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Excelncia no ensino profi ssional

Administrador da maior rede estadual de educao pro ssional do pas, o Centro Paula Souza tem papel de destaque entre as estratgias do Governo de So Paulo para promover o desenvolvimento econmico e a incluso social no Estado, na medida em que capta as demandas das diferentes regies paulistas. Suas Escolas Tcnicas (Etecs) e Faculdades de Tecnolo-gia (Fatecs) formam pro ssionais capacitados para atuar na gesto ou na linha de frente de operaes nos diversos segmentos da economia.

Um indicador dessa competncia o ndice de insero dos pro ssionais no mercado de trabalho. Oito entre dez alunos formados pelas Etecs e Fatecs esto empregados um ano aps conclurem o curso. Alm da ex-celncia, a instituio mantm o compromisso permanente de democra-tizar a educao gratuita e de qualidade. O Sistema de Pontuao Acres-cida bene cia candidatos afrodescendentes e oriundos da Rede Pblica. Mais de 70% dos aprovados nos processos seletivos das Etecs e Fatecs vm do ensino pblico.

O Centro Paula Souza atua tambm na quali cao e requali cao de trabalhadores, por meio do Programa de Formao Inicial e Educao Continuada. E ainda oferece o Programa de Mestrado em Tecnologia, re-comendado pela Capes e reconhecido pelo MEC, que tem como rea de concentrao a inovao tecnolgica e o desenvolvimento sustentvel.

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5Mtodos e

Processos Industriais

MecnicaVolume 5

MecnicaMtodos e processos industriais

Daniel Bentez Barrios

Lus Antonio Pivetta

Nlson Kodi Yoshikawa(autores)

Edvaldo Angelo(coautor)

2011

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 Satiko Fukusawa Yokota (coordenadora). -- So Paulo: Fundao Padre Anchieta, 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, Nlson Kodi III. Angelo, Edvaldo IV. Baffi, Antonio Carlos V. Yokota, Meire Satiko Fukusawa VI. Ttulo

CDD 607

DIRETORIA DE PROJETOS EDUCACIONAISDireo: 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 AngeloReviso 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 Araujo Direo de arte: Bbox Design

Diagramao: LCT Tecnologia

Ilustraes: Luiz Fernando Martini, Nilson Cardoso

Pesquisa iconogrfica: Completo Iconografia

Capa

Fotografia: Eduardo Pozella, Carlos Piratininga

Tratamento de imagens: Sidnei Testa

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

Presidncia Joo Sayad

Vice-presidncia Ronaldo 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, por qualquer 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 DESENVOlVIMENTO ECONMICO, CINCIA E TECNOlOGIA

Paulo Alexandre Barbosa

Presidente do Conselho Deliberativo Yolanda Silvestre

Diretora Superintendente Laura Lagan

Vice-Diretor Superintendente Csar Silva

Chefe de Gabinete da Superintendncia Elenice Belmonte R. de Castro

Coordenadora da Ps-Graduao, Extenso e Pesquisa Helena Gemignani Peterossi

Coordenador do Ensino Superior de Graduao Angelo Luiz Cortelazzo

Coordenador de Ensino Mdio e Tcnico Almrio Melquades de Arajo

Coordenadora de Formao Inicial e Educao Continuada Clara Maria de Souza Magalhes

Coordenador de Desenvolvimento e Planejamento Joo Carlos Paschoal Freitas

Coordenador de Infraestrutura Rubens Goldman

Coordenador de Gesto Administrativa e Financeira Armando Natal Maurcio

Coordenador de Recursos Humanos Elio Loureno Bolzani

Assessora de Comunicao Gleise Santa Clara

Procurador Jurdico Chefe Benedito Librio Bergamo

O Projeto Manual Tcnico Centro Paula Souza Coleo Tcnica Interativa, uma iniciativa do Governo do Estado de So Paulo, resulta de um esforo 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 no refletir as posies do Centro Paula Souza e da Fundao Padre Anchieta.

