Partilhar: WhatsApp
aulify · Sebenta
UC · Unidade de Competência · UC02958

Sebenta · Aplicar a tecnologia do corte na maquinação de peças em tornos CNC (UC02958)

Materiais, ferramentas, suportes e parâmetros de corte, do desenho ao ensaio de maquinação
25h · 2.25 pontos crédito Curso: T. Programação e Maquinaçã ↗ Referencial oficial SNQ
Índice

Introdução

Esta sebenta ensina a aplicar a tecnologia do corte na maquinação de peças em tornos CNC: como analisar uma peça e o seu material, preparar ferramentas e suportes, determinar os parâmetros tecnológicos de corte e testar e validar esses parâmetros num ensaio de maquinação real. É a base técnica que separa um operador que "carrega no botão" de um técnico que compreende porque escolheu cada valor.

O percurso segue as quatro realizações do referencial: analisar a peça e as propriedades do material, preparar as ferramentas e os suportes, determinar os parâmetros tecnológicos, e testar e validar esses parâmetros em ensaios de maquinação. Ao longo do caminho, cruzam-se desenho técnico, tolerâncias, acabamento superficial, tecnologia dos materiais, ferramentas de corte, fórmulas de maquinação, formação da apara e segurança no trabalho.

Objetivos de aprendizagem (referencial): interpretar o desenho técnico e a ficha de fabrico; identificar operações, tratamentos, acabamentos e tolerâncias; interpretar a ficha técnica do material; selecionar ferramentas de corte e suportes adequados; calcular os parâmetros de maquinação e de corte; ajustar os parâmetros em função do comportamento da ferramenta em ensaio; avaliar o desgaste e estimar a vida útil da ferramenta; e aplicar as normas de segurança e saúde no trabalho.

1. Analisar a peça e o material a maquinar

Antes de programar seja o que for, o técnico analisa a peça e as propriedades do material. É a primeira realização desta UC e a que condiciona todas as decisões seguintes: uma ferramenta bem escolhida para o material errado não corta bem, e um parâmetro calculado sem conhecer a tolerância exigida pode entregar uma peça fora de especificação.

O que observar em qualquer peça nova

Exemplo resolvido · ler a informação de uma peça

Uma ordem de fabrico pede um veio em aço C45, ⌀40 mm exterior com tolerância +0,02/−0,00 numa zona de ajuste, comprimento 120 mm, acabamento Ra 1,6 µm na zona de ajuste e Ra 6,3 µm no resto, e quantidade de 50 unidades.

Resolução: o técnico regista: material C45 (aço de médio carbono, boa maquinabilidade em estado recozido); zona crítica de ⌀40 com tolerância apertada, exige acabamento; 50 unidades, o que já justifica um suporte e pastilha estandardizados para várias trocas sem perder tempo a reconfigurar. Esta leitura orienta toda a preparação seguinte.

2. Ler o desenho técnico e a ficha de fabrico

O desenho técnico é a linguagem normalizada entre o gabinete de projeto e a oficina, seguindo normas (ISO/NP) que garantem que qualquer técnico o interpreta da mesma forma, em qualquer país e em qualquer empresa.

Projeções, cortes e secções

Cotagem, simbologia e anotações

A cotagem atribui um valor numérico a cada dimensão, com linhas de cota e linhas de chamada. A simbologia mais comum:

Símbolo Significado
diâmetro
R raio
quadrado
M rosca métrica (ex.: M10)
x 45° chanfro a 45 graus

As anotações completam o desenho: tolerâncias gerais (ex.: norma ISO 2768), tratamento térmico exigido, acabamento superficial de cada zona.

A ficha de fabrico

A ficha de fabrico acompanha o desenho técnico e traduz "o quê fazer" em "como fazer": lista as operações, a sequência recomendada, as ferramentas sugeridas e, muitas vezes, tempos estimados por operação. Desenho e ficha de fabrico juntos são o ponto de partida de qualquer programação CNC.

3. Toleranciamento dimensional e geométrico

Nenhuma peça é fabricada exatamente na cota nominal: existe sempre uma margem aceitável de variação, a tolerância.

Cota máxima, mínima e média

Exemplo resolvido · calcular cotas máxima, mínima e média

Uma cota vem especificada como ⌀20 +0,02/−0,00 mm.

  1. Cota máxima = 20 + 0,02 = 20,02 mm.
  2. Cota mínima = 20 + 0,00 = 20,00 mm.
  3. Cota média = (20,02 + 20,00) / 2 = 20,01 mm.

