75760310 introducao processos corte 1

Alexandra S. Rodrigues

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��IntroduIntroduçção aos Processos de Corteão aos Processos de Corte

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Licenciatura em Engenharia Mecânica/ Tecnologia Mecânica I

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Neste processo utiliza-se água pressurizada (entre 21.000 e 90.000 PSI), sendo a mesma injectada através de um orifício de diâmetro muito reduzido (entre 0.1 mm e 0.6 mm), contra a superfície do material a cortar. A alta velocidade do jacto e a sua reduzida dimensão provocam o corte do material por um mecanismo de erosão. Neste processo não há calor envolvido pelo que não há tensões térmicas geradas com os danos consequentes.

Existem duas formas de utilização do jacto de agua : com ou sem abrasivo

A escolha depende da dureza e espessura do material a cortar:

Pure Water CuttingPure Water CuttingPure Water CuttingPure Water Cutting

Para Materiais Macios

Abrasive CuttingAbrasive CuttingAbrasive CuttingAbrasive Cutting

Para Materiais Duros


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Os processos de produção utilizando o corte por jac to de agua podem ser subdivididos em três formas:

�Unidimensional, onde usualmente os materiais a cortar são macios como papel, plástico, placas de gesso, produtos alimentícios, espumas, materiais de isolamento, etc.

�Bidimensional, onde se utilizam dois eixos (x y), utilizando-se sistemas CNC.É muito utilizado para o corte de metais como o Titânio, Aços Inox e

Carbono, Cerâmicos, Pedra, Vidro e materiais densos e duros, até 200mm de espessura.

�Tridimensional, utilizando-se robots de 6 eixos, onde a cabeça de corte se encontra na extremidade do Robot (ou outros equipamentos com vários graus de liberdade) e a peça numa base, permitindo maquinar peças com profundidade e curvaturas particulares.


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Diagrama:

1 – Tubo de admissão de água2 – Orifício em rubi ou diamante (jewel) 3 – Entrada das partículas abrasivas (silicatos e óxidos Al)4 – Tubo de mistura5 - Protecção do bico da cabeça de corte 6 – Jacto de água7 – Material a cortar


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Parâmetros Operativos:

�Pressão

�Débito de água

�Débito de abrasivo

�Dimensão das partículas de abrasivo

�Velocidade de translação

�Número de passagens


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Vantagens:

�Vasta gama de materiais

�Elevada gama de espessuras

�Elevada qualidade superficial

�Não provoca fenómenos térmicos

�Não necessita de troca de ferramenta

�Não necessita de lubrificantes (ecológico)

�Não liberta gases / resíduos tóxicos


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Exemplos de aplicações


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O Oxicorte é um processo de corte térmico, com reacção química, em que se realiza um aquecimento do material a cortar através de uma chama, provocando reacções exotérmicas, com oxidação do metal e posterior expulsão do mesmo através de um jacto de oxigénio de elevada pureza.

É um processo de corte muito usado devido àsimplicidade do equipamento, facilidade de formação do operador e por ser dos mais versáteis e económicos.

Permite a execução do corte de aços e ferros fundidos até 400 mm de espessura.

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Neste processo utiliza-se um maçarico especial de corte, o qual emite uma chama oxi-combustível que tem a função de aquecimento do metal, havendo um orifício central no bico do maçarico que permite a injecção de oxigénio o qual provoca a expulsão do metal liquido.

Para a obtenção da chama, são necessários pelo menos 2 gases, sendo um deles o oxidante (O2) e o outro o combustível, podendo este ser puro ou uma mistura com mais de um gás. Os gases de combustível mais utilizados são o acetileno, propano, gás natural ou misturas destes.

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O óxido no estado líquido escoa, sendo expulso pelo jacto de O2, permitindo o contacto do ferro devidamente aquecido com O2 puro, o que garante a continuidade do processo.