Sumrio19 Captulo 1

Processos de fundio1.1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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

1.3 Processos de fundio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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

1.5 Fundio em areia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.5.1 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 Misturadores de areia . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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

1.5.10 Sistema de alimentao . . . . . . . . . . . . . . . 36

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

1.6.1 Preparao 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

1.10.3 Aplicaes e vantagens do processo . . . . 52

55 Captulo 2Processos de conformao mecnica2.1 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.3.1 O processo de trefilao . . . . . . . . . . . . . . 66

2.3.2 Trefilao de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

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

2.3.4 O material estirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Capa: Guilherme Augusto Oliva, aluno do Centro Paula Souza Foto: Eduardo Pozella e Carlos Piratininga

oleg-f/shutterstock

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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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

2.5 Extruso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.5.1 Processos de extruso . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.5.2 Extruso a quente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

2.5.3 Extruso 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2.6.7 Clculo da fora necessria ao corte . . . . 101

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

2.6.9 Operaes de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

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

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

123 Captulo 3Processos de soldagem3.1 Classificao dos processos de soldagem . . . . . 125

3.2 Soldagem manual com eletrodo revestido,

por meio do arco eltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

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

3.2.2 O revestimento do eletrodo e suas

funes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

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

3.2.4 Seleo do eletrodo . . . . . . . . . . . . . . . . . 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

eltrico como fonte de calor . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.4.1 Processo MIG/MAG . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.4.2 Variveis 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

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 Variveis do processo . . . . . . . . . . . . . . . . 156

3.6.2 Ciclos de operao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

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

163 Captulo 4Ajustagem4.1 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 . . . . . 172

4.3 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 operaes5.1 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 ferramentas6.1 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

6.3.1 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 corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

jordAshe/shutterstock

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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) . . . . . . . . . . . . . 209

6.5.2 Avano (fn) e velocidade de avano (VA) . 2126.5.3 Profundidade de corte (ap) . . . . . . . . . . . 212

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

215 Captulo 7Usinagem folhas de processo7.1 A folha de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

7.2 Planejamento do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

225 Captulo 8Torneamento8.1 Definies em torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 227

8.1.1 Tipos de torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 228

8.2 Caractersticas e tipos de mquinas em

torneamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

8.2.1 Torno mecnico universal paralelo

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

8.2.2 Tornos verticais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

8.4.2 Roscar no torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

8.4.3 Recartilhar no torno . . . . . . . . . . . . . . . . 242

8.5 Seleo da ferramenta e mquina no

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

8.6 Ferramentas para tornear . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.7 Cinemtica do torneamento . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.8 Requisitos de potncia para o torneamento . . . 248

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

253 Captulo 9Fresamento9.1 Definies em fresamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

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

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

9.2.2 Tipos de fresas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

9.2.3 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

f1online digitAle BildAgentur gmBh / AlAmy/otherimAges

mArius grAdinAru/shutterstock

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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 . . . . . . . . . . 277

9.8.1 Fresamento de engrenagens cilndricas

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

9.8.2 Fresamento de engrenagens cilndricas

de dentes helicoidais . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

281 Captulo 10Furao10.1 Definies em furao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

10.2 Broca helicoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

10.2.1 Forma construtiva das brocas helicoidais 285

10.2.2 Materiais para brocas . . . . . . . . . . . . . . 286

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

10.3.1 Requisitos, fatores limitantes e ferramentas

utilizadas nos processos de furao

profunda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

10.4 Variaes no processo de furao . . . . . . . . . . 290

10.4.1 Furos combinados e rebaixamento . . . . 290

10.4.2 Alargamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 Tipos de furadeiras . . . . . . . . . . . . . . . . 294

10.8 Dispositivos e acessrios . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

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

297 Captulo 11Retificao11.1 Definies em retificao . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

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

11.2.1 Retificao tangencial . . . . . . . . . . . . . . . 299

11.2.2 Retificao frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

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

11.3.1 Retificadora plana . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 Materiais abrasivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

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

11.6 Cuidados na utilizao e montagem dos rebolos 308

11.7 Fluidos de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

11.7.1 Forma de aplicao dos fluidos de corte 309

11.8 Retificao versus torneamento duro em peas

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

11.9 Cuidados recomendados na hora de retificar . . 311

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Captulo 1

Processos de fundio

Sumrio313 Captulo 12

Tecnologia CNC tornos e centros de usinagem12.1 Benefcios pelo uso de mquinas CNC e

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

12.2 Componentes de uma mquina CNC, dados

de mquina e funcionamento . . . . . . . . . . . . . . 316

12.3 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 ApndiceIdentificao ISO das pastilhas ou insertos

351 Referncias bibliogrficas

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CAPTULO 1MECNICA 5

20 21

1.1 IntroduoNeste captulo so apresentados os diversos tipos de fundio utilizados na in-dstria, com exemplos prticos de aplicao, e as vrias etapas 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 nvel mdio 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. As fotos 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 com todas as exigncias de servio satisfeitas e no precisa, em geral, de usinagem posterior.

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

1.5 Fundio em areiaQuando 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 fundi o em areia.

Preparaoda areia

MachariaModelo

Preparaodo molde

Montagemda caixa

Vazamento

Desmoldagem

Corte decanais

Rebarbao

Inspeo

Figura 1.2etapas no processo de fundio em areia.

