Cálculo de Potência de torno para usinagem

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A potência de usinagem depende, assim como no cálculo da física, do produto entre a força exercida e a velocidade do processo:

- Potência de corte (PC): PC= [CV]; onde FC e VC respectivamente força e velocidade de corte empregados no processo;[pic 5]

- Potência de avanço (Pf): Pf= [CV]; onde Ff e Vf respectivamente força e velocidade de avanço, esta potência de valor na ordem de 140 vezes menor que a potência de corte, portanto não influenciando de forma significativa no cálculo da potência de usinagem;[pic 6]

- Potência efetiva de corte (Pe): Pe = PC + Pf, neste cálculo pode-se desconsiderar a potência de profundidade (Pp) devido a seu valor ser muito baixo, além de levarmos em consideração o que foi dito no item anterior sobre a Pf, portanto Pe = PC = FC x VC;

- Potência elétrica (PE): PE = V x I x x cos(φ),onde: V é a tensão elétrica local em volts, I a corrente elétrica local em ampére, devido ao sistema trifásico da rede elétrica e cos(φ) o fator de potência da rede varia entre 0,8 e 0,9, usaremos (para este experimento aproximadamente 0,80).[pic 7][pic 8]

Ainda para o cálculo da potência de usinagem deve-se considerar a pressão específica de corte (KS) dada pela expressão: KS= ; onde FC é a força de corte em N (newtons) e S a área da seção de corte (mm²). Esta pressão será necessária para o posterior cálculo da potência de corte pelos métodos de Kienzle (PCK) e Sandvik (PCS), ainda para ela (KS) devem-se levar em consideração diversos fatores:[pic 9]

- Material da peça: a composição química influencia na pressão de corte, um material mais duro exige do torno uma maior força de corte e consequentemente um aumento na pressão de corte;

- Secção do cavaco: quanto mais espesso menor a pressão específica de corte e tendendo a ficar constante conforme a espessura do mesmo aumenta;

- Fluido de corte: somente para baixas velocidades de corte há a influência do fluido para a diminuição da pressão de corte, tal diminuição influi mais no sistema conforme a penetração desse fluido na zona de contato da ferramenta com a peça;

- Velocidade de corte: a pressão de corte tende a diminuir com o aumento da velocidade de corte aplicada;

- Geometria da ferramenta: quanto maior o ângulo de penetração da ferramenta na peça, menor será a pressão de corte, um ângulo de saída muito pequeno proporciona um aumento na pressão, devido ao aumento do atrito no contato, a pressão de corte também diminui com o ângulo de posição da aresta de corte principal no processo;

- Afiação da ferramenta: influi de forma notável os valores de KS, aumentando em até 25% os valores da força de corte, para pontas de ferramentas mais arredondadas devido à falta de afiação;

- Rigidez da ferramenta: esta quando pequena proporciona um aumento na força de corte.

- Método de Kienzle

O método de Kienzle mostra KS por outra fórmula, com o coeficiente hZ para possibilitar um valor de força de corte mais preciso dentro do cálculo de KS, da seguinte forma:

KS = KSl/ hZ ou KS = KSl x h-Z; onde KSl e Z são valores tabelados em função do tipo de material a ser usinado

FC = KSl x h-Z x h x b = KSl x h1-Z x b e b = (relação do ângulo de posição da ferramenta)[pic 10]

FC = KSl x h1-Zx (força de corte)[pic 11]

Para o cálculo de potência necessitamos ainda da velocidade de corte que é determinada por:

VC = π x dC x n; onde π x dC comprimento da circunferência usinada em mm/rpm e n a rotação de corte em rpm.

Por fim o cálculo da potência sendo força x velocidade fica da seguinte forma:

PCK = KSl x h1-Zx x π x dC x n;[pic 12]

Com as devidas correções de unidades:

PCK = KSl x h1-Zx x π x dC x n x 10-6 / 60 (KW)[pic 13]

- Método Sandvik

O método Sandvik estabeleceu uma padronização do valor de KS para um h = 0,4 mm, assim determinando um valor de KS para diversas espessuras de corte, sendo definida pela equação:

KScorrigido (KS) = KStabelado x 0,29; este último é o KC0,4.[pic 14]

No cálculo da força de corte:

FC = KC0,4 x 0,29 x ap x f;[pic 15]

Após isso temos a potência de corte calculada da seguinte forma:

PCS = KC0,4 x 0,29 (KW); os valores da equação serão definidos pelo material usado para usinagem e a ferramenta de corte, pelo catálogo do fabricante.[pic 16][pic 17]

- Método da Potência Elétrica

Potência elétrica (PE): PE = V x I x x cos(φ).[pic 18]

- Procedimentos

Após a apresentação da teoria e procedimentos do experimento, realizamos a experiência no laboratório de mecânica onde estava o torno de trabalho do experimento (torno horizontal universal). Uma peça cilíndrica em aço 1045 de dureza 180 HB (Brinell) foi posicionada no torno para ser trabalhada pela ferramenta em três faixas de rotação distintas 400, 800 e 1120 rpm, a primeira em baixa rotação, a segunda em média e a terceira em alta rotação. Os tomamos em nota os valores da tensão elétrica local e também da corrente elétrica inicial antes da operação de corte do torno, estes valores, após realizado o devido trabalho seriam utilizados nos cálculos de potência elétrica (PE) para comparação com os valores de potência de corte calculados para ambos os métodos citados anteriormente (PCK e PCS). Também foram anotados os valores da profundidade de corte (ap), o diâmetro inicial da peça (d), o avanço da peça (f) e os valores da corrente elétrica para cada faixa de rotação nos três processamentos (I). Através de catálogos da ferramenta de corte foram anotados os seus dados básicos para uso e comparação com aos valores obtidos no experimento. Também foram anotados os valores tabelados de KSl, KC0,4 e 1-Z para o aço 1045 e cálculo das potências de corte pelos métodos de referência. Também serão calculados os rendimentos para cada um dos métodos, sendo