O técnico programa a passagem de acabamento para deixar a peça o mais próximo possível de 20,01 mm, com margem de segurança para os dois lados.

Graus de tolerância e ajustamentos

O sistema ISO de tolerâncias define graus (IT01 a IT18): quanto menor o número do grau, mais apertada (e mais cara) a tolerância. Um ajustamento combina um veio (letra minúscula, ex.: g6) com um furo (letra maiúscula, ex.: H7), produzindo encaixes com folga, incerteza ou aperto conforme a combinação.

A tolerância geométrica (forma, orientação, posição, batimento) é complementar à dimensional: uma peça pode cumprir a cota e, ainda assim, estar empenada ou desalinhada, e por isso falhar na montagem.

4. Acabamento superficial: Ra e Rz

O estado de acabamento superficial indica o grau de rugosidade exigido numa superfície, crítico em zonas de contacto, vedação ou ajuste deslizante.

Parâmetros de rugosidade

Ra (µm) Aspeto típico
0,4 a 0,8 retificado, muito fino
1,6 a 3,2 torneado de acabamento
6,3 a 12,5 torneado de desbaste

O símbolo de acabamento no desenho (um "checkmark" com o valor ao lado) indica a exigência de cada superfície; nem todas as zonas da peça precisam do mesmo Ra.

Relação com os parâmetros de corte

O acabamento depende sobretudo do avanço (f) e do raio de ponta da ferramenta: avanços menores e raios maiores dão superfícies mais finas. A velocidade de corte e o desgaste da ferramenta também pesam, uma aresta desgastada degrada o acabamento mesmo com os mesmos parâmetros programados. Confirma-se o resultado com rugosímetro ou por comparação com escalas padrão de acabamento.

5. Tecnologia dos materiais

Escolher a ferramenta e os parâmetros certos exige compreender o material que se vai cortar.

Propriedades relevantes para a maquinação

Um material mais duro exige uma velocidade de corte menor e uma ferramenta mais resistente ao desgaste.

A ficha técnica do material

A ficha técnica reúne a informação necessária para decidir: designação normalizada e composição química, propriedades mecânicas (dureza em HB ou HRC, resistência à tração em MPa), estado de fornecimento (recozido, normalizado, temperado e revenido) e, quando disponíveis, recomendações de maquinabilidade. Interpretar corretamente a ficha técnica é uma aptidão central desta UC: sem ela, qualquer cálculo de parâmetros parte de uma base incerta.

6. Tipos de materiais e a chave de aços

Famílias de materiais metálicos

Família Características Exemplo de uso
Aços versáteis, custo moderado veios, eixos, parafusos
Aços inoxidáveis resistentes à corrosão, "pegajosos" ao corte equipamento alimentar, médico
Ferro fundido frágil, boa maquinabilidade, apara curta blocos de motor, bases
Metais não ferrosos alumínio, latão, cobre; leves componentes leves, elétricos
Superligas resistentes a alta temperatura, muito abrasivas aeronáutica, turbinas
Aços endurecidos dureza elevada por tratamento térmico moldes, ferramentas

Repara que "difícil de maquinar" não é sinónimo de "frágil": o ferro fundido é frágil mas maquina-se com facilidade, enquanto um aço inoxidável austenítico é dúctil mas desgasta a ferramenta rapidamente por encruar (endurecer) à frente do corte.

Normalização e a chave de aços

Os aços seguem sistemas de normalização distintos consoante o país ou a organização: europeu (EN), alemão (DIN), americano (AISI/SAE), entre outros. A chave de aços é a tabela de referência cruzada que permite encontrar o equivalente de um aço entre normas diferentes. Um mesmo material pode aparecer catalogado como C45 (EN), Ck45 (DIN) ou 1045 (AISI): são, na prática, o mesmo aço com designações distintas.

Saber consultar a chave de aços evita o erro grave de encomendar ou receber um material com propriedades diferentes das esperadas por uma simples confusão de designação.

7. Tratamentos térmicos dos aços

O tratamento térmico altera a estrutura interna do aço por aquecimento e arrefecimento controlados, mudando as suas propriedades mecânicas sem alterar a composição química.

Tipos e aplicação

Tratamento Efeito Uso
Recozido amolece, alivia tensões facilita a maquinação
Normalizado uniformiza o grão após forjagem/laminagem
Têmpera aumenta muito a dureza torna o aço frágil sozinho
Revenido reduz a fragilidade da têmpera usado sempre após têmpera

A sequência típica para peças de precisão que exigem dureza é têmpera seguida de revenido: a têmpera dá dureza, o revenido devolve tenacidade suficiente para a peça não partir com um choque.

