UC03942

Aplicar as ferramentas de corte na maquinação

Materiais, suportes e ferramentas de corte, parâmetros de maquinação e testes em torno e fresadora

Curso profissional · 50h · Técnico de Produção e Gestão de Moldes

Plano

  1. Materiais metálicos e não metálicos
  2. Tratamentos térmicos dos aços
  3. Acabamento superficial e toleranciamento
  4. Organização do posto e fixação de peças
  5. Suportes de ferramentas
  6. Ferramentas de corte e a norma ISO 513
  7. Geometria da ferramenta
  8. Profundidade e largura de corte
  9. Velocidade de corte e rotação
  10. Avanço e tempo de maquinação
  11. Preparar e operar a máquina-ferramenta
  12. Testes de maquinação
  13. Fluidos de corte
  14. Manutenção e vida da ferramenta
  15. Segurança, EPI e proteção ambiental

Bloco 1 · Materiais metálicos e não metálicos

Estudar a peça antes de cortar

A primeira realização da UC: efetuar o estudo da peça e das propriedades do material. Sem isto, nenhum parâmetro de corte é seguro.

  • O que interessa saber: classe do material, tratamento térmico já aplicado, tolerâncias e acabamento pedidos.
  • Tudo isto vem do desenho técnico e da ficha de fabrico da peça.
  • Um erro aqui propaga-se a todas as decisões seguintes: ferramenta, parâmetros, resultado.

Classes de materiais para maquinação

Classe Exemplos Para a maquinação
Aços ao carbono/ligados C45, 42CrMo4 boa maquinabilidade sem tratamento
Aços inoxidáveis X5CrNi18-10 apara longa e aderente
Ferros fundidos ferro fundido cinzento apara curta, grafite lubrifica
Ligas de alumínio Al-Si velocidades altas, cuidado com aderência
Superligas ligas de níquel velocidades baixas
Não metálicos POM, PA, compósitos cuidado com o calor de amolecimento

Norma de designação dos aços: EN 10027 (ex.: C45 = 0,45% de carbono médio).

Bloco 2 · Tratamentos térmicos dos aços

Tipos de tratamento e efeito na ferramenta

Tratamento O que faz Maquinação
Recozimento amolece maquinabilidade máxima
Normalização uniformiza o grão boa maquinabilidade
Têmpera endurece (pode passar 50 HRC) exige ferramenta muito mais resistente
Revenido reduz fragilidade pós-têmpera dureza alta, mais tenaz
Cementação endurece só a superfície núcleo dúctil, superfície dura

Um aço temperado exige um grupo de ferramenta diferente (cerâmica ou CBN), velocidades de corte mais baixas e avanços reduzidos.

Bloco 3 · Acabamento superficial e toleranciamento

Rugosidade e tolerâncias

  • Rugosidade Ra: desvio médio do perfil da superfície, em µm. Desbaste: 6,3 a 12,5 µm. Acabamento: 0,8 a 3,2 µm.
  • Ra mais baixo consegue-se com: avanço menor, velocidade de corte maior, aresta em bom estado.
  • Tolerância dimensional: intervalo admissível (ex.: Ø40 h7).
  • Tolerância geométrica: limita forma, orientação, posição, batimento.

Tolerância apertada → avanço menor e fixação mais cuidada.

Bloco 4 · Organização do posto e fixação de peças

O posto de trabalho

Critério de desempenho: manter o posto organizado em função das ferramentas e equipamentos a utilizar.

  • Ferramentas e instrumentos por ordem de uso, ao alcance da mão.
  • Peça, desenho e ficha de fabrico visíveis, limpos de apara e óleo.
  • Aparas e resíduos de fluido em recipientes separados e identificados.
  • Zona de circulação livre.

Torneamento: a peça roda, a ferramenta avança. Fresagem: a ferramenta roda, a peça avança. Esta distinção sustenta todas as fórmulas seguintes.