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CAPTULO 1MECNICA 5

22 23

Processos complementares

A figura 1.3 mostra os procedimentos complementares para dar o acabamento final 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 de moldagem, 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 seu resfriamento 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 acabamento final 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 de produo, por causa do baixo rendimento na moldagem.

Modelo solto bipartido

Como apresentadas na figura 1.6, as duas partes do modelo podem ser ou no iguais. A superfcie que as separa a linha de diviso entre as duas partes do molde (tampa e fundo da caixa).

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

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

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 figura 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 de macho

Figura 1.6modelo solto bipartido.

Modelo em trs partesMolde 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 de madeira, 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. Geralmente existe um macho que encaixado no molde para a obteno da forma definitiva da pea. As chapelonas so usadas para suportar o macho e garantir a regularida-de da espessura da parede da pea. Na fuso, elas so incorporadas pea.

A chapelona utilizada para peas grandes, circulares, que no exigem muita preciso dimensional.

Areia

Chapelona

Molde

Molde

Molde feito com chapelona, com o macho colocado.

Chapelin

Macho

Figura 1.8chapelona.

CAPTULO 1MECNICA 5

26 27

Modelo em placa

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

Base do canalde descida

Marcaes para machos

Canal deataque

Base demassalote

Placa metlicaou de madeira

Modelo

Figura 1.9modelo em placa.

Canais deataque

Peas

Canais dedistribuio

Figura 1.10modelos mltiplos

em placa com sistema de alimentao.

1.5.3 Diferentes tipos de machos e sua colocao nos moldes

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 normalmente so feitos de areia endurecida e podem ser reforados por estrutura de arame.

Os machos devem permitir a contrao das peas no resfriamento do metal, bem como sua fcil remoo da pea pronta.

Pea Fundida Modelo Caixa de machoMacho Molde acabado

Figura 1.11diferentes tipos de machos.

CAPTULO 1MECNICA 5

28 29

1.5.4 Material para construo dos modelos

A deciso sobre o material que se deve utilizar na construo dos modelos depende de 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 comparao entre as caractersticas mais importantes dos 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 inchamento2

EP

EE

PE

EE

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

Muitos modelos so feitos de dois ou mais materiais diferentes. Por exemplo, em locais 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 observada quando o material se resfria ainda no estado lquido (definida como contrao lquida), e aquela observada durante o resfriamento do material j no estado slido (definida como contrao slida).

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

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

Tabela 1.1comparao das caractersticas 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 poder extra-lo do molde de areia.

A figura 1.12 esquematiza os problemas provocados no molde quando no h ngulo de sada no modelo.

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

Tabela 1.2porcentagem de contrao de alguns metais.

ngulo de sada

Eroso

Desgarramento

Folga

Figura 1.12molde sem e com ngulo de sada.

CAPTULO 1MECNICA 5

30 31

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 peas obtidas 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 do modelo e de mant-la durante o processo de fundio.

Refratariedade

a capacidade do material de moldagem de resistir temperatura de vazamento do 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 por ocasio do vazamento do metal fundido.

Inrcia qumica em relao ao metal lquido

Em princpio, o material de moldagem no deve reagir com o metal lquido ou com os gases presentes na cavidade do molde.

Colapsibilidade versus resistncia a quente

A colapsibilidade a qualidade que deve ter a areia de moldagem de ceder, quando submetida aos esforos resultantes da contrao da pea ao se solidifi-car. Se o molde (ou o macho) no for colapsvel, poder ocorrer o rompimento de todas as peas ou a formao de trincas a quente. As paredes do molde e os machos devem ter resistncia suficiente a quente para suportar os esforos em consequncia do impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que enche o molde.

Permeabilidade aos gases

a propriedade que devem ter os moldes de deixar passar atravs de si o ar, os gases e os vapores existentes 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 modo a obter um fundido isento de resduos e material de moldagem.

Composio das areias de moldagem

Tipos de areia

As areias de slica so as mais utilizadas nas operaes de moldagem. So em geral de dois tipos: as ligadas naturalmente e as sintticas.

As naturais so compostas em geral de slica, argila e gua. A slica (SiO2) tem forma de gros arredondados de vrios tamanhos. Como compressvel, sua permeabilidade 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 quanto ao tamanho de gro.

Para boa porosidade, a slica deve ser como a mostrada na situao A da figura 1.13, isto , ter gros uniformes e no muito finos. A proporo de slica varia de 80% a 95% nas areias de moldagem, e seu ponto de fuso 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 argila, 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 argilosas so utilizadas apenas para fundio de metais de baixo ponto de fuso, como o alumnio (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

Grospequenos

Vrios tamanhosde gros

Grosgrandes

A B C

Figura 1.13diferentes tamanhos de gro.