Influência na seleção da ferramenta

Um aço recozido maquina-se com parâmetros e ferramentas correntes. Um aço temperado e revenido a dureza elevada (por exemplo, acima de 45 HRC) exige ferramentas de material mais duro (metal duro revestido, cerâmica ou CBN) e velocidades de corte menores; existem mesmo processos dedicados a maquinar aço endurecido diretamente ("hard turning"), com ferramentas próprias. Confirmar o tratamento térmico antes de escolher a ferramenta evita desgaste prematuro e falhas na aresta de corte.

8. Operações de torneamento

No torneamento, a peça roda presa ao mandril e a ferramenta desloca-se, retirando material sob a forma de apara.

Operações fundamentais

Exemplo resolvido · sequenciar a maquinação de um veio

Peça: veio ⌀40 mm exterior com uma zona roscada M20 numa extremidade, comprimento total 120 mm.

Resolução: 1) facejar a face de referência; 2) cilindrar em desbaste, deixando sobremetal (ex.: 0,3 mm) para a passagem de acabamento; 3) cilindrar em acabamento à cota final; 4) roscar a zona M20; 5) chanfrar as arestas vivas; 6) cortar a peça de barra, se aplicável. Separar desbaste de acabamento poupa tempo de máquina e prolonga a vida da ferramenta de acabamento, que fica só com o esforço menor da última passagem.

9. Ferramentas de corte para torneamento

Tipos de ferramenta

Material da aresta de corte

Material Dureza a quente Tenacidade Uso típico
Aço rápido (HSS) baixa alta ferramentas simples, baixa velocidade
Metal duro (carboneto de tungsténio) alta média uso geral, a maioria das operações
Cerâmica / CBN muito alta baixa materiais duros, alta velocidade
Diamante policristalino (PCD) muito alta baixa não ferrosos, alta precisão

Quanto mais duro o material da ferramenta, geralmente menos tenaz é: mais resistente ao desgaste por atrito, mas mais frágil ao choque e à vibração.

Simbologia e normas

As pastilhas seguem uma norma de designação ISO: uma sequência de letras e números que codifica forma, ângulo de saída, tolerância dimensional e raio de ponta. Ler o código ISO de uma pastilha permite identificar rapidamente as suas características sem consultar sempre a ficha completa do fabricante. A geometria da pastilha (positiva, negativa, com quebra-aparas) afeta diretamente a formação da apara e o esforço de corte.

10. Suportes de ferramentas e organização do posto de trabalho

A função do suporte

O suporte fixa a pastilha (ou a ferramenta) e posiciona-a corretamente em relação à peça e à torre do torno CNC. Garante o ângulo de posicionamento correto da aresta de corte, absorve parte das vibrações e permite trocar pastilhas gastas sem desmontar todo o sistema. Também segue simbologia e normas próprias: código do suporte, mão direita ou esquerda, ângulo.

Exemplo resolvido · adequar suporte e ferramenta ao cenário

Cenário: cilindrar exteriormente um veio de aço C45 em desbaste, numa torre com fixação prismática, com um bom controlo de vibração exigido devido ao comprimento livre da peça.

Resolução: escolher pastilha de metal duro com geometria negativa (mais robusta, absorve melhor o esforço de desbaste), suporte com o ângulo de posicionamento adequado a cilindragem exterior, mão conforme a orientação da torre, e comprimento de saída (balanço) mínimo necessário para reduzir vibração. Verificar sempre que o suporte cabe fisicamente na torre disponível antes de montar.

Informação técnica e organização

Antes de calcular os parâmetros, o técnico consulta a informação técnica dos fabricantes: catálogos em papel ou PDF, tabelas de corte recomendadas por combinação material/ferramenta, e aplicativos web que sugerem parâmetros de partida. Os valores calculados nesta UC são um ponto de partida; o catálogo do fabricante da ferramenta tem sempre a última palavra sobre os seus limites reais.

Manter o posto de trabalho organizado em função das ferramentas e equipamentos a utilizar é um critério de desempenho avaliado: ferramentas e suportes arrumados e identificados, instrumentos de medição protegidos e calibrados, zona de trabalho livre de aparas e óleo.

11. Parâmetros fundamentais de corte

Os parâmetros fundamentais definem como a ferramenta ataca o material.