Sistemas de fixação de peças

Máquina Sistema Uso
Torno Placa de 3 grampos cilíndricas, centragem automática
Torno Placa de 4 grampos excêntricas/irregulares
Torno Pinça de aperto pequeno diâmetro, precisão
Torno Contraponto e luneta peças longas, evita flexão
Fresadora Mordente/prensa prismáticas simples
Fresadora Grampos em T irregulares/grandes
Fresadora Mesa magnética planas, ferromagnéticas

Bloco 5 · Suportes de ferramentas

Suportes no torno e na fresadora

  • Torno: torre porta-ferramentas (revólver ou fixa) + suporte de pastilha, com código normalizado (ex.: PCLNR).
  • Fresadora: cone porta-ferramentas (ISO 40, ISO 50, BT, HSK), pinça ER para fresas de haste, mandril para fresas com furo.

Um suporte rígido é indispensável: fixação frouxa gera vibração, mau acabamento e desgaste acelerado.

Bloco 6 · Ferramentas de corte e a norma ISO 513

Materiais de ferramenta

Material Dureza a quente Uso
Aço rápido (HSS) moderada ferramentas de forma, baixa velocidade
Metal duro (WC-Co) alta maioria das operações
Cerâmica muito alta acabamento a alta velocidade, materiais duros
CBN extrema aços temperados
PCD extrema (não ferrosos) alumínio, compósitos

A norma ISO 513: grupos e cores

Grupo Cor Materiais
P Azul Aços (exceto inox austenítico)
M Amarelo Aços inoxidáveis
K Vermelho Ferros fundidos
N Verde Não ferrosos (alumínio)
S Castanho Superligas e titânio
H Cinzento Materiais endurecidos

Tabela de velocidades de corte de referência (Vc), usada em toda a UC:

Material Grupo Vc (m/min)
Aço C45 P 200
Aço temperado H 80
Inox austenítico M 120
Ferro fundido cinzento K 150
Liga de alumínio N 500
Superliga de níquel S 40

Bloco 7 · Geometria da ferramenta

Os três ângulos da aresta de corte

Somam sempre 90°:

  • Ângulo de saída (γ): facilita a saída da apara.
  • Ângulo de folga (α): evita o roçar na peça já maquinada.
  • Ângulo de cunha (β): β = 90° − γ − α; dá resistência à aresta.

Exemplo: γ = 8°, α = 6° → β = 90° − 8° − 6° = 76°.

Também importam: o ângulo de posição (κr) e o raio de quina (rε), que influenciam a espessura de apara e o acabamento.

Bloco 8 · Profundidade e largura de corte

ap e ae, desbaste vs acabamento

  • Profundidade de corte (ap): espessura removida numa passada, perpendicular à superfície.
  • Largura de corte (ae): em fresagem, a penetração radial da fresa.
Operação ap típico (torneamento) Avanço f típico
Desbaste 2 a 3 mm 0,30 a 0,40 mm/rot
Acabamento 0,3 a 0,5 mm 0,10 a 0,25 mm/rot

Regra: desbaste = ap e avanço elevados (remover depressa); acabamento = ap e avanço baixos (rigor dimensional e Ra).

Bloco 9 · Velocidade de corte e rotação

As fórmulas fundamentais

Vc = π · D · n / 1000 (Vc em m/min, D em mm, n em rpm)

n = (Vc · 1000) / (π · D)

Regra de arredondamento da UC: calcula-se n em bruto; escolhe-se, na máquina, a rotação disponível imediatamente abaixo (nunca acima); recalcula-se a Vc real com essa rotação escolhida. Todos os cálculos seguintes usam a rotação real.

Exemplo resolvido: torneamento

Veio de aço C45, D = 40 mm, acabamento. Da tabela: Vc = 200 m/min.

  1. n bruto = (200 × 1000) / (π × 40) = 200 000 / 125,66 ≈ 1 591,5 rpm.
  2. Rotação disponível na máquina, imediatamente abaixo: 1 550 rpm.
  3. Vc real = π × 40 × 1 550 / 1 000 ≈ 194,8 m/min.

A Vc real fica ligeiramente abaixo da referência, como manda a regra de arredondamento.

Bloco 10 · Avanço e tempo de maquinação

Avanço em torneamento e em fresagem

Torneamento (avanço por rotação da peça): Vf = f · n.
Continuação do exemplo: f = 0,25 mm/rot → Vf = 0,25 × 1 550 = 387,5 mm/min.

