Mecânica Vol. 5

5/19/2018 Mecnica Vol. 5

1/183

Habilitaotcnicaem

5


2/183


3/183

MecnicaVolume5


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MecnicaMtodos e processos industriais

Daniel Bentez Barrios

Lus Antonio Pivetta

Nlson Kodi Yoshikawa

(autores)

Edvaldo Angelo(coautor)

2011


5/183

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)(Bibliotecria Silvia Marques CRB 8/7377)

B276

Barrios, Daniel BentezMecnica: mtodos e processos industriais / Daniel Bentez

Barrios, Lus Antonio Pivetta, Nlson Kodi Yoshikawa (autores);Edvaldo Angelo (coautor); Antonio Carlos Baffi (revisor); Meire SatikoFukusawa Yokota (coordenadora). -- So Paulo: Fundao PadreAnchieta, 2011 (Coleo Tcnica Interativa. Srie Mecnica, v. 5)

Manual tcnico Centro Paula Souza

ISBN 978-85-8028-043-2

1. Mecnica - processos industriais 2. Indstria - fundio 3.Indstria - usinagem I . Pivetta, Lus Antonio II . Yoshikawa, NlsonKodi III. Angelo, Edvaldo IV. Baffi, Antonio Carlos V. Yokota, MeireSatiko Fukusawa VI. Ttulo

CDD 607

DIRETORIA DE PROJETOS EDUCACIONAIS

Direo: Fernando Jos de AlmeidaGerncia:Monica Gardelli Franco, Jlio MorenoCoordenao Tcnica:Maria Luiza GuedesEquipe de autoria Centro Paula SouzaCoordenao geral:Ivone Marchi Lainetti RamosCoordenao da srie Mecnica:Meire SatikoFukusawa YokotaAutores:Daniel Bentez Barrios, Lus Antonio Pivetta,Nlson Kodi YoshikawaCoautor:Edvaldo Angelo

Reviso tcnica:Antonio Carlos BaffiEquipe de EdioCoordenao geral:Carlos Tabosa Seabra,

Rogrio Eduardo Alves

Coordenao editorial:Luiz Marin

Edio de texto:Miguel Angelo Facchini

Secretrio editorial:Antonio Mello

Revisora:Maria Carolina de AraujoDireo de arte:Bbox Design

Diagramao:LCT Tecnologia

Ilustraes:Luiz Fernando Mar tini, Nilson Cardoso

Pesquisa iconogrfica:Completo Iconografia

Capa

Fotografia:Eduardo Pozella, Carlos PiratiningaTratamento de imagens:Sidnei Testa

Abertura captulos: James King-Holmes/Science PhotoLibrary/SPL DC/Latinstock

PresidnciaJoo Sayad

Vice-presidnciaRonaldo Bianchi, Fernando Vieira de Mello

O Projeto Manual Tcnico Centro Paula Souza Coleo Tcnica Interativa oferece aos alunos da instituio contedo relevante formao tcnica, educao e cultura nacional, sendo tambm sua finalidade a preservao e a divulgao desse contedo, respeitados os direitos de terceiros.O material apresentado de autoria de professores do Centro Paula Souza e resulta de experincia na docncia e da pesquisa em fontes como livros,artigos, jornais, internet, bancos de dados, entre outras, com a devida autorizao dos detentores dos direitos desses materiais ou contando com a per-missibilidade legal, apresentando, sempre que possvel, a indicao da autoria/crdito e/ou reserva de direitos de cada um deles.Todas as obras e imagens expostas nesse trabalho so protegidas pela legislao brasileira e no podem ser reproduzidas ou utilizadas por terceiros, porqualquer meio ou processo, sem expressa autorizao de seus titulares.Agradecemos as pessoas retratadas ou que tiveram trechos de obras reproduzidas neste trabalho, bem como a seus herdeiros e representantes legais,pela colaborao e compreenso da finalidade desse projeto, contribuindo para que essa iniciativa se tornasse realidade. Adicionalmente, colocamo-nos disposio e solicitamos a comunicao, para a devida correo, de quaisquer equvocos nessa rea porventura cometidos em livros desse projeto.

GOVERNADORGeraldo Alckmin

VICE-GOVERNADORGuilherme Afif Domingos

SECRETRIO DE DESENVOLVIMENTOECONMICO, CINCIA E TECNOLOGIA

Paulo Alexandre Barbosa

Presidente do Conselho Deliberativo

Yolanda SilvestreDiretora SuperintendenteLaura Lagan

Vice-Diretor SuperintendenteCsar Silva

Chefe de Gabinete da SuperintendnciaElenice Belmonte R. de Castro

Coordenadora da Ps-Graduao,Extenso e PesquisaHelena Gemignani Peterossi

Coordenador do Ensino Superiorde GraduaoAngelo Luiz Cortelazzo

Coordenador de Ensino Mdio e TcnicoAlmrio Melquades de Arajo

Coordenadora de Formao Inicial eEducao ContinuadaClara Maria de Souza Magalhes

Coordenador de Desenvolvimentoe Planejamento

Joo Carlos Paschoal Freitas

Coordenador de InfraestruturaRubens Goldman

Coordenador de Gesto Administrativae FinanceiraArmando Natal Maurcio

Coordenador de Recursos HumanosElio Loureno Bolzani

Assessora de ComunicaoGleise Santa Clara

Procurador Jurdico ChefeBenedito Librio Bergamo

O Projeto Manual Tcnico Centro Paula Souza Coleo Tcnica Interativa, uma iniciativa do Governo do Estado de So Paulo, resulta de umesforo colaborativo que envolve diversas frentes de trabalho coordenadas pelo Centro Paula Souza e editado pela Fundao Padre Anchieta.A responsabilidade pelos contedos de cada um dos trabalhos/textos inseridos nesse projeto exclusiva do autor. Respeitam-se assim os diferen-tes enfoques, pontos de vista e ideologias, bem como o conhecimento tcnico de cada colaborador, de forma que o contedo exposto pode norefletir as posies do Centro Paula Souza e da Fundao Padre Anchieta.


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Sumrio19 Captulo 1

Processos de fundio

1.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.2 Definio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.3 P rocessos de fundio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 Importncia da fundio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.5 F undio em areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.5.1 Sequncia do processo para fundio

em areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.5.2 Modelos de caixas de macho . . . . . . . . . . . 22

1.5.3 Diferentes tipos de machos e sua

colocao nos moldes . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.5.4 Material para construo dos modelos . . . 28

1.5.5 Contrao de solidificao . . . . . . . . . . . . . 28

1.5.6 ngulos de sada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.5.7 Areias para confeco de moldes

e machos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1.5.8 Mis turadores de areia . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

1.5.9 Mtodos de moldagem . . . . . . . . . . . . . . . . 35

1.5.10 S istema de alimentao . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.6 Fundio em casca shell molding . . . . . . . . . . . . . 41

1.6 .1 P reparao do molde . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

1.7 Fundio em moldes permanentes. . . . . . . . . . . . 42

1.7.1 Fundio em moldes permanentes por

gravidade (fundio em coquilha) . . . . . . . . 43

1.8 Fundio sob presso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1.8.1 O processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

1.8.2 Aplicaes e vantagens do processo . . . . . 49

1.9 Fundio centrfuga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.9.1 O processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

1.9.2 Aplicao e vantagens do processo . . . . . . 52

1.10 Fundio de preciso processo da

cera perdida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.10.1 Investment casting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.10.2 O processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521.10.3 Aplicaes e vantagens do processo . . . . 52

55 Captulo 2Processos de conformao mecnica

2 .1 Processos primrios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.1.1 Caractersticas do trabalho a quente . . . . . 56

2.1.2 Caractersticas do trabalho a frio . . . . . . . 57

2.2 Laminao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.2.1 Condies de agarramento e

arrastamento do produto . . . . . . . . . . . . . 59

2.2.2 Equipamento e funcionamento do

laminador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.2.3 Classificao dos laminadores . . . . . . . . . . 61

2.2.4 Posicionamento das gaiolas . . . . . . . . . . . . 65

2.3 Trefilao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662.3.1 O processo de trefilao . . . . . . . . . . . . . . 66

2. 3.2 Trefilao de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.3.3 A matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2 .3.4 O materi al estir ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Capa:Guilherme AugustoOliva, aluno do Centro PaulaSouzaFoto:Eduardo Pozella eCarlos Piratininga

OLEG-F/SHUTTERSTOCK

ARQUIVOPESSO

AL

ARQUIVOPESSOAL


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Sumrio2.4 Forjamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

2.4.1 O forjamento em matriz aberta . . . . . . . . . 69

2.4.2 Mquinas para o forjamento em matrizes

abertas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

2.4.3 O forjamento em matrizes fechadas . . . . . 77

2.4.4 Mquinas para o forjamento em matrizes

fechadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802.5 Extruso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2 .5.1 Processos de extruso . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2 .5.2 Extruso a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.5.3 E xtruso a frio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.5.4 Alguns processos usados para fabricao

de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

2.6 Estampagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

2.6.1 Vantagens e desvantagem no processo de

estampagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.6.2 Operaes de estampagem . . . . . . . . . . . . 90

2.6.3 Prensas utilizadas nas operaes de

estampagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.6.4 Porcentagem de penetrao do macho . . . 92

2.6.5 Folga de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

2.6.6 Estudo da tira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982.6.7 Clculo da fora necessria ao corte. . . . 101

2.6.8 Operaes de estampagem . . . . . . . . . . . 106

2 .6 .9 Operaes de cor te . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

2.6.10 Dobramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

2.6.11 Repuxo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

123 Captulo 3Processos de soldagem

3.1 Classificao dos processos de soldagem . . . . . 125

3.2 Soldagem manual com eletrodo revestido,

por meio do arco el trico . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.2.1 Propriedades da soldagem a arco . . . . . . 127

3.2.2 O revestimento do eletrodo e suasfunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

3.2.3 Classificao dos eletrodos . . . . . . . . . . . 129

3.2.4 Seleo do ele trodo . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.2.5 Mquinas de solda ao arco eltrico . . . . . 131

3.2.6 Escolha da mquina de solda . . . . . . . . . . 136

3.3 Juntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

3.3.1 Posies de soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . 140

3.3.2 Preparao para juntas de topo . . . . . . . . 141

3. 3. 3 Juntas em ngulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

3. 3.4 Junta sobreposta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.4 Processos de solda automticos e semiautomticos

com proteo gasosa do arame de solda e arco

eltr ico como fonte de calor . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.4 .1 Processo MIG/MAG . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.4.2 Var iveis de soldagem . . . . . . . . . . . . . . . . 148