Parâmetro Símbolo Unidade Significado
Velocidade de corte Vc m/min velocidade a que a superfície da peça passa pela aresta
Rotação n rpm velocidade angular do fuso
Avanço f mm/rotação deslocamento da ferramenta por volta da peça
Profundidade de corte ap mm espessura de material retirada em cada passagem
Largura de corte ae mm extensão lateral de material removida (ex.: ranhuragem)

A fórmula fundamental

Vc = (π × D × n) / 1000, com D o diâmetro da peça em mm e n em rpm.

Isolando n: n = (1000 × Vc) / (π × D).

Exemplo resolvido · calcular a rotação a programar

Um aço C45 recomenda Vc = 180 m/min para a pastilha escolhida. A peça tem diâmetro D = 40 mm.

  1. n = (1000 × Vc) / (π × D).
  2. n = (1000 × 180) / (π × 40).
  3. n = 180000 / 125,66.
  4. n ≈ 1433 rpm.

Na máquina, arredonda-se para o valor disponível mais próximo (por exemplo, 1400 rpm), preferindo arredondar por baixo quando a ferramenta é mais sensível.

Exemplo resolvido · o efeito do diâmetro

Se a mesma Vc = 180 m/min for aplicada a um diâmetro menor, D = 20 mm:

n = (1000 × 180) / (π × 20) = 180000 / 62,83 ≈ 2865 rpm.

Ao reduzir o diâmetro a metade, a rotação necessária duplica para manter a mesma velocidade de corte: é por isso que, ao facejar até ao centro de uma peça, muitos controlos CNC limitam a rotação máxima para não disparar sem sentido.

12. Parâmetros específicos de corte

Os parâmetros específicos ajudam a prever o esforço sobre a ferramenta e a exigência sobre a máquina.

Parâmetro Fórmula Unidade
Secção da apara (A) A = ap × f mm²
Força de corte (Fc) Fc = kc × A N
Potência de corte (Pc) Pc = (Fc × Vc) / (60 × 1000) kW
Taxa de remoção de material (Q) Q = Vc × ap × f cm³/min

O kc (força específica de corte) é uma propriedade do material, tabelada nos catálogos de ferramentas para cada tipo de aço, inoxidável, ferro fundido ou não ferroso; materiais mais duros e mais tenazes têm kc mais elevado.

Exemplo resolvido · força, potência e taxa de remoção

Ap = 2 mm, f = 0,25 mm/rotação, Vc = 180 m/min, kc = 2000 N/mm² (aço C45 em desbaste).

  1. Secção da apara: A = ap × f = 2 × 0,25 = 0,5 mm².
  2. Força de corte: Fc = kc × A = 2000 × 0,5 = 1000 N.
  3. Potência de corte: Pc = (Fc × Vc) / 60000 = (1000 × 180) / 60000 = 3 kW.
  4. Taxa de remoção: Q = Vc × ap × f = 180 × 2 × 0,25 = 90 cm³/min.

Se o fuso do torno CNC disponibiliza 5 kW, os parâmetros são viáveis com margem. Se a máquina só tivesse 2 kW disponíveis, seria necessário reduzir ap ou f até a potência calculada caber no limite da máquina.

13. Métodos de corte, formação da apara e ângulos de corte

Formação da apara

O tipo de apara é um indicador visual imediato do estado do corte:

Apara longa e emaranhada à volta da peça ou da ferramenta é sinal de alerta: risco de acidente e de risco na superfície já acabada.

Ângulos de corte da ferramenta

Não existe um ângulo "melhor" em absoluto: existe o mais adequado ao material e à operação em causa. Materiais duros pedem geometrias mais negativas e robustas; materiais macios e dúcteis toleram geometrias positivas que reduzem o esforço de corte.

14. Ensaio de maquinação, desgaste, vida útil, fluidos e segurança

O ensaio de maquinação

Depois de calculados, os parâmetros testam-se e validam-se num ensaio real, cumprindo a terceira e a quarta realizações da UC.

  1. Montar a peça, a ferramenta e o suporte definidos.
  2. Programar os parâmetros calculados no torno CNC.
  3. Executar uma primeira passagem curta, observando som, apara e vibração.
  4. Ajustar os parâmetros em função do comportamento observado (por exemplo, reduzir Vc se houver vibração excessiva ou ruído anómalo).
  5. Medir a peça e o acabamento obtido, comparando com o desenho técnico.

Exemplo resolvido · ajustar parâmetros após um ensaio

No ensaio da peça de aço C45 com Vc = 180 m/min, f = 0,25 mm/rotação e ap = 2 mm, observa-se vibração audível e um acabamento pior do que o previsto (Ra acima do exigido).