CAPTULO 1MECNICA 5

32 33

A proporo de umidade varia entre 5% e 10%. Esse contedo de gua influen-cia na plasticidade, permeabilidade e resistncia dos moldes, portanto, deve ser constantemente 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. Quando umedecida, ela se torna uma massa muito compacta.

A quantidade de bentonita para preparao da areia muito menor que a de argila (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 outros aglutinantes para favorecer o endurecimento da areia. Esses aglutinantes podem ser:

a) leos (principalmente leo de linhaa) e materiais cereais (farinha de trigo, de milho 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 sinttica como aglutinante permite maior rapidez de preparao do macho (menos tempo de estufa), facilidade de retirada dos machos, eliminao de gases e melhor acabamento.

c) silicato sdico + anidrido carbnico (CO2). Consiste em misturar slica seca com um aglutinante base de silicato sdico, preencher as caixas de machos com esse preparado e sec-lo em seguida, de forma contnua, fazendo passar CO2 pela massa. O CO2 provoca uma reao qumica que endurece a areia pela formao 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 areias de moldagem, aglomeradas natural-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 areias de moldagem para a

fundio de ferro.

As areias devem ser preparadas em mquinas misturadoras. So utilizadas como areia de moldagem, propriamente ditas, para cobrir o modelo, distinguindo-se das areias de enchimento, usadas apenas para encher as caixas e, como no esto em 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 com as caracters-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 primeira caamba e transferida a seguir para uma segunda caamba, onde novamente misturada 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 a massa 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 possvel pela repetio do processo; pelo processo contnuo, os ms passam sobre a areia apenas duas vezes.

Ms 3

Entrada de areia 1

Facas 2

Ms 4

1a Caamba

Sada de areia 5

Figura 1.14misturador contnuo.

CAPTULO 1MECNICA 5

34 35

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

Esse tipo de misturador alia os requisitos de alta produo com bom controle da areia de moldagem.

Ms 2

Facas 1

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 nas 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 comprimido na massa de areia.

1.5.9 Mtodos de moldagem

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

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

Mquina de moldar por impacto

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

Placa domodelo

Caixa de moldagem

Pino guia

Modelo

Caixa para conter o excessode areia antes da compactao

Areia

Mesa damquina

Pistopneumticode impacto

Pino extrator

Areia

Figura 1.17mquina de moldar por impacto.

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36 37

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 da mquina 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 mais utilizada porque permite uma compactao maior da areia em volta do modelo, produzindo moldes mais resistentes e de melhor acabamento.

1.5.10 Sistema de alimentao

A funo de um sistema de alimentao (figura 1.18) permitir o enchimento completo da cavidade do molde para prevenir a ocorrncia de defeitos, como incluso 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 do metal seja direcionada do ponto mais distante da alimentao para o ponto mais prximo.

Elementos bsicos

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

Figura 1.18sistema de alimentao.

Bacia de vazamento

Tem a funo de permitir o vazamento do metal lquido da panela, sem que haja derramamento. 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 ter altura 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 ataque. Aps o ltimo canal de ataque, possui um prolongamento que serve para conter o primeiro metal 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 com incluses de areia.

Canais dedistribuio

Canais deataque

Bacia devazamento

Canal dedescida

Pea

Figura 1.19elementos bsicos de um sistema de alimentao.

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CAPTULO 1MECNICA 5

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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 temperatura nos diversos pontos.

Critrios para o dimensionamento do sistema de canais de alimentao

Considerando a figura 1.20, so adotadas as reas S1, S2 e Si como 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 de distribuio, essa rea a soma das sees mximas dos canais de distribuio que 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 Sii

N

1 21

>=

sistema despressurizado S S Sii

N

1 21

e

e>

Figura 2.64escalonamento dos punes por etapas.

CAPTULO 2MECNICA 5

106 107

importantssimo que o escalonamento seja feito de forma a no desequilibrar a ferramenta. Para isso necessrio que os centros de presso (baricentros) das vrias 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 ou repuxo.

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 mais dobras de uma chapa plana. Para isso utilizada uma ferramenta denominada estampo de dobra.

3. Embutimento ou repuxo

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

2.6.9 Operaes de corte

O corte de chapas de metal realizado por meio de foras de cisalhamento aplicadas na chapa pelos dois cantos de corte da ferramenta. Essas foras criam tenses internas que, ao ultrapassarem o limite de resistncia ao cisalhamento do material, 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 definir alguns termos que sero empregados adiante:

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

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

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

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 que o limite de escoamento seja ultrapassado. O material, ento, forado a penetrar na matriz, formando uma calota na parte inferior por causa da deformao pls-tica (figura 2.66).