3.4.3 Soldagem MAG avano manual, passe

simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

3.4.4 Processo TIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

3.5 Processo de solda automtico ou semiautomtico

com proteo de fluxo granular do arame de solda

e arco eltrico como fonte de calor . . . . . . . . . 152

KENN STILGER 47/SHUTTERSTOCK

DAVID WILLIAMS/ALAMY


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Sumrio3.5.1 Soldagem com arco submerso . . . . . . . . . 152

3.5.2 Processo de soldagem eltrica em banho

de escria processo electroslag . . . . . . 154

3.6 Processo de soldagem por resistncia eltrica . 155

3.6.1 Var iveis do processo . . . . . . . . . . . . . . . . 156

3.6.2 C iclos de operao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

3.6.3 Tipos de solda por resistncia . . . . . . . . . 159

163 Captulo 4Ajustagem

4.1 Instrumentos de medio utilizados na

ajustagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

4.1.1 Escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

4.1.2 Paqumetro universal quadrimensional . . 165

4.1.3 Micrmetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

4.1.4 Relgios comparadores, relgios

apalpadores e base magntica . . . . . . . . . 166

4.1.5 Calibrador traador de altura . . . . . . . . . 167

4.1.6 Transferidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

4.2 Limagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

4.2 .1 Escolha da lima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

4.2.2 Acabamento com baixa rugosidade . . . . . 1724.3 Serramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

4.3.1 Serramento manual . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

4.4 Traagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

4.4.1 Outros acessrios e ferramentas para

traagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

4.5 Atividades da tecnologia de furao

em ajustagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

4.5.1 Broca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

4.6 Roscamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

4.6.1 Ferramentas e tipos de roscamento

em ajustagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

181 Captulo 5Usinagem mquinas e operaes

5.1 Processos de transformao por usinagem

manufatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

5.2 Tipos de processos de fabricao . . . . . . . . . . . 183

5.3 Conceito e importncia da usinagem . . . . . . . . 184

5.4 Processos e qualidade na usinagem . . . . . . . . . . 186

5.4.1 Tendncias no desenvolvimento

de mquinas -ferramenta . . . . . . . . . . . . . . 188

189 Captulo 6Usinagem: parmetros, fluidos de

corte, cavacos e ferramentas

6.1 A importncia e a formao do cavaco . . . . . . . 193

6.2 Influncias que definem o tipo e a forma

do cavaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

6.3 Fluidos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1986.3.1 Classificao dos fluidos de corte . . . . . . 199

6.3.2 Formas de aplicao dos fluidos

de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

6.3.3 Problemas comuns no uso de fluidos

de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

6.3.4 Purificao de fluidos de corte . . . . . . . . 202

6.4 Ferramenta de cor te . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

JORDASHE/SHUTTERSTOCK

STARRETT


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Sumrio6.4.1 Requisitos desejados em ferramenta de

corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

6.4.2 Evoluo dos principais materiais para

ferramenta de corte . . . . . . . . . . . . . . . . 204

6.4.3 Desgaste e avarias das ferramentas . . . . . 208

6.5 Parmetros e grandezas de corte . . . . . . . . . . . 209

6.5.1 Velocidade de corte (VC) . . . . . . . . . . . . . 2096.5.2 Avano (fn) e velocidade de avano (VA) . 212

6.5.3 Profundidade de corte (ap) . . . . . . . . . . . 212

6.6 Clculo do tempo de usinagem . . . . . . . . . . . . . 213

215 Captulo 7Usinagem folhas de processo

7.1 A folha de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

7.2 P lane jamento do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

225 Captulo 8Torneamento

8.1 Definies em torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 227

8.1.1 T ipos de torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 228

8.2 Caractersticas e tipos de mquinas em

torneamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2318.2.1 Torno mecnico universal paralelo

horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

8.2 .2 Tornos ver ticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

8.2 .3 Torno revlver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

8 .2 .4 Tornos multifusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

8.2.5 Tornos automticos numericamente

comandados (CNC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

8.2 .6 Tornos especiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

8.3 Fixao da pea e acessrios em

torneamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

8.4 Furar, roscar e recartilhar no torno . . . . . . . . . 239

8.4.1 Furar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2398.4.2 Roscar no torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

8 .4.3 Recar tilhar no torno . . . . . . . . . . . . . . . . 242

8.5 Seleo da ferramenta e mquina no

torneamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8 .6 Ferramentas para tornear . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.7 Cinemt ica do torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.8 Requisitos de potncia para o torneamento . . . 248

8.9 Consideraes importantes . . . . . . . . . . . . . . . . 248

253 Captulo 9Fresamento

9.1 Definies em fresamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

9.2 Ferramenta para fresar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

9.2.1 A estrutura das fresas . . . . . . . . . . . . . . . 258

9.2 .2 Tipos de fresas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2599.2 .3 A forma das fresas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

9.2.4 A fixao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

9.3 Tipos e caracterstica de fresadoras . . . . . . . . . 262

9.3.1 Fresadora ferramenteira e fresadora

portal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

9.4 Parmetros de corte no fresamento clculos 265

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INDSTRIA ADDN-SERTOZINHO-SP/WWW.ADDN.COM.BR


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Sumrio9.5 Tipos de fresamento e influncias da operao 268

9.5.1 Ferramentas de acabamento . . . . . . . . . . 270

9.6 Usinagem de carcaas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

9.7 Principais acessrios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

9.7.1 Acessrios para a fixao da pea . . . . . . 275

9.7.2 Acessrios para a fixao das ferramentas 276

9.8 Fresamentos com aparelho divisor . . . . . . . . . . 2779.8.1 Fresamento de engrenagens cilndricas

de dentes retos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

9.8.2 Fresamento de engrenagens cilndricas

de dentes he licoidais . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

281 Captulo 10Furao

10.1 Definies em furao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

10.2 B roca helicoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

10.2.1 Forma construtiva das brocas helicoidais 285

10.2.2 Mater iais para brocas . . . . . . . . . . . . . . 286

10.3 Furao profunda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

10.3.1 Requisitos, fatores limitantes e ferramentas

utilizadas nos processos de furao

profunda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28710.4 Variaes no processo de furao . . . . . . . . . . 290

10.4.1 Furos combinados e rebaixamento . . . . 290

10.4.2 A largamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

10.4.3 Roscamento com machos . . . . . . . . . . . 291

10.5 Critrio de fim de vida na furao . . . . . . . . . . 292

10.6 Erros comuns na geometria do furo . . . . . . . . 293

10.7 Escolha da furadeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

10.7.1 Partes de uma furadeira . . . . . . . . . . . . 294

10.7.2 T ipos de furade iras . . . . . . . . . . . . . . . . 294

10.8 Disposit ivos e acessr ios . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

10.9 Segurana no processo de furao . . . . . . . . . . 295

297 Captulo 11Retificao

11.1 Definies em retificao . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

11.2 Tipos de retificao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

11.2.1 Retificao tangencia l . . . . . . . . . . . . . . . 299

11.2 .2 Retificao frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

11.3 Retificadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

11.3.1 Retificadora pl ana . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

11.3.2 Retificadora cilndrica universal . . . . . . . 303

11.3.3 Retificadora sem centros (centerless) . . . 304

11.4 Especificao, seleo e tipos de rebolos . . . . . 304

11.4 .1 Tamanho de gro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

11.4 .2 Materiai s abrasivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

11.5 Operaes nos rebolos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

11.6 Cuidados na utilizao e montagem dos rebolos 30811.7 Fluidos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

11.7.1 Forma de aplicao dos fluidos de corte 309

11.8 Retificao versustorneamento duro em peas

cilndricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

11.9 Cuidados recomendados na hora de retificar . . 311

SLAVIKBIG/SHUTTERSTOCK

U.S.NAVY PHOTO BY ERIC S.GARST


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Captulo 1

Processos

de fundio

Sumrio313 Captulo 12

Tecnologia CNC tornos e

centros de usinagem

12.1 Benefcios pelo uso de mquinas CNC e

influncias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

12.2 Componentes de uma mquina CNC, dados

de mquina e funcionamento . . . . . . . . . . . . . . 31612 .3 Programao CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

12.3.1 Sistema de coordenadas na mquina

CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

12.3.2 Ponto zero e pontos de referncia . . . . 322

12.3.3 Sistema de coordenadas absolutas . . . . 326

12.3.4 Sistema de coordenadas incrementais . . 327

12.4 Programao verbal cdigos, funes e

caracteres para a programao . . . . . . . . . . . . 329

12.4.1 Exemplos de programao geometrias

com descrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

12.4.2 Estrutura de programao CNC e lista

de cdigos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

12.4.3 Exemplos de programas CNC . . . . . . . 336

341 Apndice

Identificao ISO das pastilhas ou insertos

351 Referncias bibliogrficas

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CMECNICA 5

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1.1 Introduo

Neste captulo so apresentados os diversos tipos de fundio utilizados na in-dstria, com exemplos prticos de aplicao, e as vrias et apas do processo, desde

a construo de modelos, a fundio propriamente dita at o acabamento.

Os conhecimentos contidos neste livro so suficientes para que o tcnico de nvelmdio desenvolva com xito suas atividades na indstria.

1.2 DefinioA fundio realizada com metal fundido, isto , com metal em estado lquido.Nesse processo, as peas so conformadas pela solidificao por resfriamento. Asfotos da figura 1.1 mostram um forno de fundio.

1.3 Processos de fundio

Os processos utilizados atualmente so os seguintes:

fundio em areia; fundio em cascas (shell molding); fundio em moldes metlicos (por gravidade ou sob presso); fundio centrfuga; fundio de preciso (cera perdida, moldes cermicos).

Figura 1.1Forno de fundio.

1.4 Importncia da fundio

O produto obtido pelo processo de fundio sai do molde praticamente comtodas as exigncias de servio satisfeitas e no precisa, em geral, de usinagemposterior.

Pode-se afirmar, portanto, que peas fundidas so mais baratas e, por isso, maisutilizadas no ramo da metalurgia.

1.5 Fundio em areia

Quando se trabalha com ferro e ao, o processo mais adequado o de fundi-o em areia.