Fresagem (avanço por dente): fn = fz · z; Vf = fz · z · n.

Exemplo: fresa D = 50 mm, z = 4 dentes, liga de alumínio (Vc = 500 m/min, grupo N).

  1. n bruto = (500 × 1000) / (π × 50) ≈ 3 183,1 rpm.
  2. Rotação escolhida: 3 000 rpm → Vc real = π × 50 × 3 000 / 1 000 ≈ 471,2 m/min.
  3. fz = 0,15 mm/dente → fn = 0,15 × 4 = 0,6 mm/rot.
  4. Vf = 0,15 × 4 × 3 000 = 1 800 mm/min.

Tempo de maquinação

tm = L / Vf (L = percurso, incluindo entrada/saída de segurança)

Torneamento: L = 120 + 3 = 123 mm. tm = 123 / 387,5 ≈ 0,317 min (≈ 19,0 s) por passada. Com 3 passadas de 1 mm (3 mm totais): tm total ≈ 0,952 min (≈ 57,1 s).

Fresagem: L = 300 + 50 = 350 mm. tm = 350 / 1 800 ≈ 0,194 min (≈ 11,7 s).

Estes tempos são só de corte; a preparação e as trocas de ferramenta somam-se à conta real da oficina.

Bloco 11 · Preparar e operar a máquina-ferramenta

Sequência de preparação

  1. Montar e apertar a peça no sistema de fixação, verificar batimento se a tolerância exigir.
  2. Montar a ferramenta, com balanço mínimo.
  3. Definir a origem de peça (zero-peça), referenciada ao desenho.
  4. Introduzir os parâmetros calculados (n, f ou Vf, ap) no comando.
  5. Testar em vazio o percurso, antes do primeiro corte real.

Saltar um destes passos é a causa mais comum de colisão ou de peça fora de cota logo na primeira passada.

Bloco 12 · Testes de maquinação

Sinais a observar e ajustes

Sinal Causa provável Ajuste
Apara azulada, cheiro a queimado Vc alta reduzir Vc
Vibração (chatter) fixação frouxa, f/ap excessivos reduzir f/ap, reforçar fixação
Superfície riscada avanço elevado ou rε inadequado reduzir f; rever rε
Desgaste rápido Vc alta para o par ferramenta/material reduzir Vc; confirmar grupo ISO 513

Ajuste sempre iterativo: medir, comparar, corrigir um parâmetro de cada vez.

Técnicas de teste em fresagem e torneamento

  • Torneamento: passada curta de teste, medir peça e acabamento, ajustar f e Vc antes da passada completa.
  • Fresagem: testar primeiro com ae reduzida, sobretudo em cavidades fechadas, onde o contacto é maior e o risco de vibração e quebra da aresta é mais alto.

Realizar testes de maquinação é a quarta realização do referencial: a teoria dá o ponto de partida, o teste corrige-o.

Bloco 13 · Fluidos de corte

Escolher o fluido certo

Fluido Função Uso típico
Emulsão (óleo solúvel) refrigeração + alguma lubrificação aços, uso geral
Óleo de corte integral lubrificação forte operações severas, roscagem
MQL pouco fluido pulverizado alumínio, produção limpa
Corte a seco nenhum fluido ferro fundido

Em alumínio: seco ou MQL, evita aderência à aresta. Em ferro fundido: nunca fluido líquido, o pó de grafite forma pasta abrasiva.

Bloco 14 · Manutenção e vida da ferramenta

Manutenção de suportes e ferramentas

  • Limpar suportes e pastilhas no fim de cada turno; verificar folgas.
  • Substituir/afiar ao primeiro sinal visível de desgaste na aresta, não só quando a peça já sai fora de tolerância.
  • Guardar as ferramentas identificadas por grupo ISO 513.

Assegurar a manutenção dos suportes e ferramentas é um critério de desempenho da UC, não uma tarefa opcional de fim de turno.

Vida da ferramenta: a equação de Taylor

Vc · T^n = C (T = vida da ferramenta; n e C são valores de catálogo do par ferramenta/material)

Exemplo: pastilha em aço C45, T1 = 20 min a Vc1 = 200 m/min, n = 0,25 (catálogo).

