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AULA 14 - DISPOSITIVOS EM USINAGEM

INTRO

A produção em massa visa o aumento da Produtividade e a Intercambiabilidade.

Precisa-se assim de dispositivos de usinagem para aumentar ritmo de produção e de

dispositivos de inspeção para agilizar os procedimentos de inspeção.

VANTAGENS

Além da busca pela Produtividade e a possibilidade da Intercambiabilidade, é

alcançada a redução da habilidade de operadores e a consequente redução de custos.

LOCALIZADORES posicionam a peça rigorosamente em relação à guia da ferramenta ou

elementos para “zerar” elementos na fixação.

GABARITOS direcionam a ferramenta para a posição correta na peça de trabalho.

Gabaritos raramente são fixos na mesa da máquina porque é necessário mover o dispositivo

na mesa para alinhar os vários furos no gabarito com o eixo da máquina.

FIXAÇÕES seguram a peça de trabalho firmemente na posição correta com relação à

maquina ou ferramenta durante a operação. Às vezes deve-se prever da fixação “zerar” a

ferramenta em relação à peça de trabalho, mas a ferramenta não é guiada como num

gabarito. Fixações podem ser solidarizadas com a mesa da máquina.

DISPOSITIVOS DE INSPEÇÃO facilitam a intercambiabilidade. A uniformidade deve ser

limitada em função da capabilidade da máquina. Certas variações de furos (ou eixos) devem

ser permitidas por razões econômicas.

LIMITES x AJUSTES

Admitindo limite superior e inferior como a maior e a menor dimensão de um furo ou

eixo e tolerância sendo a diferença entre esses limites (variação permissível), podemos ter

tolerância unilateral ou bilateral.

Tipo de ajuste Alta

precisão

Média

precisão

folga H7-f6 H8-f7

pequena folga H7-h6 H8-h7

interferência H7-p6 H8-p7

grande interferência H7-s6 H8-s7

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INFORMAÇÕES BÁSICAS

As seguintes informações devem ser do conhecimento do projetista:

• Desenho e Especificações da peça;

• Especificações da matéria prima;

• Volume de produção de data de entrega;

• Equipamento de produção;

• Ferramentas disponíveis.

QUALIDADE DE UM PRODUTO é definida por parâmetros geométricos, físicos, químicos e

mecânicos, que são DETERMINADOS PELO PROJETISTA.

QUALIDADE DA PEÇA

Parâmetros reais ↔ Parâmetros definidos no projeto

Precisão de usinagem é o grau de coincidência entre os parâmetros macro-geométricos

(dimensão e forma) de uma peça.

Qualidade da superfície é o grau de coincidência entre os parâmetros micro-geométricos

reais (acabamento superficial).

Erro de usinagem é a diferença entre os parâmetros de uma peça usinada e aqueles de

uma peça perfeita (absolutamente precisa) especificada no desenho.

Limites de tolerância são dados de projeto, constando nos desenhos de fabricação.

MÉTODOS PARA OBTER A PRECISÃO DIMENSIONAL EXIGIDA

(a) Tentativas

Este método tem baixa eficiência, e não é adequado para um volume de produção

elevado. A máquina-ferramenta não precisa ser preparada anteriormente e o efeito da

variação dimensional da matéria-prima (forma, tamanho, dureza, etc.) pode ser reduzido nas

operações de usinagem.

(b) Método da dimensão automática

Este método se baseia na utilização de ferramentas de dimensão e forma fixas, da

usinagem em máquinas presetadas e na utilização de dispositivos guia.

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USINAGEM PERFEITA

FATORES CAUSADORES DE ERROS EM USINAGEM

• Preparação imprecisa da máquina

• Fixação imprecisa da peça

• Processos de usinagem

• Imprecisão teórica

• Imprecisão Geométrica de Máquinas e Ferramentas

Erros causados por imprecisões entre o barramento e o eixo de rotação da peça no

torneamento:

• Imprecisão das ferramentas

• Deformação do sistema de usinagem sob forças externas

• Estado de equilíbrio

• Erros de medição

• Variação da força de corte

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• Variação da posição de atuação da força

• Efeitos de outras forças externas

• Deformação Térmica de Sistemas de Usinagem:

– Ferramenta

– Peça

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• Deformação da Peça Devido a Tensões Internas:

– Processos a quente (fundição, forjamento, soldagem)

– Processos a frio (usinagem, estampagem).