1.5.1 Sequncia do processo para fundio em areia

O fluxograma da figura 1.2 ilustra as etapas seguidas no processo de fundioem areia.

Preparaoda areia

MachariaModelo

Preparaodo molde

Montagemda caixa

Vazamento

Desmoldagem

Corte decanais

Rebarbao

Inspeo

Figura 1.2Etapas no processo defundio em areia.

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Processos complementares

A figura 1.3 mostra os procedimentos complementares para dar o acabamentofinal nas peas fundidas.

1.5.2 Modelos de caixas de macho

Modelo uma pea de madeira, metal ou outro material adequado (plsticos,resinas epxi, cera, gesso etc.), ao redor do qual compactado o material demoldagem, dando forma cavidade do molde que receber o material fundido.

O modelo feito com base no desenho da pea a ser fundida, acrescentando:

o material necessrio para compensar a contrao do metal durante seuresfriamento no estado slido;

o sobremetal necessrio nas superfcies que sero usinadas posteriormente; uma inclinao nas paredes verticais, chamada ngulo de sada, para propi-

ciar a fcil retirada do modelo de dentro do molde de areia; em alguns casos, salincias no modelo, chamadas marcaes de machos,

para fixao dos machos usados no molde; s vezes, um sistema de alimentao (canais e massalote) incorporado ao

modelo (figura 1.4).

Tratamento trmico

Usinagem

Pintura

Inspeo

Pea pronta

Figura 1.3Processos complementares

para o acabamentofinal das peas.

Figura 1.4Sistema de alimentao

em uma pea fundida.

Classificao dos modelos

Os modelos podem ser classificados nos tipos descritos a seguir.

Modelo solto monobloco

Mostrado na figura 1.5, o tipo mais simples.

Esse modelo em geral apresenta superfcie plana, que serve de apoio na moldagem.

Os canais e massalotes podem ser acrescentados como apndices ou cortados mo no molde.

Esse tipo de modelo usado apenas para peas simples ou pequenas sries deproduo, por causa do bai xo rendimento na moldagem.

Modelo solto bipartidoComo apresentadas na figura 1.6, as duas partes do modelo podem ser ou noiguais. A superfcie que as separa a linha de diviso entre as duas partes domolde (tampa e fundo da cai xa).

O alinhamento entre as duas partes do modelo obtido por meio de encaixepor cavilhas.

Sempre que possvel a superfcie de separao entre as duas partes do modelodeve ser plana para permitir a colocao sobre uma placa a fim de facilitar amoldagem.

Cubo

Meia-cana

Base

Nervura

Marcao do macho

Figura 1.5Modelo solto monobloco.

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Modelo solto mltiplo

Esse tipo de modelo, ilustrado na figu ra 1.7, usado para peas mais complica-das, que exigem caixas de moldagem com mais de duas partes.

CavilhaFuro paraalinhamento

Parte superior

Parte inferior

Meia-cana

Marcao e macho

Figura 1.6Modelo solto bipartido.

Modelo em trs partes

Molde em trs caixas

Caixa inferior

Cavilhas

Caixa intermediria

Caixa superiorFigura 1.7

Modelo solto mltiplo.

Chapelona

A chapelona (figura 1.8) consiste em um gabarito feito com uma prancha demadeira, reforada nas beiradas e fixada a uma haste metlica. Ela permite a ob-teno de moldes circulares ao se girar a prancha em volta da haste. Geralmenteexiste um macho que encaixado no molde para a obteno da forma definitivada pea. As chapelonas so usadas para suportar o macho e g arantir a regularida-de da espessura da parede da pea. Na fuso, elas so incorporadas pea.

A chapelona utilizada para pe as gra ndes, circulares, que no e xigem muitapreciso dimensional.

Areia

Chapelona

Molde

Molde

Molde feito com chapelona, com o macho colocado.

Chapelin

Macho

Figura 1.8Chapelona.


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Modelo em placa

O modelo em placa (figura s 1.9 e 1.10) consiste na colocao do modelo em umaplaca, visando maior produtividade mediante a utilizao de mquinas de mol-dar e maior preciso na moldagem, j que as placas apresentam em geral pinosou buchas como guias para fixao nas respectivas caixas de moldagem.

Base do canalde descida

Marcaes para machos

Canal deataque

Base demassalote

Placa metlica

ou de madeira

Modelo

Figura 1.9Modelo em placa.

Canais de

ataque

Peas

Canais dedistribuio

Figura 1.10Modelos mltiplos

em placa com sistemade alimentao.

1.5.3 Diferentes tipos de machos e sua colocao nosmoldes

A funo dos machos (figura 1.11) ocupar espaos no molde onde o metal fun-dido no penetra, formando, assim, o oco das peas. Os machos normalmenteso feitos de areia endurecida e podem ser reforados por estrutura de arame.

Os machos devem permitir a contrao das pe as no resfriamento do metal, bemcomo sua fcil remoo da pea pronta.

Pea Fundida Modelo Caixa de machoMacho Molde acabado

Figura 1.11Diferentes tipos de machos


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1.5.4 Material para construo dos modelos

A deciso sobre o material que se deve utilizar na construo dos modelos dependede vrios fatores, como:

quantidade de peas a serem fundidas; preciso dimensional necessria e acabamento superficial; tamanho e formato do fundido.

A tabela 1.1 mostra uma compara o entre as caracterstica s mais i mportantesdos materiais utilizados em modelos.

CaractersticaMaterial para modelo

Madeira Alumnio Ao Plstico

Usinabilidade E B R B

Resistncia ao desgaste P B E R

Resistncia mecnica R B E B

Peso1 E B P B

Possibilidade de reparos E P B R

Resistncia a: corroso2

inchamento2EP

EE

PE

EE

1Como fator de fadiga do operador.2Pelo ataque de gua.Legenda: E = Excelente; B = Bom; R = Regular; P = Pobre.

Muitos modelos so feitos de dois ou mais materia is diferentes. Por exemplo, emlocais de muito desgaste, podemos inserir ao em um modelo de madeira.

1.5.5 Contrao de solidificao

Todo metal ou liga fundido, ao passar de estado lquido a estado slido, sofre

contrao. A contrao pode ser classificada de duas maneiras: aquela observadaquando o material se resfria ainda no estado lquido (definida como contraolquida), e aquela observada durante o resfriamento do material j no estadoslido (definida como contrao slida).

Para compensar a contrao lquida, devem ser previstos massalotes e, para com-pensar a contrao slida, o modelo precisa ter su as dimenses um pouco maio-res que as da pea que se quer obter.

Seguem alguns exemplos (tabela 1.2) da porcentagem de contrao de algunsmetais que deve ser compensada com aumento dimensional do modelo.

Tabela 1.1Comparao dascaractersticas de

materiais para modelos.

Material Contrao

Aos 1,5% a 2,0%

Ferro fundido cinzento 0,8%

Ferro fundido dctil 0,8% a 1,0%

Alumnio 355 e 356 1,5%

Alumnio 13 1,0%

Cobre cromo 2,0%

Bronze ao estanho 1,0%

Bronze ao silcio 1,0%

Bronze ao mangans 1,5%

Bronze ao alumnio 1,5%

1.5.6 ngulos de sada

O ngulo de sada o ngulo que se d s paredes laterais do modelo para poderextra-lo do molde de areia.

A figura 1.12 esquematiza os problemas provocados no molde qua ndo no hngulo de sada no modelo.

Numericamente, o ngulo pode variar entre 0,5 a 2 e, em alguns casos, comoem marcaes de machos, chegar a 5.

Tabela 1.2Porcentagem de contraode alguns metais.

ngulo de sada

Eroso

Desgarramento

Folga

Figura 1.12Molde sem e comngulo de sada.


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1.5.7 Areias para confeco de moldes e machos

As areias para a elaborao de moldes e machos devem reunir uma srie de pro-priedades, a fim de que os moldes sejam construdos com facilidade e as peasobtidas de acordo com eles tenham a qualidade requerida, ou seja, no apresen-tem defeitos. A seguir, a descrio dessas propriedades.

Moldabilidade

Capacidade que deve ter a areia de moldagem de adotar fielmente a forma domodelo e de mant-la durante o processo de fundio.

Refratariedade

a capacidade do material de moldagem de resistir temperatura de vazamentodo metal sem que haja fuso dos gros de areia.

Estabilidade trmica dimensional

O material de moldagem no pode sofrer grandes variaes dimensionais,quando submetido s mudanas de temperatura que ocorrem nos moldes porocasio do vazamento do metal fundido.

Inrcia qumica em relao ao metal lquido

Em princpio, o material de moldagem no deve rea gir com o meta l lquido oucom os gases presentes na cavidade do molde.

Colapsibilidade versus resistncia a quente

A colapsibilida de a qualidade que deve ter a areia de molda gem de ceder,quando submetida aos esforos resultantes da contrao da pea ao se solidifi-car. Se o molde (ou o mac ho) no for colapsvel, poder ocorrer o rompimentode todas as peas ou a formao de trincas a quente. As paredes do molde e osmachos devem ter resistncia suficiente a quente para suportar os esforos emconsequncia do impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que encheo molde.

Permeabilidade aos gases

a propriedade que devem ter os moldes de deixar passar atravs de si o ar, osgases e os vapores exi stentes ou gerados em seu interior, por ocasio do vazamen-to do metal. Os gases presos no interior dos moldes podem dar origem a defeitos,como cavidades originadas por bolhas na superfcie externa da pea.

Desmoldabilidade

a facilidade com que se pode retirar uma pea do interior do molde, de modoa obter um fundido isento de re sduos e material de moldagem.

Composio das areias de moldagem

Tipos de areia

As areia s de slica so as ma is utiliza das na s operaes de moldagem. So emgeral de dois tipos: as ligadas naturalmente e as sintticas.

As naturais so compostas em gera l de slica, a rgila e g ua. A slica (SiO2) temforma de gros arredondados de vrios tamanhos. Como compressvel, suapermeabilidade diminui quanto mais fino for o gro e quanto mais variados fo-rem os tamanhos de gro. A figura 1.13 mostra trs situaes diferentes quantoao tamanho de gro.

Para boa porosidade, a slica deve ser como a mostrada na situao A da figura1.13, isto , ter gr os uniformes e no muito finos. A proporo de slica varia de80% a 95% nas areia s de moldagem, e seu ponto de fu so de 1 650 C.

As argilas so silicatos de alumnio que funcionam como aglutinantes e formam,ao se umedecerem, uma massa plstica que liga os gros de slica.