Com a continuao da aplicao de fora pelo puno, o metal continua 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 plstica do material.

Figura 2.67reduo de rea na regio de corte.

CAPTULO 2MECNICA 5

108 109

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

As partes fraturadas possuem acabamento liso e brilhante, enquanto a parte rasgada 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 permetro a 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/mm2);Fc = fora de corte (em kgf).

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

FC = e L tr

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 trabalhada do 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 prtica utiliza-se o valor de 10%. Assim, a fora de extrao igual a 0,10 Fc, e a fora total 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 minimizar a necessidade de grandes prensas destinadas a uma nica operao de corte. Isso pode ser feito por meio de um ngulo no puno ou na matriz, de maneira a reduzir a rea de resistncia ao corte (figura 2.68).

O trabalho requerido para cortar uma chapa de metal pode ser calculado pela frmula 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 corte necessria menor nesse caso.

Figura 2.68reduo do esforo de corte.

e

c

e

Figura 2.69puno de face angular.

CAPTULO 2MECNICA 5

110 111

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 das deformaes 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 parte 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 esses pontos chamada linha neutra 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 se calcula o desenvolvimento da pea, ou seja, a rea que deve ter a chapa antes de ser 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, medida que 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 material e 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 2.72comportamento do material antes e depois da dobra.

CAPTULO 2MECNICA 5

112 113

Clculo do desenvolvimento

Para obter uma pea dobrada, necessrio comear com uma pea plana de per-fil adequado. A partir desse perfil plano, feito o desenvolvimento da pea. por isso que comumente chamado de perfil de desenvolvimento da pea. Esse desenvolvimento calculado com base na linha neutra da pea. Como valores prticos para localizao da LN podem 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 dobramento de uma tira de chapa com a espessura e o raio de dobramento desejado, como mostra a figura 2.73.

Temos: L L R htotal = + +24pi

(o desenvolvimento e a LN tm o mesmo comprimento)

Multiplicando a expresso por 2, temos:

2Ltotal = 2L + R + 2h

= R L L htotal2( )

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, xL h

rLtotal

=

2( )pi

Retorno elstico (spring back)

Durante a operao de dobrar o material da chapa, nas regies prximas ao eixo neutro, h solicitao de tenso inferior ao limite de elasticidade do material da chapa.

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

Entretanto, a chapa dobrada sempre tem o retorno de alguns graus na zona de dobramento, 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 (figura 2.74). Para ter uma ideia exata de seu valor, convm realizar um ensaio prvio de 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 prtica utilizamos valores obtidos por experincia. Para o ao doce, Rmn > e, em que e = espessura da chapa.

Figura 2.74ngulo de retorno.

CAPTULO 2MECNICA 5

114 115

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 (figura 2.76) 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 s calculadas. Por esse motivo, normal deixar uma folga de 1/10e. Assim, a folga total dada por:

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

Esforo de dobramento

O clculo da fora de dobramento feito com base nas frmulas de resistncia dos 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 de ao frontal.

F D

F D

l

2

F D2

Mfmax

Figura 2.78Barra flexionada.

CAPTULO 2MECNICA 5

116 117

(1) Mff F

mxD 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, W vale: Mfb e

=

f2

6.

Substituindo em (1), temos: f DD

f =

=

b e FF b e

2 2

6 44

6

Fb e

Df

=

2

1 5

,

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

Mfmax

FD

Mf = max FD (1)

Mf = max f W (2)

e

b

W = b e62

Fb e

Df

=

2

6

F b eDf

=

2

6

Esforo necessrio para o dobramento

Em todas as operaes de dobramento, com exceo da dobra em V, necessrio que o desenvolvimento seja mantido firmemente contra o puno (ou matriz), a fim de contrabalanar a fora exercida e evitar que o desenvolvimento se movimente 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 do desenvolvimento de uma chapa plana. A teoria que estuda o fluxo do metal nessa operao bastante complicada, pois se baseia nas propriedades do metal na fase de plasticidade a frio, com estados de tenso duplos e triplos.

A tcnica de repuxo comea no limite elstico do material e termina um pouco antes do limite de sua ruptura. Portanto, quanto maior a diferena entre o limite elstico e a carga de ruptura, maiores as possibilidades de repuxar determinado material (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/mm2), com um coeficiente de alongamento em torno de 33% a 45%.