MATERIAIS PARA DISPOSITIVOS

• Aço rápido – RC 64-65

• Aço forjado – alto Carbono (1,5-

2,33%)

• Aço Carbono (0,85-1,18%) – RC 62-

63

• Aço para molas – RC 47

• Aço para ferramentas

• Aço para cementação

• Aço estrutural

• Aço doce

• Ferro fundido

• Aço fundido

• Nylon e fibras

• Bronze fosforoso

AULA 15 – DISPOSITIVOS DE LOCALIZAÇÃO

DISPOSITIVOS LOCALIZADORES

Estes dispositivos podem localizar uma peça com grande precisão ou simplesmente

aproximá-la da posição correta. Neste caso são mais usados mordentes centralizadores ou

sujeitadores. Os localizadores são usados para posicionar furos, rasgos, dentes de

engrenagens, o exterior de uma peça e assim por diante.

PRINCÍPIOS

Seis princípios regem a localização de um elemento: requisitos da peça, precisão,

restrições aplicáveis, economia de movimentos, localizadores redundantes e ser à prova de

erros.

1 – REQUISITOS DA PEÇA

A localização deve atender aos requisitos dimensionais do desenho (A deve ser a

referência).

2 – PRECISÃO

A localização deve ser feita na superfície mais precisa da peça (DIA 80 é o mais

preciso).

3 – RESTRIÇÕES

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A localização deve restringir a movimentação da peça nos seis graus de liberdade, ou

seja, rotação e translação nos eixos X, Y e Z.

4 – ECONOMIA DE MOVIMENTOS

Sistemas de localização devem facilitar e agilizar o posicionamento da peça no

dispositivo de fixação.

5 – LOCALIZADORES REDUNDANTES

Devem ser evitados. A distância entre referências pode variar devido à capabilidade

dos processos.

6 – À PROVA DE ERROS

O sistema de localização deve evitar posicionamentos errados da peça na fixação.

MÉTODOS DE LOCALIZAÇÃO

Uma peça pode ser localizada por uma superfície plana, um perfil ou uma superfície

cilíndrica.

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SUPERFÍCIE PLANA:

Assim como um plano pode ser

identificado por três pontos, uma superfície

bruta pode ser localizada com três pinos

localizadores com um ponto de contato

esférico. Quanto mais distantes os pinos,

mais precisa a localização. Os pinos devem

ter a mesma altura para o plano ser paralelo

à base.

Pinos ajustáveis extras suportam

adequadamente a peça durante a

operação e pinos adicionais evitam

distorções e vibrações da peça.

Superfícies retangulares podem ser

melhor localizadas substituindo um dos

localizadores por um em balanço.

Superfícies usinadas podem ser

localizadas com pinos planos e para peças

grandes os pinos podem ser aparafusados no

corpo da fixação.

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LOCALIZAÇÃO DE SEIS PONTOS

– A peça é encostada nos pinos 1, 2 e 3,

o que evita deslocamento em Y e

rotação em X e Z.

– Os pinos 4 e 5 evitam deslocamento

em Z e rotação em Y.

– O pino 6 evita deslocamento em X.

PERFIL

Para componentes simples onde aparência é importante usa-se uma chapa tênue,

levemente maior que a peça. A peça é posicionada na placa de modo a deixar margens iguais.

O perfil da peça pode também ser localizado confinando-a com pinos localizadores

cilíndricos.

Quando se tem variação nas dimensões da peça a cada lote, um localizador excêntrico

pode ser usado.

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A excentricidade do localizador pode

ser variada rotacionando-o para se adaptar às

peças do lote.

Pode-se ainda usar um encosto ou

ninho ao redor da peça. O perfil interno do

ninho combina com o exterior da peça e a

altura do ninho deve ser menor que a da peça

para permitir a fixação e a usinagem.