  1. C = 200 × 20^0,25 ≈ 422,9.
  2. Aumentando Vc2 = 250 m/min (+25%): T2 = (422,9 / 250)^4 ≈ 8,2 min.
  3. A vida cai de 20 para 8,2 min: queda de ≈ 59%, para um aumento de só 25% na velocidade.

Aumentar Vc sem critério não poupa tempo: perde-se muito mais na troca de ferramenta.

Bloco 15 · Segurança, EPI e proteção ambiental

  • Lei n.º 102/2009: regime da segurança e saúde no trabalho.
  • Decreto-Lei n.º 50/2005: segurança na utilização de equipamentos de trabalho.
Exposição EPI
Projeção de apara óculos/viseira
Ruído protetores auriculares
Arestas de peças/ferramentas luvas resistentes ao corte (retiradas antes de operar a máquina)
Queda de peças calçado com biqueira
Cabelo/roupa larga cabelo preso, fato justo

Nunca usar luvas junto de um veio ou mandril em rotação: o tecido pode ser agarrado e arrastar a mão.

Remoção de apara e emergência

  • Nunca remover apara à mão: usar gancho/ancinho, escova ou aspiração, com a máquina parada e óculos postos.
  • Botão de paragem de emergência acessível e identificado em cada posto.
  • Em acidente: parar a máquina, prestar primeiros socorros, ligar 112, reportar sempre o incidente.
  • Proteção ambiental: fluidos e aparas contaminadas são resíduos perigosos, em recipientes próprios, nunca no lixo comum nem no esgoto.

Cumprir segurança e proteção ambiental é o último critério de desempenho: fecha, e atravessa, toda a UC.

Recapitulando

  • Estudar a peça e o material (classe, tratamento térmico, tolerâncias) é sempre o primeiro passo.
  • Selecionar suporte e ferramenta com a norma ISO 513 (grupos P/M/K/N/S/H) e a geometria certa.
  • Calcular Vc, n, f/fz, Vf e tm com a regra de arredondamento (nunca ultrapassar a Vc de referência).
  • Testar, ler os sinais da ferramenta, e ajustar antes da passada de produção.
  • Manter suportes e ferramentas, escolher o fluido de corte certo, e cumprir segurança e proteção ambiental em cada etapa.

Próximo: fichas e mini-projecto, calcular e testar parâmetros de corte a sério.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: nenhum cálculo de velocidade de corte tem sentido sem primeiro identificar o material real - erro comum: os alunos querem "ir direto às fórmulas" sem ler a ficha de fabrico - exemplo: mostrar uma ficha de fabrico real e apontar onde está a designação do material

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a distinção ferrosos vs não ferrosos vs não metálicos como primeiro filtro - pergunta: porque é que o ferro fundido não precisa de fluido de corte líquido? (o grafite já lubrifica) - exemplo/analogia: comparar a apara longa e enrolada do aço com a apara em pó do ferro fundido

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o nome do material não chega, é preciso saber o estado (recozido vs temperado) - erro comum: selecionar a mesma pastilha para C45 recozido e C45 temperado a 55 HRC - exemplo: mostrar a diferença de dureza HRC entre um estado e outro do mesmo aço

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que Ra e tolerância vêm sempre do desenho técnico, não se inventam - erro comum: confundir tolerância dimensional (medida) com geométrica (forma/posição) - exemplo: Ø40 h7 no quadro, explicar que h7 é sempre abaixo do nominal

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: organização não é estética, é segurança e produtividade - erro comum: confundir quem roda no torno e na fresadora - pergunta: um posto desarrumado atrasa mais na procura de ferramentas ou no risco de acidente? (ambos)

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a escolha do sistema de fixação depende da forma da peça e da precisão exigida - erro comum: usar placa de 3 grampos numa peça excêntrica (não centra corretamente) - exemplo: mostrar fotos ou peças reais de cada tipo de fixação

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o balanço (saliência) da ferramenta deve ser o mínimo indispensável - erro comum: montar a ferramenta com saliência excessiva "porque dá jeito" - exemplo: mostrar um código PCLNR real e decompor o que cada letra significa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: PCD nunca se usa em ferro nem aço (reage quimicamente com o ferro) - erro comum: achar que "mais duro é sempre melhor" sem olhar ao material a cortar - pergunta: porque é que o CBN se usa em aço temperado e não em alumínio?

