fundição, material descarbonetado em barras laminadas ou buracos, irregularidades, etc.
Erros inevitáveis de produção, como erros geométricos de máquinas operatrizes ou outros fatores
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Logo o sobremetal para uma determinada operação pode ser calculado por
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
i – operação qualquer de usinagem no processo de fabricação da peça, composto por n operações
Rmaxi-1 – altura máxima de rugosidade superficial da operação de usinagem anterior
t i-1 – profundidade da camada danificada correspondente à operação anterior
peças fundidas: camada de perlita
peças laminadas: camada descarbonetada
ρ i-1 – soma vetorial dos desvios de posição das superfícies de referência até a operação anterior: falta de paralelismo, perpendicularismo, simetria, etc.
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
ρ i-1 – soma vetorial dos desvios de posição das superfícies de referência até a operação anterior: falta de paralelismo, perpendicularismo, simetria, etc. Em geral é bem pequeno se comparado aos outros
εi – Erros que não aparecem antes de a peça ser fixada. Ex.: erro de planicidade em carcaças, excentricidade de eixos causados por flambagem, etc.
ρ1
ρ2
ρ
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Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
– Erro de localização devido a imperfeições em dispositivos de fixação. A peça fica livre desse erro quando as referências de usinagem são as mesmas de montagem
SεL – Sobremetal necessário
para compensar o erro de
localização
St – Sobremetal total
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Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
– Erro de deformação na peça devido à sua fixação
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
– Erro de deformação na peça devido à sua fixação
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
– Erro de montagem na máquina ou dos próprios ajustes de batente da máquina
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
Alguns desses erros podem ser estimados pelas tabelas
Valores médios de erros de montagem (ε) na fixação de peças em placas de 3 castanhas
Tipo da superfície
Até 50 50 a 120 120 a 260 260 a 500 Até 50 50 a 120 120 a 260 260 a 500
Deslocamento radial [mm] Deslocamento axial [mm]
Fundida em areia 0,3 0,4 0,5 0,6 0,1 0,12 0,15 0,2
Fundida em moldes permanentes 0,2 0,3 0,4 0,5 0,8 0,1 0,12 0,15
Fundida em shell-molding 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 0,08 0,1 0,12
Forjado em martelo 0,3 0,4 0,5 0,6 0,1 0,12 0,15 0,2
Forjado em prensas horizontais ou verticais 0,2 0,3 0,4 0,5 0,08 0,1 0,12 0,15
Usinagem de desbaste 0,1 0,15 0,2 0,25 0,05 0,08 0,1 0,12
Usinagem de acabamento 0,05 0,08 0,1 0,12 0,03 0,05 0,08 0,1
Retificada 0,02 0,03 0,04 0,05 0,01 0,015 0,025 0,03
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Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
Alguns desses erros podem ser estimados pelas tabelas
Erros de montagem (ε) na fixação de barras redondas laminadas a quente em placas de 3 castanhas
Diâmetro D [mm] até 9 10 a 18 19 a 25 26 a 48 50 a 58 60 a 78 80 a 95 110 a 115 120 a 125 130 a 150
Deslocamento radial 0,1 0,2 0,15 0,2 0,27 0,32 0,4 0,5 0,6 0,65
Deslocamento axial 0,07 0,08 0,1 0,13 0,18 0,21 0,27 0,33 0,44 0,47
Erros de montagem (ε) na fixação de barras redondas retificadas, trefiladas ou descascadas em pinças elásticas
Diâmetro D [mm] 6 a 10 10 a 18 18 a 30 30 a 50 50 a 80 80 a 100
Deslocamento radial 0,05 0,06 0,07 0,09 0,1 0,12
Deslocamento axial 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
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Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
Alguns desses erros podem ser estimados pelas tabelas
Valores de Rmax e t para diversas operações [μm]
Operação Rmax t
Torneamento desbaste 15-5,3 25-30
Torneamento acabamento 5,3-1,2 15-20
Mandrilamento 15-2,7 15-20
Alargamento 10,3-5,3 10-20
Brochamento 10,3-2,7 10-20
Acabamento com esferas 1,2-0,6 20-25
Retificação 5,3-0,3 15-20
Lapidação 1,25-0,3 3-5
Brunimento 1,25-0,3 20-25
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•Observações sobre a fórmula abaixo
Sobremetal Mínimo Necessário:
Sobremetal de Usinagem
1. Para retíficadoras centerless, o erro de montagem é zero: εi =0
2. Para peças de ferro fundido já desbastadas, a camada danificada já foi removida, logo ti = 0
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
Considerando:
T1 Tolerância da operação 1
T'1 Tolerância possível de ser obtida na operação 1 T2 Tolerância da operação 2
T'2 Tolerância possível de ser obtida na operação 2 Sm Sobremetal mínimo entre as operações 1 e 2 SM Sobremetal máximo entre as operações 1 e 2 D1m Dimensão mínima na operação 1 D1M Dimensão máxima na operação 1