CILINDRO

É a mais comum e conveniente forma de localização. Quando um cilindro é localizado

no eixo e na base, ele pode apenas rotacionar no seu eixo – todos os outros movimentos estão

restringidos.

Chanfros ou raios na entrada permitem que a peça seja montada rapidamente. Eles

centralizam a peça no localizador rapidamente.

O localizador é localizado na fixação por um diâmetro concêntrico com ajuste por

interferência

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ENGRIPAMENTO

Um único localizador não pode evitar

a rotação da peça ao longo eixo do

localizador, sendo necessário um segundo

localizador.

Localizadores cônicos são usados

para localizar cilindros brutos em fundidos

e forjados. Eles também são usados para

fixar as peças localizadas e têm ajuste axial

com parafusos.

Localizadores em “V” são usados para localizar superfícies cilíndricas externas. Blocos

fixos “V” são usados para localização aproximada. Eles são presos por parafusos na fixação e

pinados para evitar movimentação durante a operação.

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Para uma localização mais precisa usa-se localizadores em “V” ajustáveis ao longo do

eixo do “V”.

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EXEMPLOS

Este localizador com carga elástica tem um batente. O que aconteceria se ele não fosse

previsto?

Borracha macia ou plástico podem ser

colocados no interior das ranhuras para evitar o acúmulo de sujeiras e cavaco.

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A peça permanece sobre o localizador C até que

os blocos em “V” a peguem para sujeitá-la.

O localizador pode girar de 90 graus fora da posição onde será mantido por um detentor

que também é usado para mantê-lo em posição.

O pino A carregado elasticamente mergulha no orifício B na moldura até que o localizador seja

necessário.

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AULA 16 – DISPOSITIVOS DE FIXAÇÃO

Estes dispositivos seguram a peça firmemente ao dispositivo de localização durante a

operação. Velocidade de operação, fadiga do operador e posicionamento estratégico são

considerações importantes ao dimensionar ou selecionar um dispositivo de fixação. Eles

devem ser fortes o suficiente para suportar as forças desenvolvidas durante a operação. Ao

mesmo tempo, a força de fixação não deve danificar a peça.

PRINCÍPIOS

Cinco princípios determinam a seleção e o dimensionamento dos dispositivos de fixação:

1. POSICIONAMENTO: a fixação deve ser posicionada para direcionar a força numa região

forte e suportada da peça. Fixar em regiões fracas da peça provocam deformações que

podem afetar a precisão da operação.

Fixações não devem obstruir o caminho de montagem e desmontagem da peça. Se

necessário, fixações retráteis ou oscilantes devem ser utilizadas.

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As fixações não devem obstruir o caminho da ferramenta e não devem ser usinadas ou

soldadas DURANTE a operação.

2. FORÇA: o dispositivo de fixação deve ser capaz de garantir a segurança da peça quanto

às forças desenvolvidas durante a operação. A força de fixação não deve marcar ou

danificar a peça com uma pressão exagerada. Para fixações leves ou peças frágeis a

força deve ser distribuída numa área maior da peça. As fixações devem ter mordentes

de materiais mais macios.

3. PRODUTIVIDADE: o tempo de fixação deve ser minimizado usando botões, alavancas,

parafusos recartilhados, volantes e manípulos.

Assim a fixação pode ser acionada e solta manualmente sem uso de chaves, que

adicionam movimentos de pegar, alinhar e soltar.

4. FADIGA DO OPERADOR: se um número considerável de fixações a serem acionadas e

liberadas repetidamente é melhor usar fixação hidráulica ou pneumática, que além de

reduzir a fadiga do operador também economizam tempo.

5. VARIAÇÃO DA PEÇA: os pontos de fixação na peça devem permitir que o dispositivo

opere mesmo que haja variação na peça

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Desalinhamentos entre a superfície da peça e a do dispositivo podem ser contornados

com o uso de pares de arruelas esféricas.

Em fixações múltiplas um equalizador é usado para fixar duas peças diferentes ao

mesmo tempo.

Esse princípio pode ser estendido para facilitar a fixação de inúmeras peças

simultaneamente num único dispositivo.