A resistncia da areia aumenta com a proporo da arg ila, mas, medida que

esta aumenta, diminui a porosidade, pois a massa formada pela argila imper-mevel. Seu ponto de fuso de 1 250 C.

Por motivos de permeabilidade e temperatura de fuso, as areias muito argilosasso utilizadas apenas para fundio de metais de baixo ponto de fuso, como oalumnio (700 C).

Segundo o contedo de argila, as areias classificam-se em:

magras: 4% a 8%; semigordas: 10% a 15%; gordas: mais de 15%.

Vazios

Grospequeno

Vrios tamanhosde gros

Grosgrandes

A B C

Figura 1.13Diferentes tamanhosde gro.


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A proporo de umidade varia entre 5% e 10%. Esse contedo de gua influen-cia na plasticidade, permeabilidade e resistncia dos moldes, portanto, deve serconstantemente verificado e mantido dentro do nvel ideal.

As areias sintticas so preparadas base de areia slica e um aglomerante mine-ral, a bentonita, mineral que se encontra sob forma de um p finssimo. Quandoumedecida, ela se torna uma massa muito compacta.

A quantidade de bentonita par a prepara o da areia muito menor que a deargila (1% a 5%), o que torna a permeabilidade da areia muito maior.

Para a fabricao de machos, alm da areia slica e da bentonita, so juntados outrosaglutinantes para favorecer o endurecimento da areia. Esses aglutinantes podem ser:

a) leos(principalmente leo de linhaa) e materiais cereais (farinha de tri go, demilho etc.). Os machos preparados com esses aglutinantes so endurecidos em

estufa e apresentam boa resistncia e fcil desmoldagem.

b) resinas sintticas(ureia, fenlicas ou furnicas). A aplicao de resina sintticacomo aglutinante permite maior rapidez de preparao do macho (menos tempo deestufa), facilidade de retirada dos machos, eliminao de gases e melhor acabamento.

c) silicato sdico + anidrido carbnico(CO2). Consiste em misturar slica secacom um aglutinante base de silicato sdico, preencher as caixas de machoscom esse preparado e sec-lo em seguida, de forma contnua, fazendo passarCO2pela massa. O CO2provoca uma reao qumica que endurece a areia pelaformao de um gel coloidal de silcio.

Esse processo elimina o uso de estufa, possui grande rapidez de preparao e evita,tambm, por sua grande resistncia, a necessidade de suportes e armaduras interiores.

Preparao das areias de moldagem

As areias, por estarem em contato com o metal fundido, perdem suas proprieda-des, sendo necessrio mistur-las com areia nova.

A tabela 1.3 mostra a preparao de a reias de moldagem, aglomeradas natura l-

mente, para a fundio de ferro.

Espessura da pea Areia nova Areia velha P de carvo

At 6 mm 6 partes 20 partes 1,5 parte

De 6 a 12 mm 8 partes 20 partes 1,75 parte

De 12 a 20 mm 10 partes 20 partes 2,5 partes

De 20 a 35 mm 15 partes 20 partes 3 partes

De 35 a 60 mm 20 partes 20 partes 4 partes

Tabela 1.3Preparao de areiasde moldagem para a

fundio de ferro.

As areias devem ser preparadas em mquinas misturadoras. So utilizadas comoareia de moldagem, propriamente ditas, para cobrir o modelo, distinguindo-sedas areias de enchimento, usadas apenas para encher as caixas e, como no estoem contato com o modelo, no influenciam no acabamento das peas fundidas.

As areias de enchimento podem ter qualidade inferior, ou ser areia velha.

1.5.8 Misturadores de areia

So equipamentos utilizados para o preparo das areias de moldagem, pela mis-tura de todos os seus componentes, a fim de se obterem areias c om as caracter s-ticas desejadas para cada aplicao.

Os misturadores mais comumente encontrados nas fundies so:

a) Misturador contnuo(figura 1.14).

Como mostra a figura, a areia introduzida atravs de 1 e levada para dentro

do misturador pelas facas 2, sendo misturada uma vez pelos ms 3 da primeiracaamba e transferida a seguir para uma segunda caamba, onde novamentemisturada em 4, saindo a mistura pronta em 5. Esses misturadores so projeta-dos para produo contnua em altas quantidades.

b) Misturador intermitente com ms verticais(figura 1.15).

Esse misturador equipado com facas 1, como mostra a figura, para levar amassa de areia para baixo dos ms verticais 2. um processo lento, porm mui-to utilizado, pois se pode controlar melhor a areia de moldagem. Isso possvelpela repetio do processo; pelo processo contnuo, os ms passam sobre a areiaapenas duas vezes.

Ms 3

Entrada de areia 1

Facas 2

Ms 4

1aCaamba

Sada de areia 5

Figura 1.14Misturador contnuo.


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c) Misturador intermitente, de alta velocidade, com ms horizontais(fi-gura 1.16).

Esse tipo de misturador a lia os requisitos de alta produo com bom controle daareia de moldagem.

Ms 2

Facas1

Figura 1.15Misturador intermitente

com ms verticais.

Facas 2

Ms 1

Refrigerao

Cinta deborracha

Figura 1.16Misturador intermitente

com ms horizontais.

A areia de moldagem misturada na s paredes do misturador pelos ms 1 mos-trados na figura, que possuem uma cinta de borracha. As facas 2 so as que mo-vimentam a areia at os ms. Para resfriar a areia, introduzido ar comprimidona massa de areia.

1.5.9 Mtodos de moldagem

A moldagem manual o mtodo mais lento e mais antigo para produo deum molde. tambm usado para moldagem em bancada ou no cho, quandose tm modelos soltos, ou ainda quando se est produzindo peas experimentaisou muito grandes.

Para a produo seriada em larga escala, so utilizadas as mquinas de moldar.A seguir sero descritos os principa is tipos de mquinas de moldar.

Mquina de moldar por impacto

Nessa mquina, como pode ser observado na fig ura 1.17, todo o conjunto ele-vado por um pisto pneumtico e largado no fim do curso, em queda livre. Acompactao da areia d-se pelo impacto.

Placa domodelo

Caixa demoldagem

Pino guia

Modelo

Caixa para conter o excessode areia antes da compactao

Areia

Mesa damquina

Pistopneumticode impacto

Pino extrator

Areia

Figura 1.17Mquina de moldarpor impacto.


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O modelo em placa preso mesa por pinos guias. Depois de repetidas ope-raes do pisto, a areia fica compactada, e a caixa com o molde retirada damquina por meio de pinos extratores.

Mquina de moldar por impacto e compresso

Nesse tipo de mquina combina-se a ao das mquinas de impacto com pren-sas de moldagem, o que resulta em moldes de muito boa qualidade. a maisutilizada porque permite uma compactao maior da areia em volta do modelo,produzindo moldes mais resistentes e de melhor ac abamento.

1.5.10 Sistema de alimentao

A funo de um sistema de a limentao (figura 1.18) permitir o enchimentocompleto da cavidade do molde para prevenir a ocorrncia de defeitos, comoincluso de areia ou escria, e evitar que a contrao lquida provoque falhas

internas na pea.

O sistema de alimentao deve ser projetado de maneira que a solidificao dometal seja direcionada do ponto mais distante da alimentao para o ponto maisprximo.

Elementos bsicos

A figura 1.19 mostra um esquema com os elementos bsicos de um sistema dealimentao.

Figura 1.18Sistema de alimentao.

Bacia de vazamento

Tem a funo de permitir o vaza mento do metal lquido da panela, sem que hajaderramamento. Por esse motivo, deve-se prevenir uma seo maior. Alm disso,ela fica sempre cheia para fazer com que ocorra a separao da escria do metal,por diferena de densidade.

Canal de descida

Alm de permitir a passagem do metal lquido, o canal de descida procura dimi-nuir a turbulncia do metal durante a descida, da seu formato cnico. Deve teraltura suficiente para que todo o molde seja preenchido com o metal fundido.

Canal de distribuio

Tem a funo de distribuir o metal pelos vrios canais de ata que. Aps o ltimocanal de ataque, possui um prolongamento que serve para conter o primeirometal lquido que entra no molde carregando consigo sujeira e areia. Dessa ma-neira, esse metal no atinge nenhum canal de ataque e no estraga a pea comincluses de areia.

Canais dedistribuio

Canais deataque

Bacia devazamento

Canal dedescida

Pea

Figura 1.19Elementos bsicos de umsistema de alimentao.

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Canais de ataque

Sua correta distribuio por vrios pontos da pea que vai garantir um gradien-te favorvel de temperatura, evitando distores por diferenas de temperaturanos diversos pontos.

Critrios para o dimensionamento do sistema de canais de alimentao

Considerando a figura 1.20, so adotadas as reas S1, S2e Sicomo sendo:

S1 rea da seo mnima do canal de descida;

S2 rea da seo mxima do canal de distribuio. Se h mais de um canal dedistribuio, essa rea a soma das sees mximas dos canais de distribuioque convergem para um mesmo canal de descida;

Si rea da seo mnima de cada canal de ataque.

Existem dois sistemas de canais de alimentao:

sistema pressurizado S S Si

i

N

1 2

1

>=

sistema despressurizado S S Si

i

N

1 2

1

e

e>

Figura 2.64

Escalonamento dospunes por etapas.


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importantssimo que o escalonamento seja feito de forma a no desequilibrara ferramenta. Para isso necessrio que os centros de presso (baricentros) dasvrias etapas coincidam ou pelo menos quase coincidam.

2.6.8 Operaes de estampagem

As operaes bsicas de estampagem so o corte, a dobra e o embutimento ourepuxo.

1. Corte

Consiste em separar de uma chapa uma poro de material com contorno deter-minado, mediante golpe de prensa e utilizando ferramental apropriado.

2. Dobra

Como seu nome indica, consiste em obter uma pea formada por uma ou mai sdobras de uma chapa plana. Para isso utilizada uma ferramenta denominadaestampo de dobra.

3. Embutimento ou repuxo

Essa operao tem como finalidade produzir peas em forma de recipiente, comocanecas, caixas e tubos obtidos pela deformao da chapa, a golpes de prensa eempregando ferramental especial denominado estampo de repuxo.

2.6.9 Operaes de corte

O corte de chapas de metal realizado por meio de foras de cisalhamentoaplicadas na chapa pelos dois cantos de corte da ferramenta. Essas foras criamtenses internas que, ao ultrapassarem o limite de resistncia ao cisalhamento domaterial, provocam a ruptura e por fim a separao.