Resolução: reduzir a profundidade de corte para 1,5 mm e o avanço para 0,20 mm/rotação, mantendo Vc. Recalcular: A = 1,5 × 0,20 = 0,3 mm²; Fc = 2000 × 0,3 = 600 N; Pc = (600 × 180) / 60000 = 1,8 kW. Menor força de corte reduz a vibração e melhora o acabamento, com alguma perda de produtividade (Q também desce). Repetir o ensaio e confirmar o resultado antes de validar em definitivo.

Desgaste e vida útil da ferramenta

O desgaste da ferramenta resulta de atrito, calor e abrasão continuados; os sinais incluem alteração da apara, ruído anómalo e degradação do acabamento. A vida útil é o tempo (ou volume de material removido) até a ferramenta deixar de cortar dentro das especificações; estima-se por experiência acumulada e por relações entre velocidade de corte e tempo de vida (quanto maior a Vc, menor a vida útil da aresta, em geral). Fatores que aceleram o desgaste: velocidade excessiva, material muito abrasivo, arrefecimento insuficiente e falta de manutenção do suporte.

Fluidos de corte

Os fluidos de corte refrigeram a zona de corte, lubrificam o contacto ferramenta-peça e ajudam a evacuar a apara. A escolha depende do material: fluidos aquosos para a maioria dos aços, óleos de corte puro para operações mais exigentes, e por vezes corte a seco para materiais como o ferro fundido, cuja apara já sai fragmentada.

Manutenção e segurança

Erros comuns

Glossário

Síntese

Aplicar a tecnologia do corte na maquinação em torno CNC segue sempre a mesma ordem: analisar a peça e o material (desenho técnico, tolerâncias, acabamento, ficha técnica) → preparar ferramentas e suportes adequados (materiais de corte, simbologia, organização do posto) → determinar os parâmetros tecnológicos (Vc, n, f, ap, força, potência, taxa de remoção, com base em catálogos) → testar e validar num ensaio de maquinação, ajustando o que for preciso. Tudo isto sob normas de segurança e saúde no trabalho, do início ao fim.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça em aço C45 tem ⌀30 mm e a pastilha recomenda Vc = 200 m/min. Calcula a rotação a programar.

Resolução: n = (1000 × Vc) / (π × D) = (1000 × 200) / (π × 30) = 200000 / 94,25 ≈ 2122 rpm.

2. A mesma velocidade de corte é aplicada a ⌀60 mm. Qual a nova rotação, e o que se conclui sobre a relação entre diâmetro e rotação?

Resolução: n = (1000 × 200) / (π × 60) = 200000 / 188,5 ≈ 1061 rpm. Ao duplicar o diâmetro, a rotação necessária para a mesma Vc reduz-se a metade: rotação e diâmetro são inversamente proporcionais, para uma velocidade de corte constante.

3. Com ap = 1,5 mm, f = 0,2 mm/rotação e kc = 1800 N/mm², calcula a secção da apara e a força de corte.

Resolução: A = ap × f = 1,5 × 0,2 = 0,3 mm². Fc = kc × A = 1800 × 0,3 = 540 N.

4. Uma cota vem definida como ⌀25 +0,03/−0,01. Indica a cota máxima, mínima e média.

Resolução: máxima = 25 + 0,03 = 25,03 mm; mínima = 25 − 0,01 = 24,99 mm; média = (25,03 + 24,99) / 2 = 25,01 mm.

5. Um técnico maquina um aço inoxidável austenítico com os mesmos parâmetros que usa num aço macio comum e a ferramenta desgasta-se muito depressa. Explica porquê e o que deveria ter feito.

Resolução: os aços inoxidáveis austeníticos encruam (endurecem) à frente da aresta de corte e são "pegajosos", exigindo Vc mais baixa e, muitas vezes, ferramenta mais tenaz ou revestida. Deveria ter consultado a ficha técnica do material e o catálogo da ferramenta antes de aplicar parâmetros de outro material, e reduzido a velocidade de corte para este caso específico.

6. Durante um ensaio, a peça sai com Ra acima do exigido. O avanço estava em 0,35 mm/rotação. O que se deve ajustar primeiro, e porquê?

Resolução: reduzir o avanço (f), porque é o parâmetro que mais influencia diretamente o acabamento superficial: avanços menores deixam marcas de corte mais finas e próximas, reduzindo Ra. Só depois, se o problema persistir, verificar o raio de ponta da ferramenta e o seu estado de desgaste.