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Fe + ½ O2 FeO + ∆ (64 kcal)

2Fe + 3/2 O2 Fe2O3 + ∆ (109,7 kcal)

3Fe + 2O2 Fe3O4 + ∆ (266 kcal)

À temperatura ambiente e na presença de Oxigénio, o ferro oxida-se lentamente. À medida que a temperatura se eleva, a oxidação acelera-se, tornando-se praticamente instantânea a 1350°C.

A essa temperatura, chamada de temperatura de oxidação viva, o calor fornecido pela reacção é suficiente para liquefazer o óxido formado.


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Condições básicas para execução do oxicorte

A temperatura de início de oxidação viva deve ser inferior àtemperatura de fusão do metal

A reacção deve ser suficientemente exotérmica para manter a peça na temperatura de início de oxidação viva

Os óxidos formados devem ser líquidos na temperatura de oxicorte permitindo o seu escoamento de forma a possibilitar a

continuidade do processo

Os óxidos formados devem ter fluidez elevada

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O maçarico de oxicorte é o equipamento que mistura o gás combustível com o O2, na proporção correcta para produzir a chama, além de direccionar também o jacto de O2 de alta velocidade para o bico de corte.

Este equipamento consiste numa série de tubos de gás e válvulas de controle de fluxo dos gases e suporte para a fixação do bico de corte.

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Equipamento Básico

- Botija ou instalação central para o gás combustível

- Botija ou instalação central para O2

- Duas mangueiras de alta pressão para condução dos gases, podendo ser três se utilizar maçarico com entradas separadas para o O2 de corte e o de aquecimento

- Um maçarico de corte

-Um regulador de pressão para O2, podendo ser dois nos casos de maçarico com 2 entradas de O2

-Um regulador de pressão para o gás combustível

-Dispositivos de segurança (válvulas unidireccionais e anti-retorno de chama)

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Variáveis envolvidas no processo

a - Pré-aquecimento do metal de base

b - Espessura a ser cortada

c - Grau de pureza do material a ser cortado

d - Pressão e caudal dos gases

e - Velocidade de avanço do maçarico

f - Grau de pureza do O2

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Defeitos de corte

Num corte de boa qualidade a superfície é estriada e regular, e as linhas de desvio são quase verticais.

A escória, que adere na parte inferior do corte pode facilmente ser removida.

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Defeitos de corte


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Desvantagens do Processo:

a) Restrições: Nem todos os materiais podem ser cortados por este processo (só aços e ferros fundidos).

b) Segurança: i. A constante manipulação de botijas de acetileno e

especialmente de O2 que, além de ser um gás comburente, estásob alta pressão, requer a utilização de ferramentas e procedimentos adequados para se evitar vazamentos e explosões.

ii. È necessário manter o equipamento livre de manchas de óleo ou deposito de carvão de forma evitar explosão.

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Em Física, o plasma é denominado o quarto estado da matéria (sólido, líquido, gasoso e plasma).

A temperaturas elevadas os átomos são ionizados pela perda de parte dos seus electrões formando-se um gás ionizado, denominado plasma.

O plasma é gerado pela formação de um arco eléctrico, através da passagem de corrente entre um cátodo e um ânodo, e a injecção de um gás que é ionizado,

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A elevada temperatura do plasma, funde o metal, produzindo o corte. Um gás protector é injectado em torno da área de corte para prevenir a oxidação e conferir uma certa regularidade da largura do corte.

Os gases de plasma usados são o ar comprimido, azoto e oxigénio ou misturas de árgon/hidrogénio, sendo possível cortar todos os materiais condutores.


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Tipos de Tochas

Tocha de ArTocha de OxigénioTocha de águaTocha com 2 gases

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Tipo de arcos

Arco transferido:O arco é gerado entre o eléctrodo e a

peça

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Arco não-transferido:

O arco é gerado entre o eléctrodo e bico, sendo o calor transferido para a peça pelo plasma.


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Vantagens:

Baixa distorção do material pelo calor devido a arco de plasma densamente condensado;

Velocidades de corte elevadas (5 a 7 vezes mais altas do que o corte com oxigénio/combustível);

Espessura do material entre 0,5 e 160 mm. Cortes eficientes em aço estrutural de até 30 mm na vertical ou em biselamento.