O corte realizado fundamentalmente em trs etapas:

deformao plstica; reduo de rea; fratura.

Antes de prosseguirmos, vamos de finir alguns termos que sero empregadosadiante:

Puno elemento da ferramenta que provoca a perfurao por meio demovimento e foras transmitidas pela prensa.

Matriz elemento da ferramenta que fica fixo na base da prensa e sob o qualse apoia a chapa.

Folga espao existente entre o puno e a matriz na parte paralela decorte.

Alvio de ferramenta ngulo dado matriz aps a parte paralela de corte.

Esses elementos so ilustrados na figura 2.65.

Quando o puno desce sobre a chapa, o material comea a deformar-se at queo limite de escoamento seja ultrapassado. O mater ial, ento, forado a penetrarna matriz, formando uma calota na pa rte inferior por causa da deformao pls-tica (figura 2.66).

Com a continuao da aplicao de fora pelo puno, o metal c ontinua a pene-trar na matriz reduzindo a rea na regio do corte (figura 2.67).

Puno

FolgaAlvioMatriz

Chapa

Figura 2.65Operao de estampagem.

Figura 2.66Deformao plsticado material.

Figura 2.67Reduo de rea naregio de corte.


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Logo se inicia a fratura, que comea no canto do corte do puno, para emseguida prosseguir no canto de corte da matriz. Com o aumento da penetraodo puno, a fratura se prolonga e as duas fr aturas eventualmente se encontram.Caso isso no acontea, a parte compreendida entre as duas fraturas rasgada.

As partes fraturadas possuem ac abamento liso e brilhante, enqua nto a parterasgada tem acabamento spero.

Fora de corte

O esforo de corte calculado multiplicando-se a seo a ser cortada pela resis-tncia do cisalhamento do material.

Como a rea da seo a ser cortada igual espessura da chapa pelo permetroa ser cortado, temos a seguinte equao:

FC= e L r

em que:

e= espessura da chapa (em mm);L= permetro de corte (em mm);r = tenso de ruptura ao cisalhamento (kgf/mm 2);Fc= fora de corte (em kgf).

Na prtica, pode-se substituir a resistncia ao cisalhamento pela resistncia deruptura trao r, que fornece uma margem de segurana. Temos, ento:

FC= e L r

Fora de extrao

Como foi descrito, o puno penetra na pea a ser trabalhada, enquanto o reta-lho, ou a pea, fica preso matriz. Portanto, deve-se extrair a pea trabalhadado puno ou a pea da matriz, o que feito por extratores acionados por molas.Pode-se considerar que, para condies mdias de folga e afiao das ferramen-tas, o esforo de extrao varia de 5% a 12% de esforo de corte, e na prticautiliza-se o valor de 10%. Assim, a fora de extrao igual a 0,10 Fc, e a foratotal necessria operao de corte dada por:

fora total de corte = 1,1 Fc

Reduo do esforo de corte

Muitas vezes interessante procurar diminuir o esforo de corte para minimizara necessidade de grandes prensas destinadas a uma nica operao de corte. Issopode ser feito por meio de um ngulo no puno ou na matriz, de maneira areduzir a rea de resistncia ao corte (figura 2.68).

O trabalho requerido para cortar uma chapa de metal pode ser calculado pelafrmula bsica:

trabalho = fora distncia em que a fora atua.

No caso do puno de face reta:

TC= FC e

em que:

TC= trabalho de corte;FC= fora de corte;e= espessura da chapa.

No caso do puno de face angular, ver esquema na figura 2.69.

TC= FC (e + c)

O trabalho para executar o corte no varia quer exista ngulo ou no, mas,como a distncia percorrida pelo puno maior com ngulo, a fora de cortenecessria menor nesse caso.

Figura 2.68Reduo do esforode corte.

e

c

e

Figura 2.69Puno de face angular.


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110

Na prtica, esse ngulo varia de 5 a 18:

TC1= FC1 e TC1= TC2= FC2< FC1

TC2= FC2 (e + c)

2.6.10 Dobramento

No dobramento (figura 2.71), a chapa recortada submetida a foras que cau-sam uma modificao de contorno. Essas foras aplicadas que deformam o me-tal criam tenses na pea, ultrapassam o limite elstico e situam-se na zona dasdeformaes plsticas.

Espiga

Placa portopunes

Punes

Extrator

Cabeotepuncionador

Basematriz

Matriz decorte

Placa portamatriz

Base da prensa

a)

Cabeote da prensa

Chapa

Extrator elstico

Extrator guia

b)

Figura 2.70a) Esquema da prensa;b) Processo de corte.

A chapa a ser dobrada deformada por trao na pa rte externa e por compres-so na parte interna do raio, ou seja, por flexo. Portanto, fraturas, se houver,estaro localizadas no lado da trao, ou seja, no lado externo, e se houver ru-gas, estaro no lado da compresso, isto , no lado interno.

Eixo neutro

Como a chapa solicitada de um lado por trao e de outro por compresso,deve existir um ponto entre as duas superfcies em que a tenso normal zero,portanto, no h deformao. A linha formada por es ses pontos chamada linhaneutra ou eixo neutro.

Como essa linha no sofre deformaes, conclumos que seu comprimento per-manece o mesmo aps a deformao. Da sua importncia, pois por essa linha secalcula o desenvolvimento da pea, ou seja, a rea que deve ter a chapa antes deser dobrada, para que se possa obter a pea dobrada com as dimenses desejadas.

Quando se inicia a dobra, o eixo neutro est no centro da espessura e, medidaque a dobra aumenta, ele se desloca na direo do lado interno da curva, isto ,do lado de compresso. Na zona de trao, aumenta o comprimento do materiale diminui a largura. Na zona de compresso, o comprimento diminui e a largu-ra aumenta (figura 2.72).

Figura 2.71Processo de dobramento.

Antes da dobra Depois da dobra

L N L N

A A A AA

A+++

++

Figura 2.72Comportamentodo material antes edepois da dobra.


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112

Clculo do desenvolvimento

Para obter uma pea dobrada, necessrio c omear com uma pea plana de per-fil adequado. A partir desse perfil plano, feito o desenvolvimento da pea. por isso que comumente chamado de per fil de desenvolvimento da pea. Essedesenvolvimento calculado com base na linha neutra da pea. Como valoresprticos para localizao da LNpodem ser citados para:

chapas de at 2 mm LN = 1/2 e(espessura da chapa) chapas de 2 at 4 mm LN = 3/7 e chapas acima de 4 mm LN = 1/3 e

Conhecida a posio da LN, para o clculo do desenvolvimento, basta determi-nar o comprimento da linha neutra.

Determinao experimental da linha neutra

Para determinao exata da posio da LN, necessrio fazer o dobramentode uma tira de chapa com a espessura e o raio de dobramento desejado, comomostra a figura 2.73.

Temos: L L R

htotal

= + +2

4

(o desenvolvimento e a LNtm o mesmo comprimento)

Multiplicando a expresso por 2, temos:

2Ltotal= 2L + R + 2h

= R L L htotal

2( )

R

r

x

L

Ltotal

d

h

f

c

Figura 2.73Determinao da posio

da linha neutra.

Sabemos que R = r + x,

x = R r, ou seja, x L h

rL

total=

2( )

Retorno elstico (spring back)

Durante a operao de dobrar o material da chapa, nas regies prximas ao eixoneutro, h solicitao de tenso inferior ao limite de ela sticidade do material dachapa.

Por esse motivo, cessada a ao da fora de dobramento, essas regies tendema voltar posio original, o que parcialmente impedido pela ao das ou-tras regies da pea que sofreram deformao permanente (acima do limite deelasticidade).

Entretanto, a chapa dobrada sempre tem o retorno de alguns graus na zona dedobramento, pelo fato de a zona prxima linha neutra no ter passado do es-tado elstico para o plstico. Esse ngulo de retorno varia de 1 a 10, depen-dendo da espessura da chapa, do tipo de material e do raio de curvatura (figura2.74). Para ter uma ideia exata de seu valor, convm realizar um ensaio prviode dobra. Para o ao doce, 2.

Raio mnimo da dobra

Quanto menor o raio de dobra, maior o alongamento das fibras externas sujeitas trao. Para evitar rupturas, esse raio de dobra no deve ser muito pequeno.

A determinao terica do raio mnimo da dobra bastante difcil, e na prticautilizamos valores obtidos por experincia. Para o ao doce, Rmn> e, em quee= espessura da chapa.

Figura 2.74ngulo de retorno.


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Mtodos de dobramento

Existem basicamente trs formas de ao do puno para obter um dobramento:

1.Dobramento em V (figura 2.75). Mais usado para dobrar perfis largos.

2.Dobramento em L ou U, com o qual possvel obter dobras perfeitas (figura2.76) por causa do pequeno brao de alavanca em que atua o puno. Esse siste-ma mais empregado para a obteno de pequenas peas dobradas.

Matriz

Matriz

2

3

1

Matriz

Puno

Figura 2.75Dobramento em V.

Matriz

1

2

3

Puno

Figura 2.76Dobramento em L.

3.Dobramento de ao frontal (figura 2.77). usado preferencialmente no do-bramento de perfis fechados ou curvos.

Folga entre puno e matriz

Se no houver folga entre o puno e a matriz, como a espessura da chapa no rigorosamente exata, podem aparecer formas de dobramento muito superiores scalculadas. Por esse motivo, normal deixar uma folga de 1/10e. Assim, a folgatotal dada por:

folga = e + 1/10e = 11/10e

Esforo de dobramento

O clculo da fora de dobramento feito com base nas frmulas de resistnciados materiais para flexo de uma barra (figura 2.78).

Para o caso da dobra em V, temos:

Puno

2

3

Matriz

1

Figura 2.77Dobramento deao frontal.

FD

FD

l

2

FD

2

Mfmax

Figura 2.78Barra flexionada.


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(1) Mf f F

mx

D D

. = =

2 2 4

(2) Mf Wf

=

em que:

Mfmx. =momento fletor mximo;FD= fora de dobra;l = comprimento do vo entre os dois apoios;f= tenso de flexo;

W= mdulo de resistncia.

Para superfcie retangular, como chapas, Wvale: Mf b e

=

f

2

6

.