TIPOS

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FIXAÇÃO COM ROSCA

São dispositivos com anéis recartilhados, manípulos, alavancas ou chaves para

rotacionar e apertar o parafuso.

FIXAÇÃO COM GRAMPOS

São feitos de chapas retangulares para agir como alavancas. Elos são acionados

rotacionando uma porca num parafuso de fixação.

Um lado do grampo pressiona contra a peça e o outro lado se apoia um encosto,

carregando o grampo como uma barra simplesmente apoiada.

Geralmente são providos de uma arruela e uma mola sob a fixação. A mola eleva o grampo

assim que a arruela é solta. A peça se livra do seu peso graças ao peso do grampo. A mola

segura o grampo numa posição elevada durante o posicionamento e descarga da peça.

Grampos Retráteis: usados quando estão no caminho de carga e descarga da peça.

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Grampos Oscilantes: rotacionam 90 graus no momento de carga e descarga da peça.

Grampos com Travas: rotacionam no momento de carga e descarga da peça.

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Grampos Laterais: o aperto de uma porca provoca o efeito de “cunha” ou de

mordente do grampo na superfície lateral da peça.

Grampos Especiais: a forma do grampo pode se adaptar à peça e à operação.

Grampos Pivotados: em produção seriada simplificam a operação.

Grampos Articulados: permitem liberação rápida para carga e descarga da peça.

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Grampos Articulados: geralmente são fixados com olhais oscilantes.

Arruela “C”: é uma fixação com grampos com um canal aberto, de fácil e simples

operação.

FIXAÇÃO DE AÇÃO RÁPIDA

O advento da produção em massa resultou no desenvolvimento de diversos e engenhosos

dispositivos de fixação. A seguir os dispositivos mais utilizados em sistemas de fixação.

Cames: se valem da excentricidade para uma fixação rápida e segura.

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Os cames podem substituir o parafuso numa fixação por grampos.

Os cames também podem substituir o

encosto numa fixação por grampos.

Cames podem ainda substituir o

parafuso numa fixação lateral.

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“Sargento”: o arco desliza para posicionar e liberar a peça e a fixação é convencional.

Alavancas: podem estar afastadas da carga e descarga da peça, e são muito aplicadas em

soldagem.

Parafuso de ¼ de Volta: usado para fixar gabaritos, apenas para cargas leves.

Fixação Dupla: duas peças com alguma variação podem ser fixadas com um grampo.

Arruelas esféricas permitem que o grampo se adapte à variação.

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Equalizador: compensa a variação entre duas peças.

Empilhamento: as peças podem ser empilhadas e toda a pilha pode ser fixada por um

único grampo. Uma peça pode ser “ensanduichada” entre localizadores.

FIXAÇÃO NÃO CONVENCIONAL

a) ADESIVOS

Aplicáveis a peças com superfícies planas e para baixas forças (esforços).

b) FUSÃO

Utilizando ligas de baixo ponto de fusão, aplicável a peças com superfícies complexas.

FIXAÇÃO DIFERENCIAL

Fixadores diferenciais ajustam-se à peça, e não forçam a peça a deformações ou

distorções.

ENERGIA DE FIXAÇÃO

Numerosos grampos podem ser acionados simultaneamente. Quando a energia provém de

fluidos, sistemas hidráulicos e pneumáticos podem ser adotados. Também é possível a adoção

de sistemas de fixação a vácuo, magnético e eletrostático.

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1. Fixação por Fluido: essas fixações são acionadas por atuadores individuais ou

múltiplos.

Na fixação pneumática o ar é pressurizado de 5 a 6 atm. Na fixação hidráulica: o óleo é

pressurizado de 7 a 250 atm. Cilindros compactos desenvolvem altas forças, mas são mais

lentos.

2. Fixação por Vácuo: particularmente conveniente paras chapas finas vulneráveis a

distorção sob altas forças. A pressão é no máximo 0 atm.

3. Fixação Magnética: através de imãs permanentes e eletroímãs.

4. Fixação Eletrostática: a peça é carregada com eletricidade estática, de polaridade

oposta à do fixador. A atração entre as polaridades opostas promove a fixação e as

peças são separadas insuflando fluido dielétrico. Materiais não condutores podem ser

fixos com uma fina camada metálica.

