PMR5254 - Fundamentos e Simulação da Usinagem dos Metais (2025)

O sucesso e a confiabilidade dos métodos numéricos em particular o Método de Elementos Finitos (FEM) na simulação do processo de usinagem é fortemente dependente da descrição do processo e da descrição do material, onde um modelo confiável deve descrever com precisão as características únicas encontradas na interface de formação do cavaco. Na simulação por FEM da usinagem a modelagem da interação cavaco-ferramenta é tão importante quanto o modelamento constitutivo do material. A interação cavaco-ferramenta inclui a compreensão dos fenômenos térmicos e tribológicos que ocorrem sob condições extremas de temperatura, pressão e tensões. A disciplina tem por objetivo geral revisar os fundamentos da usinagem dos metais e fornecer uma compreensão em profundidade dos mecanismos fundamentais de corte. Permitindo aos alunos compreender as relações entre as mudanças de comportamento dos materiais, deformações, comportamento térmico e tribológico nas interfaces com movimento relativo, e das relações das energias que tornam difícil de prever o resultado do processo. Assim a disciplina permitirá aos alunos compreender os modelos tribológicos e de transferência de calor que descrevam o que ocorre na interface cavaco-ferramenta, e a identificação das leis constitutivas relevantes que descrevem o comportamento dos materiais da peça e da ferramenta. Estabelecer modelos acoplados envolvendo a dinâmica do processo, matérias, termodinâmica e tribologia e suas consequências sobre a ferramenta e o resultado na peça, tais como alterações microestruturais, previsão de tensões residuais e textura superficial. Verificar a relação entre resultados experimentais e simulações. Obter uma previsão realista dos resultados do processo e sua estabilidade permitindo a redução do tempo de planejamento e desenvolvimento e redução de custos.. De forma mais específicas a disciplina tem por objetivos permitir aos alunos modelar o processo de usinagem com ferramentas de geometria definida através da utilização de métodos numéricos de forma a prever: • Forças de usinagem e formação de cavacos: Previsão de forças de usinagem é uma tarefa básica na simulação FE do processo de corte, que tem grande importância para selecionar condições de corte ótima e geometria adequada da ferramenta. • Efeito de aresta: Os efeitos da geometria da aresta da ferramenta na usinagem têm recebeu muita atenção nos últimos anos devido a uma variedade de técnicas de usinagem, como operações de acabamento no torneamento em materiais endurecidos e micro usinagem. • Desgaste da ferramenta: O desgaste da ferramenta afeta muito a qualidade das peças, a vida útil da ferramenta e custos de usinagem. A possibilidade do uso do FEM em prever a evolução do desgaste de prever o desgaste da cratera e de flanco de uma ferramenta de usinagem permite estimar a vida útil da mesma. • Tensões residuais: As tensões residuais induzida pela usinagem tem um impacto significativo no desempenho de componentes usinados, tais como fadiga, resistência ao desgaste e distorção da peça que comprometem as tolerâncias dimensionais e geométricas. • Formação de rebarbas: As rebarbas formadas no corte do metal além de serem um indicador do desempenho do processo podem causar alguns problemas críticos, como a deterioração da qualidade superficial e a redução a durabilidade e precisão geométrica do componente. • Revestimento de ferramentas: Estudo do efeito de ferramentas revestidas no corte sobre as forças de corte, formação do cavaco, atrito, desgaste na interface cavaco-ferramenta, tensões residuais e acabamento superficial é outra vantagem associada do uso FEM. • Relação entre usinagem e a evolução da microestrutura. A evolução da microestrutura tem influência significativa sobre os processos de usinagem, como a natureza da formação de cavacos, superfície integridade e tensão residual induzida por usinagem.