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Desvantagens:

Zonas termicamente afectadas elevadas;

Superfícies com alguma rugosidade;

Dificuldade em produzir arestas vivas;

Processo ruidoso e gerador de fumos.

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A palavra laser é um acrónimo de:Light Amplification by Stimulated Emission of Radia tion


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• O LASER emitido é focado através de uma lente, obtendo-se um feixe de energia altamente concentrado numa área muito reduzida (spot);

• É por isso considerado um processo de elevada densidade de energia [W/cm2];

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• Permitindo velocidades de corte elevadas;

• Distorções e zonas termicamente afectadas mínimas;


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Parâmetros operatórios a optimizar:

•Potencia [W]

•Velocidade de corte[m/s]

•Pressão do gás de assistência


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Vantagens:

Processo automatizado permitindo elevada precisão e reprodutibilidade de resultados;

Devido ao feixe laser ser altamente concentrado, a largura do corte é extremamente pequena (0,1 a 0,6 mm) provocando uma distorção mínima das peças e permitindo elevadas velocidades de corte;

Alta qualidade de corte em materiais variados; no aço macio com espessuras até 25 mm;

Não necessita operações de acabamento.

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Desvantagens:

Difícil de executar em materiais reflectores;

Equipamento dispendioso.


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A electro-erosão baseia-se na remoção de partículas metálicas por meio de descargas eléctricas sucessivas.


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Processamento

•Para se utilizar o processo de Electro-erosão é necessário que os materiais a maquinar sejam condutores.

•A peça e o eléctrodo são mergulhados num recipiente contendo um liquido isolante (dieléctrico).

•A peça e o eléctrodo são ligados a uma fonte de potencia, sendo o eléctrodo ligado ao pólo positivo e a peça ao pólo negativo.


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Devido à diferença de potencial existente, quando a distância entre o eléctrodo e a peça diminui (GAP) forma-se uma ponte de electrões entre os dois pólos.

As descargas eléctricas sucessivas vão provocando a erosão da peça, alterando a sua geometria.

O liquido dieléctrico além de limitar a zona de condução, actua também como elemento refrigerante e promove a limpeza da peça.


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A Electro-erosão pode executar-se por penetração ou por fio.


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Vantagens do processo:

•Permite a maquinagem de peças de elevada dureza (ex. ferramentas de corte)

•A peça permanece submersa num liquido havendo uma rápida dissipação de calor;

•Não existe força de corte, uma vez que não há contacto entre a ferramenta e a peça, não havendo tensões residuais geradas;

•É um processo automatizado, com elevado rendimento;

•Tolerâncias apertadas (elevada precisão);

•Elevada qualidade das superfícies obtidas.


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É um processo tecnológico de alteração de forma através da remoção de material sob a forma de aparas:

•Torneamento

•Fresagem

•Furação

•Rectificação


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Torneamento:Obtenção de peças com superfície de revolução.

Fresagem:Obtenção de peças 3D de geometria variável.


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Torneamento

Variando os movimentos, a posição e o formato da ferramenta, é possível realizar uma grande variedade de operações:

a) Tornear superfícies externas e internas

b) Tornear superfícies cónicas externas e internas.

c) Roscar superfícies externas e internas.

d) Perfilar superfícies.

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FresagemNa fresagem é a ferramenta que está em rotação.

Movimentando o cabeçote da ferramenta ou a mesa onde se encontra a peça, é possível maquinar caixas, castelos, rasgos, furos e inúmeras superfícies 3D.

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Parâmetros de corte a optimizar:

• Velocidade de corte (rotação da peça no torno, ou da ferramenta na fresagem);

• Velocidade de avanço;

• Penetração;


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Vamos agora abordar este processo em detalhe…

Obtenção de formas geométricas, a partir de chapas submetidas àacção de pressão, exercida por um punção ou uma lâmina de corte.

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