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ENSINO PRESENCIAL COM SUPORTE EAD BACHARELADO EM MECATRNICA MDULO CONTROLE DE

PROCESSOS

LUCAS LIRA SANTOS

PROCESSOS DE FABRICAO PROCESSOS INDUSTRIAIS

............................................................................................................................... Guarulhos

2014

LUCAS LIRA SANTOS

PROCESSOS DE FABRICAO PROCESSOS INDUSTRIAIS

Trabalho apresentado ao Curso de Mecatrnica da Faculdade ENIAC para a disciplina de Processos Industriais. Prof. Roberto Augusto.

Guarulhos

2014

Processos de Fabricao

Usinagem Mquinas e Operaes

A fabricao uma atividade que visa obter produtos ao mesmo tempo teis e

rentveis. Envolve interaes entre materiais, mquinas, mo de obra, mtodo,

entre outros, que se iniciam em um projeto e na produo de componentes

montados em um produto final. Os sistemas de produo so definidos pelo

tipo e pelos detalhes do processo utilizado e pela maneira como organizada a

produo. Um esquema dessa organizao mostrado na figura 1.1

Figura 1.1 Esquema de organizao

Na transformao por usinagem, muitas vezes ocorre grande mudana no

formato da matria-prima, enquanto em outras so feitas operaes com pouca

mudana. importante saber quais sero os recursos transformados, a

maneira de agir, e como sero a definio e a organizao do fluxo de

processo.

Os processos de fabricao em reas afins so chamados segmentos, por

exemplo:

A indstria metal-mecnica, em que o ao e suas ligas so a matria-prima

principal de fabricao, alm de ligas de ferro fundido, alumnio e cobre,

movimentando a indstria de equipamentos siderrgicos, de mquinas, de

matrizes etc.;

A indstria de plsticos, que fabrica utenslios domsticos, embalagens e

peas tcnicas como a carcaa dos telefones celulares e os para-choques de

veculos, movimentando a indstria de mquinas, de equipamentos hidrulicos,

de moldes etc.; Outros tipos de indstrias so destacados nessa segmentao,

como a agroindstria, a indstria de energia, de componentes ortopdicos,

aeroespacial, farmacutica etc. Todos esses segmentos concentram

conhecimento e vivncias especficas.

Tipos de Processos de Fabricao

A figura 1.2 mostra os diferentes processos de fabricao.

Figura 1.2 Processos de fabricao

Para saber que tipo de transformao a indstria de usinagem realiza,

preciso avaliar o custo/benefcio em funo do fluxo de produo:

Em regime de produo contnua (em linha ou produo em massa)

predominam a transformao de fundidos e forjados;

Em produo intermitente (por lotes ou por encomenda) ou produo em

grandes projetos (sem repetio), ocorrem os fundidos, mas predominam os

laminados.

Em todos os casos, os fatores de deciso so o custo e a qualidade da

matriaprima, que deve estar em consonncia com o projeto do produto. Os

processos de obteno da matria-prima metlica em geral no garantem os

formatos necessrios nas peas, como rebaixos, salincias, furos calibrados ou

roscados etc. Apresentam superfcies grosseiras e de tolerncias muito

abertas para que um componente possa ser montado com funcionalidade e

intercambiabilidade, caractersticas cada vez mais exigidas na mecnica.

Esses processos primrios precisam das operaes de usinagem para atender

s necessidades de montagem e funcionalidade (ver exemplo da figura 1.3).

Figura 1.3 Peas montadas ps usinagem

Conceito e Importncia da Usinagem

Produzem cavaco (FERRA-RESI, 1977). A usinagem o processo de

fabricao mais empregado no mundo. Como exemplos da importncia da

usinagem para a sociedade, podem ser citados:

As engrenagens para transmisso, que so quase todas usinadas;

A maioria dos componentes da indstria aeroespacial usinada;

Todos os pinos odontolgicos e a maioria dos ortopdicos so usinados.

A usinagem depende das variveis: mquinas operatrizes, ferramentas e

acessrios. A seleo dessas variveis muito importante, pois existe grande

oferta de tipos, formas e tamanhos para diferentes trabalhos. A escolha correta

possibilita a execuo do trabalho, cumpre os procedimentos destacados nas

folhas de processo ou de operaes, atende s definies diversas at mesmo

de segurana industrial, ganha tempo e reduz desperdcios.