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

Em certos casos, o encruamento melhora a qualidade do produto acabado. Por exemplo, partes de carroceria de automvel, nas quais, por causa do encruamento, o limite elstico e a carga de ruptura so elevados, ele aumenta a resistncia a rupturas 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 uma pea redonda.

CAPTULO 2MECNICA 5

118 119

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

A figura 2.79 mostra as foras que atuam na operao de repuxar uma pea redonda.

Clculo do desenvolvimento de uma pea embutida

Para clculo do desenvolvimento, utilizamos uma regra que na prtica apresenta bons resultados: durante a operao de repuxar, a espessura da chapa permanece constante em todas as regies da pea.

Nesse caso, torna-se fcil determinar o desenvolvimento, pois se trata de uma simples 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 retangular 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 pea redonda. Na segunda regio, calcula-se o desenvolvimento como se fosse um dobramento.

Clculo do desenvolvimento de uma pea retangular

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

h +

W

2r

L 2r

2pir

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 + r partindo dos dois lados do retngulo ABCD, em que:

h = altura da lateral da caixa.

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

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

RC = 2R R +1,41Rr2h +

e R = raio de dobramento dos cantos da caixa.

Teoricamente, esse desenvolvimento contm material suficiente para que a caixa seja repuxada. Mas a experincia demonstra que a unio em canto vivo do arco bc com as bordas dos lados no permite obter o objeto de maneira correta. Efetuamos, por isso, a unio arredondada dos citados elementos, como mostrado na figura 2.81.

h + pir

RC

45

de

c

f

f

h

j

gi

r

b

e

x

a

RC

2BC

x

Figura 2.81unio arredondada dos elementos.

CAPTULO 2MECNICA 5

120 121

Para esse arredondamento, devemos agir da seguinte maneira:

Traar o ponto mdio de ab e cd.Pelos pontos mdios e e f traar as tangentes gh e ij.Traar arcos com raio RC, de modo que eles coincidam com os lados do

desenvolvimento e com as tangentes gh e ij.

O desenvolvimento dos cantos efetuados dessa maneira assegura a mesma distribuio de metal, porque as reas dos tringulos curvilneos que ficaram excludos do desenvolvimento so exatamente iguais s dos que foram incorporados ao 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 de embutimento deve ser menor que a fora de corte para o rompimento do fundo da pea. Assim:

Fe < S d, em que:

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

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

Fe = d e d 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 clculo da 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 uniformidade de espessura da chapa, a folga dever exceder em 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 quando a relao entre o dimetro d da pea embutida e o dimetro D do disco inicial d/D = 0,5, no possvel obter a pea em uma nica operao, pois o encruamento seria to grande que a pea se romperia. Para contornar esse inconveniente, realiza-se o embutimento por passadas sucessivas.

Naturalmente, os dimetros d1, d2, d3 etc. devem ser reduzidos gradualmente, em certa proporo, para evitar ruptura da chapa.

Em geral, so admitidas na prtica as seguintes relaes:

d1 = K1 D (1a operao)

dn = K2 d(n - 1) para as operaes seguintes.

Captulo 3

Processos de soldagem

CAPTULO 3MECNICA 5

124 125

A soldagem 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 de peas pela juno de duas ou mais partes metlicas, foram criados robs que auxiliam na soldagem realizando um trabalho rpido e perfeito. Na figura 3.1, mostrada uma mquina automtica para soldagem.

Os grandes avanos tecnolgicos nas tcnicas de soldagem fazem com que elas sejam amplamente utilizadas em diversos campos da engenharia, com maior aplicao 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 com arco eltrico o processo no qual a fonte calorfica necess-ria soldagem obtida por um arco eltrico estabelecido entre o eletrodo e a pea a ser soldada.

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

O arco eltrico ocorre nas regies mostradas na figura 3.2:

e

sAB

CAPTULO 3MECNICA 5

126 127

Na figura, observamos:

1. ctodo, de onde os eltrons partem para o nodo (~3 200 C);2. espao de ar 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 manter o arco, os eletrodos devem ter uma diferena de potencial que depende do mate-rial, da corrente do arco e de seu comprimento.

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

3 2

1

Ctodo

Figura 3.2regies no processo de 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 do metal do eletrodo e de seu revestimento (figura 3.7).

O metal da pea fundido, e forma-se uma poa de metal 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 no arame dos eletrodos e em seu revestimento.

A = Is

EletrodoComprimento

do arco

Is = corrente de soldaVs = tenso de solda

Pea

0

0V = Vs

Figura 3.5manuteno do arco.

Vo

Vs

Icc

Is

0Tempo

Tens

o (V

)

0Tempo

Corr

ente

(A)

Figura 3.6variao da tenso e a corrente no tempo.