AULA 17– DIMENSIONAMENTO DE PARAFUSOS

EMPREGO DOS PARAFUSOS

• Fixação, para junções desmontáveis

• Protensão(pré-tensão), para se aplicar em protensões(tensores)

• Obturadores, para tampar orifícios

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• Ajustagem, para ajustes iniciais ou ajustes de eliminação de folgas ou compensação de

desgastes

• Parafusos micrométricos, para obter deslocamentos mínimos

• Parafusos transmissores de forças, para obter grandes forças axiais através da

aplicação de pequenas forças tangenciais (prensa de parafuso, morsa)

• Parafusos de movimento, para a transformação de movimentos rotativos em

movimentos retilíneos (morsa, fuso), ou de movimentos retilíneos em rotativos (pua)

• Parafusos diferenciais, para a obtenção de pequenos deslocamentos por meio de

roscas

VANTAGENS

• Permitem montagens mais rápidas e de fácil inspeção;

• Permitem desmontagens para alteração e reparo;

• Economia de energia;

• Menor MDO (não qualificada);

• Boa resposta à fadiga.

DESVANTAGENS

• Áreas líquidas: reforço;

• Necessidade de pré-montagem;

• Dificuldade para modificações.

DESCRIÇÃO

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ROSCAS

Parafuso com Rosca

(a) Simples, (b) Dupla, e (c) Tripla

TRAVAS PARA FIXAÇÃO

FABRICAÇÃO E MONTAGEM

• Fabricação:

– Por conformação plástica: prensagem ou rolagem

– Por usinagem: torneamento ou fresamento

• Elementos:

– O próprio parafuso

– A porca

– Hastes dotadas de roscas (fusos)

– Arruelas

– Dispositivos de segurança.

• Cabeça do parafuso:

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– sextavadas – predominantes em construção de máquinas

– de fenda (cabeça escariada)

– de sextavado interno (Allen)

• Forma do corpo:

– passantes (utilizam porca)

– não passantes (não utilizam porca)

– parafusos pinos

PERIGOS NAS UNIÕES APARAFUSADAS

• Incerteza sobre grandeza das forças externas –aumentar o coeficiente de segurança

• Aperto inconveniente do parafuso – excessivo ou insuficiente

• Não uniformidade de aperto para uniões com vários parafusos -controle do torque

através de torquímetro ou controle da tensão através de micrômetro

• Apoio unilateral do parafuso, gerando tensões de flexão

• Perda de protensão, por dilatação térmica ou deformação plástica

• Solicitações adicionais devido a choques

• Auto-afrouxamento devido a trepidações

• Corrosão química e eletrolítica

• Desgaste da rosca de movimento

• Fratura por fadiga (geralmente na seção transversal do primeiro filete)

DIMENSIONAMENTO DE PARAFUSOS

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA

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PERFIS DE ROSCA

(a) ACME; (b) UN.

PERFIS ROSCADOS M E UM

SOLICITAÇÕES

COLAPSO POR TRAÇÃO

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EFEITO ALAVANCA

TRAÇÃO NO PARAFUSO

Pmax: carga de tração

σσσσadm: tensão admissível de tração do parafuso

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TORQUE DE APERTO

T=k*Qt*d

• Qt: força atuante no parafuso

• d: diâmetro externo do parafuso

• k: constante de torque

– 0,1, rosca lubrificada e arruela lisa

– 0,35, rosca fina e arruela de pressão

– 0,2, valor usual para rosca normal com arruela lisa

EXEMPLO

• Carga máxima de tração: 800 kgf

• Tensão admissível a tração: 60 kgf/mm2

• d1min = ((4 * 800)/(p * 60))1/2 = 4,12 mm

PARAFUSO M8 X 1,25 mm (d1 = 6,51 mm)

T = 0,2 * 800 * 6 = 960 kgf

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PRÉ-TENSÃO

CISALHAMENTO

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FORÇA CORTANTE NO PARAUSO

tadm: tensão admissível de cisalhamento

EXEMPLO

• Carga máxima de cisalhamento: 4000 kgf

• Tensão admissível a cisalhamento: 120 kgf/mm2

• d1min = ((4*4000)/(p * 120))1/2 = 6,51 mm

PARAFUSO M10 X 1,5 mm (d1 = 8,052 mm)