Substituindo em (1), temos: f DD

f

=

=

b e FF

b e2 2

6 4

4

6

F b e

D

f=

2

1 5

,

Quando h uma dobra em L, os clculos so baseados no esquema de vigaengastada:

Mfmax

FD

Mf = max FD (1)

Mf = max f W (2)

e

b

W =b e

6

2

F b e

D

f =

2

6

F b e

D

f

=

2

6

Esforo necessrio para o dobramento

Em todas as operaes de dobramento, com exceo da dobra em V, necessrioque o desenvolvimento seja mantido firmemente contra o puno (ou matriz),a fim de contrabalanar a fora exercida e evitar que o desenvolvimento semovimente durante a operao.

O valor prtico dessa fora retirado entre 0,3 e 0,4 FD.

2.6.11 Repuxo

A operao de repuxar consiste em obter uma pea de forma qualquer partindo dodesenvolvimento de uma chapa plana. A teoria que estuda o fluxo do metal nessaoperao bastante complicada, pois se baseia nas propriedades do metal na fasede plasticidade a frio, com estados de tenso duplos e triplos.

A tcnica de repuxo comea no limite elstico do material e termina um poucoantes do limite de sua r uptura. Portanto, quanto maior a diferena entre o limiteelstico e a carga de ruptura, maiores as possibilidades de repuxar determinadomaterial (por exemplo, ao).

A chapa de ao para operaes de repuxar deve ter um limite elstico bastante baixo(18 a 21 kgf/mm2) e a carga de ruptura mais elevada possvel (35 a 42 kgf/mm 2),com um coeficiente de alongamento em torno de 33% a 45%.

Nessa operao, ao contrrio das precedentes, praticamente todo o volume dapea sofre tenses, e o material encruado.

Em certos casos, o encruamento melhora a qualidade do produto acabado. Porexemplo, partes de carroceria de a utomvel, nas quais, por c ausa do encruamento,o limite elstico e a carga de ruptura so elevados, ele aumenta a resistncia arupturas por fadiga, a deformaes e flambagem.

Dobramento

Fora exercidapelo puno

Trao nasparedes laterais

Compressocircunferencial

Atrito (considerando apresena de prensa chapa)

Puno

Ventilao

Prensa-chapa

Desenvolvimento

Matriz

Pea

Figura 2.79Repuxo de umapea redonda.


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Por outro lado, encruamentos excessivos devem ser evitados, pois isso pode tor-nar a pea frgil e fazer determinadas regies chegarem muito perto do limitede ruptura do material.

A fig ura 2.79 mostra as foras que atua m na operao de repuxa r u ma pearedonda.

Clculo do desenvolvimento de uma pea embutida

Para clculo do desenvolvimento, utilizamos uma regra que na prtica apresentabons resultados: durante a operao de repuxar, a espessura da c hapa permanececonstante em todas as regies da pea.

Nesse caso, torna-se fcil determinar o desenvolvimento, pois se trata de umasimples comparao de reas. A rea da superfcie da pea repuxada igual rea

de desenvolvimento.

S e = S e S = S

Desenvolvimento de peas retangulares

O repuxo de uma pea quadrada ou retangu lar pode ser dividido em duas regies:

regio dos raios; regio das linhas retas.

Na primeira regio, considera-se um caso anlogo ao do repuxo de uma pearedonda. Na segunda regio, calcula-se o desenvolvimento como se fosse umdobramento.

Clculo do desenvolvimento de uma pea retangular

Para comear o desenvolvimento, desenhado um retngulo ABCD, comomostrado na figura 2.80, com largura de W 2re comprimento igual a L 2r,em que:

h +

W

2r

L 2r

2

r

A B

C

Cd

D

RcD

Figura 2.80Clculo de desenvolvimento

de uma pea retangular.

L= comprimento do fundo da caixa;W = largura do fundo da caixa;r = raio de dobramento do fundo da caixa.

Depois, deve ser marcada uma distncia igual a h + rpartindo dos dois ladosdo retngulo ABCD, em que:

h= altura da lateral da caixa.

Nessa distncia, devem ser traadas paralelas aos lados do retngulo, com omesmo comprimento deles.

Para completar o desenvolvimento, a partir dos pontos ABCD, traam-se quartosde crculo com raio RC, em que:

RC= 2 R R + 1 ,4 1R r 2

h +

e R= raio de dobramento dos cantos da caixa.

Teoricamente, esse desenvolvimento contm material suficiente para que a cai xaseja repuxada. Mas a experincia demonstra que a unio em canto vivo do arcobc com as bordas dos lados no permite obter o objeto de maneira correta.Efetuamos, por isso, a uni o arredondada dos citados elementos, como mostradona figura 2.81.

h + r

RC

45

de

c

f

f

h

j

gi

r

b

e

x

a

RC

2

BC

x

Figura 2.81Unio arredondadados elementos.


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Para esse arredondamento, devemos agir da seguinte maneira:

Traar o ponto mdio de abe cd. Pelos pontos mdios ee ftraar as tangentes ghe ij. Traar arcos com raio RC, de modo que eles coincidam com os lados do

desenvolvimento e com as tangentes ghe ij.

O desenvolvimento dos cantos efetuados dessa maneira assegura a mesmadistribuio de metal, porque as reas dos tringulos curvilneos que ficaramexcludos do desenvolvimento so exatamente iguais s dos que foram incorporadosao desenvolvimento.

Esforo de embutimento

No tarefa fcil calcular o esforo necessrio para efetuar a operao de

embutir uma pea, pois interferem muitos fatores, tais como: tipo de material,espessura da chapa, profundidade do embutimento, raios da matriz e do puno,acabamento superficial deles, lubrificao etc. Porm, certo que o esforo deembutimento deve ser menor que a fora de c orte para o rompimento do fundoda pea. Assim:

Fe< S , em que:

Fe= fora de embutimento;S= rea resistente;= tenso de cisalhamento.

Para embutimentos cilndricos realizados sobre matrizes corretamente constru-das e providas de prensa chapa, podemos diz er que a fora de embutimento podeser dada pela seguinte equao:

Fe = d e m

sendo um coeficiente que depende da relao d/D(tabela 2.6).

d/D M

0,55 1,00

0,60 0,86

0,65 0,72

0,70 0,60

0,75 0,50

0,80 0,40

Tabela 2.6Coeficiente para o clculoda fora de embutimento.

em que:

d= dimetro do fundo da pea;D= dimetro de desenvolvimento.

Folga entre puno e matriz

Em razo da falta de u niformidade de espessura da chapa, a folga dever excederem 1/10 essa espessura:

folga = e + 1/10e = 11/10e

Embutimento progressivo

Quando se trata de obter peas embutidas de grandes profundidades, como

recipientes com um dimetro muito pequeno em relao altura, ou quandoa relao entre o dimetro d da pea embutida e o dimetro D do discoinicial d/D = 0,5, no possvel obter a pea em uma nica operao, poiso encruamento seria to grande que a pea se romperia. Para contornar esseinconveniente, realiza-se o embutimento por passadas sucessiva s.

Naturalmente, os dimetros d1, d2, d3etc. devem ser reduzidos gradualmente,em certa proporo, para evitar ruptura da chapa.

Em geral, so admitidas na prtica as seguintes relaes:

d1= K1D(1aoperao)

dn= K2d(n - 1)para as operaes seguintes.


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Captulo 3

Processos

de soldagem


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Asoldagem uma tcnica antiga, utilizada para garantir unies fi-xas em navios, caminhes e estruturas em geral. Foi classificada

como processo de segunda categoria porque apresentava desvan-tagens, como aumento do peso nas estruturas, e era mais lenta e no perfeita-mente impermevel.

No sculo XX, o processo de soldagem deu um salto. Alm da fabricao depeas pela juno de duas ou mais partes metlicas, foram criados robs queauxiliam na soldagem realizando um t rabalho rpido e perfeito. Na figura 3.1, mostrada uma mquina automtica para soldagem.

Os grandes avanos tecnolgicos nas tcnicas de soldagem fazem com que elassejam amplamente utilizadas em diversos campos da engenharia, com maioraplicao na indstria automobilstica e na construo naval.

Figura 3.1Mquina automtica

para soldagem.

3.1 Classificao dos processos de soldagem

Os processos de soldagem podem ser classificados da seguinte forma:

Sem proteo

Com fase lquida por arco eltrico:

com proteo fluxo slido; com proteo fluxo gasoso; com proteo fluxo granular.

Por resistncia eltrica:

electroslag.

Por chama:

oxiacetilnico.

Por GLP etc.:

No estado slido:

por presso; por termo-compresso; por atrito (frico); ultrassnica; por exploso; por radiao: atravs de raios laser.

3.2 Soldagem manual com eletrodo revestido,por meio do arco eltrico

A soldagem c om arco e ltrico o processo no qual a fonte calor fica nece ss-ria soldagem obtida por um a rco eltrico estabelecido entre o eletrodo e apea a ser soldada.

O arco eltrico definido como uma descarga eltrica, de brilho incandes-cente, em um meio gasoso, acompanhada por intenso desprendimento decalor. O arco eltrico gerado quando dois condutores de corrente (eletrodos)so unidos, efetuando o contato eltrico, e depois separados. O calor geradopelo curto-circuito provoca grande movimentao eletrnica e faz com que oespao de ar entre os eletrodos deixe passar corrente (ionizao), revestindoassim o arco.

O arco eltrico ocorre nas regies mostradas na figura 3.2:

ESAB


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Na figura, observamos:

1. ctodo, de onde os eltrons partem para o nodo (~3 200 C);

2. espao de a r no qual os tomos so ionizados (at 6 000 C);3. regio do nodo, onde esto os ons positivos (~3 400 C).

Na abertura dos arcos, necessria uma tenso maior do que a usada para man-t-lo, por causa da necessidade de o ar ser inicialmente ionizado. Para ma nter oarco, os eletrodos devem ter u ma diferena de potencial que depende do mate-rial, da correntedo arco e de seu comprimento.

O comportamento da corrente e da tenso do circuito, em cada uma dessas fa-ses, pode ser observado na s figuras 3.3, 3.4, 3.5 e 3.6.

3 2

1

Ctodo

Figura 3.2Regies no processode soldagem a arco.

A = 0

Eletrodo

Pea

0

20V = Vo = Tenso emvazio da mquina

Figura 3.3Arco ainda no aberto.

A = Icc

Eletrodo

Icc corrente de curto-circuito

10

0

V 0

Pea

Figura 3.4Abertura do arco.