CAPTULO 3MECNICA 5

128 129

A distncia medida da extremidade do eletrodo at o fundo da poa 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 entrarem em contato com a atmosfera e absorverem oxignio, o que seria altamente prejudicial 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 escria 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 revestimento 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 da soldagem a arco.

Tipo de eletrodos

Caractersticascido

Bsico(baixo

hidrognio)Celulsico Oxidante Rutlico Titnico

Quanto ao revestimento e seus componentes

Mdio ou espessoxidos de ferro e/ou mangans, ferro manganse/ou outros desoxidantes

Espesso Carbonatos de clcio ou outros bsicos e flor-higroscpico

MdioMateriais orgnicos com combustveis

Espessoxidos de ferro com ou sem xido de mangans

Mdio ou espessoRutilo ou derivados de xido de titnio

Mdio semelhante ao rutilo

Escriacido, facilmente destacvel

Bsica, compacta, pouco abundante, facilmente destacvel

Pouca, fcil remoo

Pesada, compacta, autodestacvel, oxidante

Densa e bastante viscosa, fcil remoo

Mais fluida e menos densa que o rutlico, fcil remoo

Penetrao Boa Mdia Mxima Medocre Boa Boa

Posio de soldagem mais recomendada

Plana Todas Todas

Soldas de ngulo nas posies horizontal, vertical e plana

TodasVertical e sobre-cabea

Tipo de corrente eltrica

CC ou CA

CC com polaridade inversaDUCA

CC com polaridade inversa ou CA

CC ou CA CC ou CA CC ou CA

Suscetibilidade a trincas

Sim Pouca Sim Alta Sim Sim

Propriedades mecnicas do depsito

Boas

Excelentes, utilizados em trabalhos de alta segurana

Bastante boasBastante fracos, utilizados apenas para 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 ou cinco 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 algarismo indica as posies de soldagem, e o ltimo, as caractersticas de operao: tipo da corrente, tipo de escria, penetrao e quantidade de p de ferro, se houver (ver tabelas 3.2 e 3.3).

Tabela 3.1principais caractersticas dos diferentes tipos de eletrodos.

CAPTULO 3MECNICA 5

130 131

Algarismo Significado

2 ou 3 primeiros Resistncia trao em kips/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 de escria (1) b Orgnica Rutlica Rutlica Rutlica

Baixo H

Baixo H 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 penetrao requerido, espessura da junta a soldar, tipo de preparao da junta etc. Entretanto, podemos citar as seguintes regras bsicas:

juntas importantes, na posio plana, so realizadas mais rapidamente com eletrodos 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 importan-tes, e o rutlico para as de menor importncia;

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

o eletrodo bsico recomendado para aos com teor de carbono acima de 0,2% 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 figura 3.8 mostra o esquema funcional de uma mquina de solda ao arco eltrico.

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

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

CA; gerador fornece somente CC.

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

No caso de soldagem eltrica ao arco com eletrodos revestidos utilizada uma fonte cujos controles de corrente esto inseridos nas prprias mquinas e cuja tenso varivel. A figura 3.9 mostra a curva caracterstica de uma mquina de tenso varivel.

Fonte de energiapara soldagem CC

ou CA

Eletrodo

Pea Arco

Porta-eletrodo

Cabo terra

Cabo doeletrodo

Figura 3.8esquema funcional de uma mquina de solda ao arco eltrico.

CAPTULO 3MECNICA 5

132 133

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 de ferro, e apresenta dois fios; por isso diz-se que a mquina monofsica;

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

ncleo magntico: circuito magntico por onde o fluxo magntico percorre o material.

Esquema simples de um transformador

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

Icc

Vo

V

AIcc

Curva caracterstica de umamquina de tenso varivel

Figura 3.9curva que relaciona

tenso e corrente em uma mquina de tenso varivel.

L1Linha de alimentao

Primrio:alta voltagem,baixa corrente.

Secundrio:baixa voltagem,alta corrente.

Ncleo magntico

L2

L3

F1

F2

Figura 3.10esquema de um

transformador.

H vrias maneiras de obter o controle de corrente de um transformador. Des-sas, as mais utilizadas so: tapes (figura 3.11), reator (figura 3.12), e variao do ncleo 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 utilizar um 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 pea A em relao ao ncleo N, varia-se a corrente de sada no secundrio.

PrimrioSecundrio

Figura 3.11esquema de um transformador regulado por tapes.

Reator

Figura 3.12controle por reator.

Primrio Secundrio

NN

A

Figura 3.13controle da corrente por variao do ncleo magntico.