Como exemplo de escolha ou de seleo de processo de usinagem, utilizamos

a tabela 1.1, com valores de rugosidade que se podem obter com diversos

processos de fabricao. Para uma necessidade de rugosidade de 0,2 Ra que

exija escolha da retificao, em geral ocorrem: a gerao da matria-prima, a

preparao para incio de usinagem, as etapas iniciais de usinagem

(prevalecendo o torneamento), aplicao de tratamentos trmicos e,

finalmente, o uso do processo de retfica.

Tambm devem ser considerados fatores de tolerncias dimensionais e o fator

geo mtrico na escolha do processo de usinagem. Quanto maior a exigncia,

maior a necessidade de processos mais precisos e de grande controle, que

em consequncia so mais caros.

Historicamente, o desenvolvimento dos processos de usinagem comeou com

a transformao e execuo dos movimentos lineares e de rotao. A

combinao entre esses movimentos permitiu a realizao de trabalhos com

maior preciso e Operaes de usinagem so aquelas em que, ao conferirem

pea a forma, o acabamento, as dimenses, ou ainda a combinao deles,

menor esforo. medida que novos desenvolvimentos aconteceram, mquinas

mais sofisticadas e processos modernos viabilizaram operaes que no eram

conseguidas, em formato e tolerncias, com a rugosidade desejada.

Tabela 1.1 Valores de Rugosidade

medida que as ferramentas e as mquinas tornam-se mais precisas e

versteis, alteram-se as condies de projeto das peas, com base no que as

mquinas podem realizar quando se procura a melhoria de preciso e

durabilidade dos componentes de mecanismos. A tabela 1.2 mostra o tipo de

usinagem em funo da preciso a ser atingida.

Tabela 1.2 Preciso atingivel de usinagem

Processos e Qualidade na Usinagem

Utiliza-se mquina-ferramenta para usinar componentes com qualidade de

tolerncias dimensional, geomtrica e de rugosidade. Mesmo indiretamente,

como no caso de peas produzidas por processos de conformao ou injeo,

a qualidade resultante uma funo dos processos de usinagem utilizados na

obteno dos moldes. A qualidade de uma mquina-ferramenta est associada

a seus sistemas, ao uso a que destinada, aos esforos mecnicos e trmicos

a que se submete, forma como afeta o meio ambiente e s precises e

acabamento estipulados para a pea.

A mquina o item de maior custo na usinagem, incluindo os operadores.

Porm, mesmo a melhor das mquinas pode apresentar resultados de

usinagem no satisfatrios, quando, por exemplo:

No instalada corretamente fundao ineficiente, falta de estabilizao

da energia eltrica;

No se utiliza a correta fixao da pea e das ferramentas de corte.

Com apoio nas figuras 1.4 e 1.5, podem ser resumidos os fatores mais

importantes dos processos de usinagem, visando a melhor preciso da pea

usinada:

Mquina-ferramenta estrutura, estabilidade, tamanho, componentes e

preciso;

Fixao da pea e da ferramenta;

Pea a ser usinada tipo de material, geometria e tolerncias;

Ferramenta de corte material da ferramenta, formato/geometria,

estabilidade;

Segurana do operador e questes de ordem ambiental tolerncias

apertadas de peas sujeitas dilatao trmica requerem ambiente controlado;

Sistemas de controle e medio preciso consonncia dos instrumentos e

mtodos com os requisitos de projeto e processo.

Figura 1.4 Influncia da qualidade da mquina-ferramenta

Figura 1.5 Preciso da pea.

Os processos de usinagem so empregados para transformar as superfcies de

peas metlicas em geral, visando atingir os requisitos de formato, dimenses,

tolerncias e rugosidades. Existem processos diversos de usinagem. Os

processos convencionais de usinagem so as operaes de retificar, brunir,

lapidar, tornear, fresar, furar, alargar, brochar, mandrilar, plainar, roscar, serrar.

As operaes mais frequentes so representadas nas figuras 1.6 e 1.7:

Figura 1.6 Operaes de torneamento, fresamento, furao e alargamento.

Figura 1.7 Operaes de retificar, brunir e lapidar.

A Importncia e a Formao do Cavaco

Usinagem considerada uma tcnica emprica, na qual se inicia o processo

que busca o acerto baseado em experincias anteriores e dados diversos, para

depois, se necessrio, corrigir os parmetros e procedimentos.