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para dimensões externas
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Pode-se afirmar que
T1=D1M-D1m
D1m=D2M+Sm
D1M=D2m+T1+Sm+T2
T1+T2+Sm=SM
D1M=D2m+SM
•Sendo
T2 ≥ T’2
T1=T’1
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para dimensões internas
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Pode-se afirmar que
D1m=D2M-SM
D1M=D2m-Sm
SM=Sm+T1+T2
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Usinagem bilateral - eixos
D1m=D2M+2Sm
D1M=D2m+2SM
SM=Sm+T1+T2
•Usinagem bilateral - furos
D1m=D2M-2Sm
D1M=D2m-2SM
SM=Sm+T1+T2
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Considerando n operações - para dimensões externas
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para a i-ésima operação
DiM=D(i-1)m+Sim
Dim=D(i-1)M+SiM
SiM=Sim+Ti+T(i-1)
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Considerando n operações - para dimensões internas
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para a i-ésima operação
DiM=D(i-1)m-Sim
Dim=D(i-1)M-SiM
SiM=Sim+Ti+T(i-1)
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para dimensões de face
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para a face A
A1M=A2m-SmA
A1m=A2M-SMA
SMA=SmA+T1A+T2A
•Para dimensões de face
•Vale o mesmo equacionamento, sempre lembrando qual o sentido positivo das cotas
•Para a face B
B1m=B2M+SmB
B1M=B2m+SMB
SMB=SmB+T1B+T2B
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para a face A
Lim=L(i-1)M+Sim
LiM=L(i-1)m+SiM
SiM=Sim+T(i-1)+Ti
•Para dimensões de face – considerando n operações
•Para a face B
LiM=L(i-1)-Sim
Lim=L(i-1)-SiM
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para engrenagens
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Tolerâncias e Sobremetais Operacionais:
Sobremetal de Usinagem
•Para a face A
Lim=L(i-1)M+Sim
LiM=L(i-1)m+SiM
SiM=Sim+T(i-1)+Ti
•Para engrenagens
•Para a face B
LiM=L(i-1)-Sim
Lim=L(i-1)-SiM
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Conclui-se, então que, quando várias operações de usinagem são necessárias, o sobremetal deve ser calculado antes de cada uma delas, tentando, nas operações intermediárias, usar a tolerância máxima da máquina (dentro dos limites de custo)
•Para o cálculo do sobremetal áximo, deve serlevado em consideração:
•1. Tolerâncias: O sobremetal máximo para uma determinada operação é dado por
SiM=Sim+T(i-1)+Ti
•Sabendo que a máquina operatriz tem uma faixa de tolerâncias T’i possível, qual tolerância devo usar para uma operação i???
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•2. Segurança: O sobremetal mínimo deve seguir a seguinte relação
Sim=k . Sin
Sim – sobremetal mínimo real
Sin – sobremetal mínimo obtido por cálculo (ou tabela)
k – coeficiente de segurança
k=km x ki x ks x kr
•km: coeficiente de confiabilidade na tolerância. Quanto mais Ti se aproxima de T’i, maior é km.
km varia de 1,05 a 1,08
•ki: idade do equipamento. Quanto mais velho, maior ki
ki varia de 1,00 a 1,10
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•ks: confiabilidade na capacidade do processo. Quanto mais confiável, menor ks.
ks varia de 1,05 a 1,15
•kr: porcentagem admissível de peças rejeitadas. Quanto maior a porcentagem admissível, menor kr
kr varia de 1,00 a 1,03
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•Sobremetais totais
•Considerando o caso anterior (3 operações):
SMT=S1M+S2M+S3M
Sendo
S3M=S3m+T3+T2
S2M=S2m+T2+T1
S1M=S1m+T0+T1
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•Custos de manufatura
•Para cada fator da equação de k, pode ser associado um gráfico de custo com o aumento do coeficiente. A soma de todas as curvas é o custo total daquele processo
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•Custos de manufatura
•Colocando graficamente as curvas já obtidas em função do sobremetal, tem-se
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•Custos de manufatura
•Finalmente, além das considerações anteriores, devem ser analisados ainda:
•Máquinas disponíveis para operação e suas respectivas tolerâncias
•Tolerâncias de processamento comparadas às tolerâncias da máquina
Condições Operacionais do Processo de Usinagem:
Sobremetal de Usinagem
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•Calcule o sobremetal e o diâmetro inicial para o eixo abaixo
•Dados:
O eixo bruto é obtido por forjamento em recalcadora horizontal
As operações previstas para usinagem do eixo são torneamento de acabamento e retificação
Ignore o raio da ferramenta na mudança de diâmetros
Obs.: para tabelas com um intervalo de valores, considerar um valor aproximadamente na metade da faixa
Aplicação Prática
Sobremetal de Usinagem
43.064-1 Fundamentos de Fabricação Mecânica Sobremetal de Usinagem
•Calcule o sobremetal e o diâmetro inicial para o eixo abaixo
Aplicação Prática
Sobremetal de Usinagem