CAPTULO 3MECNICA 5

134 135

Os transformadores de solda, em condies normais de meio ambiente, no exigem praticamente nenhuma manuteno.

Retificador

Basicamente um conjunto de elementos constitudo de um transformador de corrente 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 os diodos permitem passagem da CA nos semicrculos positivos, bloqueando os semicrculos negativos.

Transformador-retificador de meia onda

Na figura 3.15, observamos um transformador-retificador provido de uma chave K que, 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

Figura 3.15esquema de um

transformador-retificador.

Como foi visto nos esquemas anteriores, obtemos a retificao s da metade de cada ciclo da corrente (retificao de meia onda), mas, na prtica, desejamos uma 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 monofsico e apresenta a vantagem de fornecer, alm de CC, CA.

Entretanto, quando se deseja apenas CC, usual um retificador trifsico (figura 3.17), pois o aproveitamento da mquina muito maior, alm de no causar problemas 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 dereticaode corrente

Reator controlede corrente

Secundrio

Secundrio

Secundrio

Primrio

Primrio

Primrio

Eletrodo

Terra

L1

L2

L3

Figura 3.17esquema de um transformador--retificador trifsico.

CAPTULO 3MECNICA 5

136 137

Gerador

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

Como acontece com os transformadores e retificadores, os geradores devem ser providos de controles que permitam variar convenientemente a intensidade de corrente.

3.2.6 Escolha da mquina de solda

Comparao de soldagem com corrente contnua e corrente alternada

Corrente contnua (CC)

Um arco pode ser mantido com qualquer material condutor e executa soldagem de 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 movido por motor eltrico com excitao em separado.

A CC possibilita a modificao de certas caractersticas do arco pela mudana de polaridade.

Quando se trata de gerador movido por motor de combusto interna, independe de 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 mais curto.

O peso, o tamanho e o preo de um transformador so de 30% a 40% menores que os de um gerador 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 (baixo hidrognio), o valor mnimo de V0 deve ser da ordem de 55 V. Para retificadores e 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 estejam relacionados 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. As normas 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 pode operar com a corrente nominal sem que haja superaquecimento ou qualquer estrago na isolao eltrica. Assim, se uma mquina de 300 A apresenta um ciclo de trabalho de 60%, significa que em 10 minutos a mquina pode ficar

CAPTULO 3MECNICA 5

138 139

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 pela equao:

I T I T12

1 22

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 para 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 em porcentagem.

EF corrente no al tenso no alpotncia de ali enta

=

min minm

100o

Exemplo

Determinar a eficincia de uma mquina de solda de 300 A, de alimentao monofsica, com corrente de alimentao 70 A e tenso de 230 V, com um fator de 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 causa das per-das na converso da energia mecnica em eltrica.

Fator de potncia

a medida da utilizao da energia eltrica 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 tipo 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 JuntasDenomina-se junta a regio onde duas ou mais peas so unidas por soldagem. Para obter uma soldagem com penetrao adequada e sem defeitos, na maioria dos 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 desvantagens entre as diferentes mquinas de solda.

CAPTULO 3MECNICA 5

140 141

da facilidade de acesso junta e da posio de soldagem. A figura 3.19 mostra diferentes 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, os componentes 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 19 mm (3/4). Acima de 19 mm, mais econmico utilizar chanfros em V duplo, U simples ou U duplo, conforme pode ser visto na figura 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)

18

14

Fresta

18

in.116

in. ( )

Espessura de in. (6,4 18 mm) 14

34

18

in. (3 2 mm)

332

in. (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) 34

U Simples

Fresta(0 - 1.6 mm)

(6 - 4 mm)

0 -

Espessura acima de in. (19 mm) 34

U Duplo

20

20

raio

14

in.

(5 - 4 mm)

116

in.

18

in. (3.2 mm)

Fresta(0 - 1.6 mm)

0 -

60

60

Nariz

116

in. (1 - 6 mm)

332

in. (2 - 4 mm)Fresta

Espessura acima de in. (19 mm) 34

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

18

in. (3 - 2 mm)

18

in. (2 - 4 mm)

20

116

in.

FrestaNariz

raio

J Simples

(0 - 1.6 mm)

14

in. (6 - 4 mm)

18

in. (3 - 2 mm)

18

in. (3 - 2 mm)

20

20

116

0 - in. (0 - 1.6 mm)FrestaNariz

raio

J Duplo

14

in. (6 - 4 mm)

Figura 3.20diferentes tipos de preparao de bordas.

CAPTULO 3MECNICA 5

142 143

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

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

o reforo do cordo de solda no deve ser exagerado; usualmente de 2 mm na posio plana e de 3 mm na vertical. Recomendaes