3.2.1 Propriedades da soldagem a arco

Na soldagem a arco, este mantido em um campo gasoso, cheio de vapores dometal do eletrodo e de seu revestimento (figura 3.7).

O metal da pea fundido, e forma-se uma poa de meta l fundido. Por sua vez,o metal de adio tambm fundido e transferido poa na forma de glbulos.Essa transferncia ocorre principalmente pela expanso dos gases, incluso noarame dos eletrodos e em seu revestimento.

A = Is

Eletrodo

Comprimentodo arco

Is = corrente de soldaVs = tenso de solda

Pea

0

0V = Vs

Figura 3.5Manuteno do arco.

Vo

Vs

Icc

Is

0Tempo

Tenso(V)

0Tempo

Corrente(A)

Figura 3.6Variao da tenso e acorrente no tempo.


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A dis tncia medida da e xtremi dade do elet rodo at o fundo da p oa deno-mina-se comprimento do arco (figura 3.7). O controle desse comprimento de vital importncia no processo da soldagem e deve ser de 3 a 4 mm,para minimizar a possibilidade de os glbulos de metal fundido entraremem contato com a atmosfera e absorverem oxignio, o que seria altamenteprejudicial solda.

3.2.2 O revestimento do eletrodo e suas funes

As funes bsicas do revestimento do eletrodo so:

facilitar a estabilizao e manuteno do arco; proteger o metal fundido contra a ao do oxignio e nitrognio do ar, pela

produo de um campo gasoso que envolve o arco e a poa de solda; criar a esc ria de proteo evitando porosidades e reduzindo a velocidade de

solidificao, de maneira a permitir um resfriamento lento da solda; diminuir as perdas por salpicos; introduzir elementos de liga no existentes na alma do eletrodo; facilitar a soldagem nas vrias posies de trabalho; introduzir elementos desoxidantes, como o mangans e o alumnio.

Os eletrodos podem ser classificados, quanto ao tipo de re vestimento em: cidos,bsicos, celulsicos, oxidantes, rutlicos e titnicos, cujas principais caractersti-cas so mostradas na tabela 3.1.

Escriasolidificada

Escria lquida

Eletrodo fundido

Revestimento

Gotculatransferida

Penetrao

Pea

Comprimentodo arco

Soldasolidificada

Poa de soldafundida (cratera)

Coberturagasosa

Alma

Figura 3.7Caractersticas dasoldagem a arco.

Tipo deeletrodos

Caractersticascido

Bsico(baixo

hidrognio)Celulsico Oxidante Rutlico Titnico

Quanto aorevestimento eseus componentes

Mdio ouespessoxidos deferro e/oumangans, ferromanganse/ou outrosdesoxidantes

EspessoCarbonatosde clcio ououtros bsicose flor-higroscpico

MdioMateriaisorgnicos comcombustveis

Espessoxidos deferro com ousem xido demangans

Mdio ouespessoRutilo ouderivadosde xido detitnio

Mdiosemelhanteao rutilo

Escriacido,facilmentedestacvel

Bsica,compacta,poucoabundante,

facilmentedestacvel

Pouca, fcilremoo

Pesada,compacta,autodestacvel,

oxidante

Densa ebastanteviscosa, fcil

remoo

Mais fluidae menosdensa que orutlico, fcil

remoo

Penetrao Boa Mdia Mxima Medocre Boa Boa

Posio desoldagem maisrecomendada

Plana Todas Todas

Soldas de ngulonas posieshorizontal,vertical e plana

TodasVerticale sobre-cabea

Tipo de correnteeltrica

CC ou CA

CC compolaridadeinversaDUCA

CC compolaridadeinversa ou CA

CC ou CA CC ou CA CC ou CA

Suscetibilidade atrincas

Sim Pouca Sim Alta Sim Sim

Propriedadesmecnicas dodepsito

Boas

Excelentes,utilizados emtrabalhos dealta segurana

Bastante boasBastante fracos,utilizados apenaspara acabamento

Boas Boas

3.2.3 Classificao dos eletrodos

A classificao mais usada para eletrodos a da American Welding Society(AWS), segundo a qual os eletrodos so identificados por uma letra e quatro oucinco algarismos. Os dois ou trs primeiros algarismos indicam o limite de resis-tncia trao da solda em kips/pol (1 kip = 1 000 libras); o penltimo algarismoindica as posies de soldagem, e o ltimo, as caractersticas de operao: tipo dacorrente, tipo de escria, penetrao e quantidade de p de ferro, se houver (vertabelas 3.2 e 3.3).

Tabela 3.1Principais caractersticas do

diferentes tipos de eletrodo


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Algarismo Significado

2 ou 3 prime iros Res is tnc ia trao em k ips/pol

Penltimo Posio de soldagem

ltimo Tipo de corrente; tipo de escria; penetrao;quantidade de p de ferro

Penltimo algarismo1. Todas2. Horizontal e plana3. Plana

ltimo 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tipode corrente (1) a

CC +ouCA

CC ouCA

CC ouCA

CC ouCA

CC +CC +ouCA

CC ouCA

CC +ouCA

Tipo deescria (1) b Orgnica Rutlica Rutlica Rutlica

BaixoH

BaixoH Mineral Baixo H

Penetrao (1) c Alta Mdia Pequena Pequena Mdia Mdia Mdia Mdia

P de ferro 0 10% 0 10% 0 10% 30 50% 50% 30 50%

a) E6010 CC+, E6020 CC ou CA; b) E6010 orgnica, E6020 mineral; c) E6010 alta, E6020 mdia.

3.2.4 Seleo do eletrodo

A seleo do eletrodo a ser utilizado depende de uma srie de fatores, como: com-posio do metal-base, posio de soldagem, tipo de servios, grau de penetraorequerido, espessura da junta a soldar, tipo de preparao da junta etc. Entretanto,podemos citar a s seguintes regras bsicas:

juntas importantes, na posio plana, so realiz adas mais rapidamente comeletrodos de alto rendimento do tipo cido, bsico ou rutlico;

na maioria dos casos, o dimetro do eletrodo deve ser, no mximo, igual espessura da junta a ser soldada;

fora da posio plana deve ser usado o eletrodo bsico para juntas importa n-tes, e o rutlico para as de menor importncia;

nos servios de solda descontnua ou ponteamento, os eletrodos celulsicosso recomendados;

o eletrodo bsico recomendado para aos com teor de carbono acima de0,2% e juntas de grande espessura.

Tabela 3.2Classificao dos eletrodos

segundo os algarismos.

Tabela 3.3Classificao dos eletrodos

segundo o ltimo algarismo.

Os catlogos de fabricantes normalmente informam o seguinte:

tipo de revestimento e intensidade de corrente por bitola; caractersticas de penetrao; tipos de servios que podem ser executados e de aos que podem ser soldados; caractersticas mecnicas do depsito; posies de soldagem mais recomendados; anlise qumica do depsito.

3.2.5 Mquinas de solda ao arco eltrico

A figur a 3.8 mostra o esquema funcional de uma mquina de solda ao a rcoeltrico.

H trs tipos de fonte de energia para soldagem com arco eltrico:

transformador fornece somente corrente alternada (CA); retificador fornece corrente c ontnua (CC), podendo tambm fornecer

CA; gerador fornece somente CC.

O objetivo principal de uma fonte de energia proporcionar corrente controlvela determinada tenso.

No caso de soldagem eltrica ao arco com eletrodos revestidos utilizada umafonte cujos controles de corrente esto inseridos nas prprias mquinas e cujatenso varivel. A figura 3.9 mostra a curva ca racterstica de uma mquinade tenso varivel.

Fonte de energiapara soldagem CC

ou CA

Eletrodo

Pea Arco

Porta-eletrodo

Cabo terra

Cabo doeletrodo

Figura 3.8

Esquema funcional deuma mquina de soldaao arco eltrico.


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Transformador

Opera pelo princpio da induo entre duas bobinas, cuja finalidade modificar

a alta tenso. Os principais circuitos ligados fonte so chamados de:

primrio: recebe sua energia de uma fonte alternativa, sobre um ncleo deferro, e apresenta dois fios; por isso diz-se que a mquina monofsica;

secundrio: restitui energia, feito de lminas ou fios e mais eficaz que oprimrio;

ncleo magntico: circuito magntico por onde o fluxo ma gntico percorreo material.

Esquema simples de um transformador

A figura 3.10 mostra o esquema simples de um transformador. O transformadorapresentado no permite um controle de corrente e, na prtica, preciso ter umamquina que permita obter a corrente desejada para os vrios tipos de bitolas deeletrodos.

Icc

Vo

V

AIcc

Curva caracterstica de umamquina de tenso varivel

Figura 3.9Curva que relaciona

tenso e corrente em umamquina de tenso varivel.

L1

Linha de alimentao

Primrio:alta voltagem,baixa corrente.

Secundrio:baixa voltagem,alta corrente.

Ncleo magntico

L2

L3

F1

F2

Figura 3.10Esquema de umtransformador.

H vrias maneiras de obter o controle de corrente de um transformador. Des-sas, as mai s utilizadas so: tapes (figura 3.11), reator (figura 3.12), e variao doncleo magntico (figura 3.13), conforme mostram os esquemas.

No controle regulado por tapes, ao se mudar de um tape para outro, ocorre uma

variao tanto de corrente como de voltagem, o que no interessante.

Uma maneira de obter sempre a mesma tenso (V0) e variar a corrente utilizarum reator, como mostrado na figura 3.12:

O controle da corrente por variao do ncleo magntico o mtodo mais usa-do. Ao se variar a posio da peaAem relao ao ncleo N, varia-se a correntede sada no secundrio.

Primrio

Secundrio

Figura 3.11Esquema de um

transformadorregulado por tapes.

Reator

Figura 3.12Controle por reator.

Primrio Secundrio

NN

A

Figura 3.13Controle da correntepor variao doncleo magntico.


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Os transformadores de solda, em condies normais de meio ambiente, noexigem praticamente nenhuma manuteno.

Retificador

Basicamente um conjunto de elementos constitudo de um transformador decorrente que converte CA em CC (figura 3.14).

Os retificadores mais utilizados so os diodos de silcio, que permitem a passa-gem de corrente em um nico sentido. Com isso, podemos concluir que osdiodos permitem passagem da CA nos semicrculos positivos, bloqueando ossemicrculos negativos.