Cavaco a poro de material da pea retirada pela ferramenta

(FERRARESI, 1977) para que ocorra a usinagem. Possui forma geomtrica

regular ou irregular. Na usinagem, necessrio ocorrer um movimento

favorvel ao corte entre um material e uma ferramenta mais dura do que esse

material e com geometria adequada ao corte.

Por analogia, ao descascar uma laranja ou ma com o uso de uma faca, o

movimento giratrio da fruta (pea), realizado pelas mos (mquina), contra a

aresta de corte afiada e mais dura da faca (ferramenta) retira a casca (cavaco).

Se a faca girar em sentido contrrio ao corte, ou no tiver aresta devidamente

preparada para o corte e no for mais dura, a operao de retirar a casca da

fruta ser difcil ou impossvel de ser executada. As operaes de torneamento,

furao e fresamento so as de maior ocorrncia industrial entre todos os

processos de usinagem convencionais. Com base no estudo da matria-prima

e do cavaco gerado nesses processos de usinagem, a aplicao

aperfeioada e se define como e quando utilizar os parmetros e os fluidos de

corte.

As ferramentas de usinagem so constitudas de arestas cortantes para

remover cavacos. So selecionadas conforme a aplicao, sobretudo pela

usinabilidade do material da pea. Usinabilidade a propriedade dos materiais

que possibilita a remoo de cavacos com mais ou menos facilidade, seja pela

dificuldade de controle de cavaco, seja pela durabilidade da ferramenta, pela

conservao da geometria ou pela preciso e acabamento superficial da pea

usinada.

Existem materiais cuja usinagem s possvel ou vivel com a aplicao

adequada do material e da geometria da ferramenta de corte e, ainda, nas

condies (parmetros) corretas, incluindo o uso ou no de fluidos de corte. A

experincia anterior e o conhecimento so importantes para o sucesso da

usinagem. Por exemplo, a usinagem do alumnio requer ferramentas de corte

com arestas extremamente positivas e com face de sada do cavaco polida, em

vez de receber coberturas.

Tabela 1.3 Propriedades e usinabilidade do material.

O encruamento o endurecimento por deformao plstica. Ele modifica a

estrutura dos metais. A deformao plstica realizada abaixo da temperatura

de recristalizao causa o endurecimento do metal. Quando uma pea

usinada em torneamento com vrios passes de desbaste, cada passe causa

aumento da dureza por encruamento, comprometendo a vida da ferramenta de

corte. A figura 1.8 ilustra o contato da ferramenta com a pea e a retirada do

cavaco.

Figura 1.8 Contato da ferramenta com a pea.

Fases definidoras dos tipos de cavaco

No contato da ferramenta com o material, sob determinados valores dos

parmetros de profundidade de corte, avano e velocidade de corte, ocorrem

as fases que definem os tipos de cavaco:

O recalque do material da pea contra a face da ferramenta;

A deformao plstica que aumenta at o valor da tenso atingir a tenso

limite de cisalhamento, iniciando o deslizamento do material recalcado

segundo os planos de cisalhamento;

A ruptura parcial ou completa na regio de cisalhamento, dependendo

tambm da ductibilidade do material;

O escorregamento de material deformado e cisalhado sobre a face da

ferramenta.

Os cavacos longos ou contnuos so considerados indesejveis, dificultam o

manuseio e a armazenagem, causam risco de acidentes ao operador,

obstruem e travam o transportador de cavacos causando paradas de mquina

ou at quebras. Podem enrolar e causar danos na ferramenta, bem como

refugos, e prejudicam a tolerncia e o acabamento superficial da pea.

Procura-se formar cavacos favorveis, do tipo hlice espiral, que ocupam

pouco volume, no obstruem o local de trabalho e so removidos facilmente. A

figura 1.9 mostra os tipos de cavacos.

Figura 1.9 Tipos de cavacos

Influncias que Definem o Tipo e a Forma do Cavaco

Com a melhor avaliao e aplicao dos parmetros e da geometria de corte

da ferramenta, busca-se um processo mais contnuo. A seleo e alterao do

mtodo e de parmetros de corte podem reduzir o tamanho dos cavacos. O

aumento do avano (f) e a reduo da velocidade de corte (VC) so

alternativas para produzir cavacos curtos, mas precisam ser avaliados o raio da

ferramenta, a rugosidade, o tempo de usinagem e a durabilidade da

ferramenta. A figura 1.10 mostra os fatores que influenciam a forma do cavaco.