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: esta tabela de Vc é a mesma em todos os exemplos e exercícios da UC, memorizar as cores - erro comum: trocar a cor de um grupo com outro (P azul vs K vermelho confundem-se) - exemplo: pedir à turma para associar de memória cor a material antes de mostrar a resposta

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: os três ângulos somam sempre 90°, é uma verificação rápida de qualquer ficha de ferramenta - erro comum: trocar ângulo de saída com ângulo de folga - exemplo: calcular β com outros valores de γ e α no quadro

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a lógica: desbaste prioriza produtividade, acabamento prioriza rigor - erro comum: usar parâmetros de acabamento no desbaste (perde-se tempo de máquina) - pergunta: o que acontece se usarmos ap de desbaste numa passada de acabamento? (Ra e dimensão saem fora)

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: nunca arredondar n para cima, ultrapassa a Vc de referência e reduz a vida da ferramenta - erro comum: usar o n bruto (com casas decimais) diretamente, ignorando a gama real da máquina - exemplo: mostrar o painel de rotações disponíveis de um torno da oficina

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: repetir este exemplo até a turma conseguir refazê-lo sem apoio - erro comum: esquecer de converter Vc para as mesmas unidades (m/min vs mm/min) - exemplo/analogia: comparar com o exemplo de fresagem do próximo bloco, mesmo raciocínio

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: fn e Vf não são a mesma coisa, fn é por rotação, Vf é por minuto - erro comum: esquecer de multiplicar pelo número de dentes z - exemplo: perguntar o que muda se a fresa tivesse 6 dentes em vez de 4

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o tempo de máquina é o recurso mais caro da oficina, daí a importância de calcular bem - erro comum: esquecer a entrada/saída de segurança no comprimento L - exemplo: perguntar quanto tempo poupava se usasse 2 passadas de 1,5 mm em vez de 3 de 1 mm

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: o teste em vazio não é opcional, é o que evita colisões caras - erro comum: introduzir os parâmetros calculados sem confirmar as unidades do comando da máquina - pergunta: porque se define sempre a origem de peça antes de correr o programa?

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: corrigir um parâmetro de cada vez, senão não se sabe qual resolveu o problema - erro comum: mudar Vc e f ao mesmo tempo depois de um teste mau - exemplo: trazer uma amostra de apara azulada e uma normal para a turma comparar

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: cavidades de molde são o cenário de maior risco de vibração, testar sempre com ae reduzida - erro comum: passar logo à passada completa sem teste, "para poupar tempo" - exemplo: caso de uma cavidade de molde onde o teste evitou a quebra de uma fresa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a escolha do fluido depende do material, não é "sempre por a mesma emulsão" - erro comum: usar emulsão em ferro fundido "por hábito" - pergunta: porque é que o alumínio adere à aresta a baixa velocidade sem lubrificação?

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: manutenção preventiva evita quebras em pleno corte, muito mais caras - erro comum: só substituir a pastilha quando a peça já saiu fora de cota - exemplo: mostrar uma aresta desgastada ao lado de uma nova, em foto ou lupa

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar o contraste: +25% na velocidade, -59% na vida, é o ponto-chave do bloco - erro comum: assumir que a relação entre Vc e T é linear (não é, é uma potência) - exemplo: perguntar o que acontece à vida se Vc baixar 25% em vez de subir

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a regra das luvas: é a que mais vidas/dedos salva nesta UC - erro comum: achar que mais EPI é sempre mais seguro, ignorando o risco específico das luvas junto de rotação - pergunta: porque é que os óculos são precisos mesmo com a máquina parada durante a limpeza?

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: apara "fria ao olhar" pode ainda estar quente, nunca tocar sem confirmar - erro comum: reportar só os acidentes com lesão visível, ignorando quase-acidentes - exemplo: simular com a turma o procedimento completo de emergência, do botão ao 112