T = 0,2 * 4000 * 10 = 8000 kgf

FURAÇÃO PARA PARAFUSOS

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PROJETO DE PARAFUSOS

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Metric grade

Crest

diameter, dc,

mm

Ultimate

tensile

strength, Sut,

MPa

Yield

strength, Sy,

MPa

Proof

strength, Sp,

MPa

4.6

4.8

5.8

8.8

9.8

10.9

12.9

M5-M36

M1.6-M16

M5-M24

M17-M36

M1.6-M16

M6-M36

M1.6-M36

400

420

520

830

900

1040

1220

240

340a

415a

660

720a

940

1100

225

310

380

600

650

830

970

aYield strength approximate and not included in standard.

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DIMENSÕES DE PARAFUSOS

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DIÂMETROS E PASSOS NORMALIZADOS DAS RISCAS MÉTRICAS [mm]

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CAPACIDADE DE PARAFUSOS

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AULA 18– DISPOSITIVOS DE INSPEÇÃO

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO CONVENCIONAIS

• Réguas

• Paquímetros

• Micrômetros

• Goniômetros

• Relógios comparadores

• Medidores 3D

• etc.

DISPOSITIVOS DE INSPEÇÃO

A inspeção de componentes também deve ser agilizada na produção me massa.

Instrumentos de medição convencionais devem ser substituídos por gabaritos ou calibradores.

GABARITOS OU CALIBRADORES

Não medem a dimensão real do componente. Verificam se a(s) dimensão(ões) do

componente estão dentro dos limites máximo e mínimo especificados no desenho e garantem

o ajuste desejado na montagem.

CALIBRADORES PADRÃO

Furos cilíndricos podem ser verificados por simples calibradores tampão ou passa-não

passa.

O lado passa (LP), mais longo, é passado através do furo para garantir que a dimensão do

furo é maior que o limite mínimo. O lado não passa (LNP), mais curto, não deve passar através

do furo se a dimensão do furo é menor que o limite máximo especificado no desenho.

Pode-se assim verificar se o componente está dentro dos limites especificados se o LP

entra no furo e o LNP não entra.

DIMENSÕES EXTERNAS

Calibradores padrão para medidas internas e externas são normalizados. Calibradores de

comprimento devem ser manufaturados para dimensões específicas.

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CALIBRADORES ESPECIAIS

Rasgos são verificados por

calibradores tampão planos.

Furos cônicos são verificados pelo

maior diâmetro com calibradores tampão

cônicos.

Para checar distâncias entre faces

paralelas: se o comprimento do pino está

entre os limites o calibrador entra entre as

faces.

Funciona também para verificar a

distância entre sedes cônicas.

A distância entre dois furos cilíndricos: calibrador de ferradura ou pressão (snap gauge).

Garantidos os diâmetros, verifica-se as dimensões máxima e mínima – se nenhuma das

dimensões encaixar, a distância está dentro dos limites.

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Para checar profundidades: se o comprimento do pino está entre os limites o

calibrador entra entre as faces.

CALIBRADORES DE RECEBIMENTO

Usados para checar se a peça é própria para a montagem com outras peças: se o

calibrador aceita a peça, ela pode ser facilmente montada no produto final.

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EXEMPLO

Este dispositivo pode checar quatro dimensões

FIXAÇÕES DE INSPEÇÃO

Dispositivo para checar a

concentricidade da sede angular da válvula

em relação ao eixo. O dispositivo simplifica

e acelera a inspeção.

CALIBRADORES DE MARCAÇÃO E SETUP DE PEÇAS

A usinagem de peças forjadas e fundidas pode ter grandes variações. Deve-se localizar as

saliências/rebaixos ao usinar as faces de referência, que depois serão usadas para fazer furos

nas posições das saliências/rebaixos.

Exemplo 1

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Exemplo 2 (depois de localizar a peça, o calibrador pode então ser removido para a

usinagem)