Figura 1.10 Fatores que influenciam a forma do cavaco.

Na figura 1.11, o grfico profundidade de corte (ap) versus avano (f) mostra o

efeito desses parmetros no tipo de cavaco. Maiores avanos e/ou maiores

profundidades de corte tendem a resultar em cavacos mais curtos e maior

potncia de corte. O aumento do avano, assim como o da profundidade de

corte devem ser avaliados, visando a uma potncia de corte menor do que a

potncia disponvel no motor da mquina utilizada para a usinagem.

Figura 1.11 Influncia da profundidade de corte e do avano no tipo de cavaco.

Fluidos de Corte

Fluidos de corte so os lquidos (podem ser tambm gases) aplicados na

regio de corte, para facilitar ou at viabilizar a operao, quando as condies

de usinagem so desfavorveis. Definem-se como lubrificantes ou refrigerantes

porque reduzem o atrito entre a ferramenta e o material, diminuem a

temperatura na regio de corte, controlam os cavacos e at auxiliam sua

remoo, por exemplo, em operaes de torneamento interno (figura 6.10). O

uso de fluidos de corte possibilita diminuir o calor gerado na aresta de corte,

prolongar a vida da ferramenta, manter o controle dos cavacos e a preciso da

pea usinada.

No final do sculo XIX, j se usava gua como refrigerante na regio de corte,

com o benefcio de aumento da velocidade de corte, reduo dos tempos de

usinagem sem grande prejuzo para a vida das ferramentas, mas esse

procedimento corroa as peas. Atualmente, utilizam-se fluidos sintticos e

minerais misturados com gua, na proporo mdia de 5%, ou leos integrais,

dependendo da aplicao. Nos fluidos em geral so colocados aditivos.

A escolha correta dos fluidos de corte, assim como sua aplicao possibilitam

muitas vantagens, como a diminuio dos custos operacionais e melhora da

qualidade do acabamento superficial das peas e da produtividade. Precisam

ser manipulados e tratados corretamente, para deixarem de ser nocivos

sade dos usurios e ao meio ambiente.

1.12 - Uso de fluido no processo de torneamento interno.

Os fluidos de corte precisam ter propriedades e caractersticas anticorrosivas,

antiespumantes, antioxidantes e de lavagem; compatibilidade com o meio

ambiente; alta capacidade de umectao; boas propriedades antidesgaste e

antis-solda ou EP; estabilidade durante a estocagem e o uso; ausncia de odor

forte e/ou desagradvel; ausncia de precipitados slidos e outros de efeito

negativo; viscosidade adequada e transparncia, se possvel. (Fonte:

www.cimm.com.br)

Os custos com refrigerantes atingem perto de 16% dos custos de usinagem.

Destes, 40% so custos de estoque, 22% so custos de descarte, 24% so

custos operacionais e de compra, 7% so custos de manuteno. (Fonte:

MITSUBISHI CARBIDE, 2007.)

Classificao dos fluidos de corte

Os tipos principais de fluidos de corte so os solveis (as emulses e as

solues) e os leos integrais.

Emulses os fluidos semissintticos so formadores de emulses e

apresentam menor concentrao de leo na emulso. Essa caracterstica

aumenta a vida do fluido, diminui os riscos sade e torna o leo indicado para

altas velocidades.

Solues os leos solveis so compostos de leo mineral e grande quanti

dade de aditivos. Ao se misturar com a gua, a soluo torna-se translcida.

usado principalmente em retificadoras e centros de usinagem.

leos integrais so constitudos basicamente de leos graxos e leos

minerais, que podem ser usados puros, misturados ou com aditivos (ver figura

1.13).

Com aditivos ativos: para altas presses e temperaturas, para reagir

quimicamente com a superfcie nascente do cavaco, melhorar condies de

atrito (cisalhamento).

Com outros aditivos (inativos): leos minerais puros, leos graxos,

compostos de leo mineral e leos graxos puros, aditivos antifrico,

anticorroso, antioxidante.

1.13 - Exemplo de empregode leo integral em fresamento de engrenagem.

Na tabela 1.4, uma comparao entre propriedades dos fluidos de corte como

orientao de aplicao e uso revela, por exemplo, que, quanto ao poder

refrigerante, as solues so mais aplicadas do que os leos; porm, quanto

ao poder lubrificante, os leos so mais indicados.

1.14 Proptiedades do fluido de corte.