Transformador-retificador de meia onda

Na figura 3.15, observamos um transformador-retificador provido de u ma chaveKque, quando colocada na posio A, fornece CC e, quando na posio B,fornece CA.

+ +

CACA

+ +

+ +

CC

Smbolo que representaum transformador

Diodo desilcio

Semiciclospositivos

Semiciclos negativosque o diodo bloqueia

Figura 3.14Esquema de um retificador.

A B Chave K


transformador-retificador.

Como foi visto nos esquemas anteriores, obtemos a retificao s da metade decada ciclo da corrente (retificao de meia onda), mas, na prtica, desejamosuma retificao de onda completa e por isso lanamos mo de um maior nme-ro de retificadores e fazemos uma montagem especial denominada ponte retifi-cadora(figura 3.16), que permite a retificao total da corrente.

O tipo representado conhecido como retificador monofsicoe apresenta avantagem de fornecer, alm de CC, CA.

Entretanto, quando se deseja apenas CC, usual um retificador trifsico (figura3.17), pois o aproveitamento da mquina muito maior, alm de no causarproblemas na linha de alimentao.

O controle de corrente nos transformadores-retificadores normalmente efetua-do pelo processo do ncleo magntico.

CC

CACA

Figura 3.16Ponte retificadora.

Choque paraestabilizaode corrente

Sistema deretificaode corrente

Reator controlede corrente

Secundrio

Secundrio

Secundrio

Primrio

Primrio

Primrio

Eletrodo

Terra

L1

L2

L3


transformador--retificador trifsico.


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Gerador

Os geradores so fontes de corrente contnua. A CC produzida por um geradoracoplado ao motor (figura 3.18), que pode ser eltrico ou de combusto i nterna(gasolina, diesel, lcool).

Como acontece com os transformadores e retificadores, os geradores devem serprovidos de controles que permitam variar convenientemente a intensidade decorrente.

3.2.6 Escolha da mquina de solda

Comparao de soldagem com corrente contnua e correntealternada

Corrente contnua (CC)

Um arco pode ser mantido com qua lquer material condutor e executa soldagemde materiais, como alumnio, cobre e bronze, bastante refratrios CA.

TerraEletrodo

Reator

controle devoltagem Polos do gerador principal

Gerador autoexcitado (excitatriz)

Chave de polaridade

Reostato para

Controle decorrente

Gerador principal Interpolos

Figura 3.18Esquema de um gerador

para soldagem movidopor motor eltrico comexcitao em separado.

A CC possibilita a modificao de c ertas ca ractersticas do arco pela mudanade polaridade.

Quando se trata de gerador movido por motor de combusto interna, independede circuitos eltricos, sendo, portanto, ideal para trabalhos de campo.

Corrente alternada (CA)

No permite o uso de eletrodos nus e obriga a manuteno de um arco maiscurto.

O peso, o tamanho e o preo de um transformador so de 30% a 40% menoresque os de um gera dor de CC correspondente.

O transformador no possui peas mveis sujeitas a desgaste e no exige

manuteno.

Valores estabelecidos para mquinas de solda pelas normas ABNT

Normas P EB 343 e NEMA EW1:

Tenso para circuito aberto (V0)

Para os transformadores, por motivos de segurana, a voltagem em circuito aber-to no deve ser maior que 80 V. Para eletrodos com revestimento bsico (baixohidrognio), o valor mnimo de V0deve ser da ordem de 55 V. Para retificadorese geradores, a tenso de circuito aberto pode ser de at 125 V.

Tenso no arco (VS)

As normas estabelecem que os diferentes valores de corrente nominal esteja mrelacionados entre si por meio da seguinte equao:

VS= 20 + 0,04 IVS= Voltagem no arcoI= corrente nominal

Em geral, a voltagem no arco para solda manual oscila entre 10 e 40 V. Asnormas estabelecem que a voltagem mxima no arco para mquinas de 600 A de 44 V:

VS= 20 + 0,04 600 = 44 V

Ciclo de trabalho

o valor dado em porcentagem em relao a 10 min, no qual a mquina podeoperar com a corrente nominal sem que haja superaquecimento ou qualquerestrago na isolao eltrica. Assim, se uma mquina de 300 A apresenta umciclo de trabalho de 60%, significa que em 10 minutos a mquina pode ficar


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em carga durante 6 minutos. As mquinas para solda manual apresentam ci-clos de trabalho que variam de 20% (pequenas mquinas para servios leves)at 60% (mquinas industriais para servio pesado). Para a mesma mquina,os valores de corrente de sada e ciclo de trabalho esto relacionados pelaequao:

I T I T1

2

1 2

2

2= , em que:

I1= corrente de sada no ciclo de trabalho T1I2= corrente de sada no ciclo de trabalho T2

Exemplo

Para o ciclo de trabalho de 60% com uma mquina de corrente nominal 300 A,determinar a corrente que permitir alterar esse ciclo de trabalho pa ra 100%.

Soluo

Temos:

I1= 300 I2= ?

T1= 0,6 T2= 1

300 0,6 = I22 1 = I2= 232 A

Portanto, uma mquina de 300 A a 60% pode trabalhar a 100% com uma cor-rente de 232 A.

Eficincia de uma mquina de solda

determinada pelas perdas da mquina quando apresenta a corrente nomi-nal e a tenso de arco especificada. obtida dividindo-se a potncia do arco(corrente e tenso nominais) pela potncia de alimentao e expressa emporcentagem.

EFcorrente no al tenso no al

potnciade a li enta=

min min

m

100

o

Exemplo

Determinar a eficincia de uma mquina de solda de 300 A, de alimentaomonofsica, com corrente de alimentao 70 A e tenso de 230 V, com um fatorde potncia de 0,83.

Soluo

E = 20 + 0,04 300 = 32 V

Eff = 32 300 100 = 72%

230 70 0,83

Eficincia em torno de 70% e os geradores em torno de 50%, por cau sa das per-das na converso da energia mecnica em eltrica.

Fator de potncia

a medida da utilizao da energia eltr ica recebida na alimentao da mquina

de solda.

As mquinas monofsicas, transformadores ou retificadores, apresentam um fa-tor de potncia da ordem de 55%, ao passo que as trifsicas, da ordem de 75%.Os geradores movidos por motores eltricos trifsicos apresentam fator de po-tncia da ordem de 85%.

Vantagens e desvantagens

As vantagens e desvantagens entre um t ipo de mquina ou outro esto mostra-das na tabela 3.4.

Transformadores--retificadores CA/CC

Retificadortrifsico

Motor (eltrico)Gerador

Alimentao Monofsico (mau) Trifsico (bom) Trifsico (bom)

Flutuao da linha M M Boa

Trabalho em locais midos Mau Mau Bom

Manuteno Pouca Pouca Muita

Corte com carvo Razovel Razovel Bom

Custo inicial 20% 50% 100%

3.3 Juntas

Denomina-se junta a regio onde duas ou mais peas so unidas por soldagem.Para obter uma soldagem com penetrao adequada e sem defeitos, na maioriados casos temos de efetuar uma preparao por meio de chanfros. O tipo de pre-parao depende diretamente da espessura do material de base, do tipo da junta,

Tabela 3.4Vantagens e desvantagensentre as diferentesmquinas de solda.


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da facilidade de acesso junta e da posio de soldagem. A figura 3.19 mostradiferentes tipos de unies soldadas.

3.3.1 Posies de soldagem

Juntas de topo e preparaes tpicas

Denominam-se juntas de topo aquelas em que, em uma seo transversal, oscomponentes a soldar possuem espessuras semelhantes e se encontram no mes-mo plano.

A preparao em V simples utilizada para sees de espessura de no mximo 19mm (3/4). Acima de 19 mm, ma is econmico utilizar chanfros em V duplo,U simples ou U duplo, conforme pode ser visto na fig ura 3.20.

Solda plana de topo Solda plana em ngulo

Solda vertical de topo Solda vertical em ngulo

Solda horizontal de topo Solda horizontal em ngulo

Solda sobrecabea de topo Solda sobrecabea em ngulo

Figura 3.19Diferentes tipos de

unies soldadas.

3.3.2 Preparao para juntas de topo

Para juntas de grande espessura, a preparao em U simples reduz consideravel-mente o depsito de solda, porm mais onerosa. Por sua vez, o U duplo minimi-za o efeito de deformao, mas a junta deve ser de fcil acesso por ambos os lados.

Sem chanfroEspessura abaixo de in. (3,2 mm)

1

8

Sem chanfroEspessura de in. (3,2 6,4 mm)

(1.6 - 3.2 mm)

1

8

1

4

Fresta

1

8in.1

16in. ( )

Espessura de in. (6,4 18 mm)1

4

3

4

1

8in. (3 2 mm)

3

32in. (2,4 mm)

Nariz

60

Fresta

V Simples

20

raio

Nariz

18

in. (3.2 mm)

14

in.

116

in.

Espessura acima de in. (19 mm)3

4

U Simples

Fresta

(0 - 1.6 mm)

(6 - 4 mm)

0 -


4

U Duplo

20

20

raio

1

4

in.

(5 - 4 mm)

116

in.

18

in. (3.2 mm)

Fresta

(0 - 1.6 mm)

0 -

60

60

Nariz116 in. (1 - 6 mm)

332

in. (2 - 4 mm)Fresta


4

V Duplo

60

90

332

in. (2 - 4 mm)

Fresta

(Diminuio de soldagemsobrecabea)

V Duplo assimtrico

NarizT

116

in. (1 - 6 mm)23

T

13

T

1

8in. (3 - 2 mm)

1

8in. (2 - 4 mm)

20

116

in.

FrestaNariz

raio

J Simples

(0 - 1.6 mm)

1

4

in. (6 - 4 mm)

1

8in. (3 - 2 mm)

1

8in. (3 - 2 mm)

20

20

116

0 - in. (0 - 1.6 mm)

FrestaNariz

raio

J Duplo

1

4in. (6 - 4 mm)

Figura 3.20Diferentes tipos depreparao de bordas.


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Alguns cuidados devem ser tomados na soldagem de juntas de topo:

o primeiro passo de solda de vital importncia para a obteno de umasolda perfeita;

o reforo do cordo de solda no deve ser exa gerado; usualmente de 2 mmna posio plana e de 3 mm na vertical. Recomendaes prticas indicamque deve ser limitado a 20% da espessura da junta.

A figura 3.21 mostra alguns tipos de prepara

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