UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE PRODUO

UMA METODOLOGIA PARA AUTOMAO DO PROCESSO DE CONFORMAO POR

CALANDRAS

DISSERTAO DE MESTRADO

Marcia Trojan Poll

Santa Maria, RS, Brasil 2008

I

UMA METODOLOGIA PARA AUTOMAO DO PROCESSO DE CONFORMAO POR CALANDRAS

Por

Marcia Trojan Poll

Dissertao apresentada ao Curso de Mestrado do Programa de Ps-Graduao

em Engenharia de Produo, rea de concentrao Tecnologia da Informao,

da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obteno do grau de

Mestre em Engenharia de Produo

Orientador: Prof. Eng. Dr. Alexandre Dias da Silva

Santa Maria, RS, Brasil

2008

II

Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia

Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Produo

A Comisso Examinadora, abaixo assinada aprova a Dissertao de Mestrado

UMA METODOLOGIA PARA AUTOMAO DO PROCESSO DE CONFORMAO POR CALANDRAS

elaborada por Marcia Trojan Poll

Como requisito parcial para a obteno do grau de Mestre em Engenharia de Produo

COMISSO EXAMINADORA

________________________

Prof. Alexandre Dias da Silva, Eng. Dr. (Presidente/Orientador)

________________________

Prof. Incio da Fontoura Limberger, Eng. Dr. (UFSM)

________________________

Prof. Leandro Costa de Oliveira, Eng. Dr. (UFSM)

Santa Maria, 24 de julho de 2008.

III

minha me pela fora e ao meu pai (in memoriam) pelos ensinamentos.

Deus...

IV

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Alexandre Dias da Silva pelo apoio e ajuda durante todo o perodo do curso, desde o anteprojeto at a elaborao do projeto e da dissertao. Apoio prestado de forma ntegra e muito respeitosa, sempre muito dedicado, muito obrigada grande mestre,

grande exemplo de pessoa!

Aos professores Incio da Fontoura Limberger e Leandro Costa de Oliveira pela

participao na banca examinadora, dois exemplos de professores: obrigada!

Ao Prof. Dr. Flvio Thier pelo acolhimento e grande apoio durante a docncia

orientada.

A Universidade Federal de Santa Maria pela oportunidade de estudo e crescimento,

instituio em que conclui minha graduao em Engenharia Mecnica e agora o mestrado em

Engenharia de Produo.

A Universidade de Santa Cruz pela oportunidade de realizar docncia orientada.

Aos grandes mestres que me ensinaram coisas muito valiosas. Tambm queles que

cruzaram por mim e me mostraram como no ser e a como no agir.

A Metalrgica MOR, especialmente representada pelo Sr. lvaro Forsthofer e Sr. Jarbas Schoenherr, pelo grande apoio e oportunidade de cursar o mestrado.

Aos meus grandes amigos do corao pelo incentivo e carinho. Sei que estavam

torcendo por mim...

A grande amiga do corao Adriane, que me ajudou muito na graduao e no mestrado, sou muito grata a voc!

A minha me por proporcionar incentivo e completo apoio nos estudos at hoje.

Ao meu esposo Rui Poll pela grande e valiosa fora e ajuda. Valeu!

V

"First, it was to get to Formula 1. Then to get a pole position, win a race, be the champion.

Little by little, I realised all of these dreams."

Ayrton Senna

VI

RESUMO

Dissertao de Mestrado Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Produo

Universidade Federal de Santa Maria

UMA METODOLOGIA PARA AUTOMAO DO PROCESSO DE CONFORMAO POR CALANDRAS

Autora: Marcia Trojan Poll Orientador: Prof. Dr. Alexandre Dias da Silva

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 24 de julho de 2008.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para

transformar calandras de tubos e chapas convencionais em equipamentos com sistema

automtico programvel para execuo de peas com raios fixos e/ou variveis. apresentado um projeto mecnico conceitual (sem detalhamento) e so implementados recursos computacionais para reconhecimento de desenhos definidos em sistema de projeto auxiliado por computador com o objetivo de gerar automaticamente o programa-tarefa capaz de executar a conformao da pea projetada. Desta maneira, o requisito de operao programvel satisfeito fazendo com que o equipamento trabalhe segundo os princpios de

mquinas CNC. A proposta considera ainda o ajuste necessrio nos parmetros de operao da mquina devido a recuperao elstica do material atravs do processamento de uma imagem

extrada de uma foto da pea conformada. Desta forma, o raio executado na pea

reconhecido e torna-se possvel compar-lo com o raio projetado. Conforme demonstra o estudo, para anlise da viabilidade tcnica da proposta, o sistema foi implementado na forma

de aplicativo de sistema CAD e conclui-se ser vivel, j que a metodologia de programao foi implementada com sucesso e gerou resultados satisfatrios, onde o usurio desenha uma

pea em sistema CAD e um programa CNC para a execuo da pea gerado. Outros

aspectos relativos e importantes para o desenvolvimento da metodologia so discutidos, tais

como: programao CNC, processamento de imagens, programao em sistemas CAD e

processo de conformao mecnica para curvar tubos ou chapas.

Palavras-chave: calandra, comando numrico, integrao CAD/CAM, processamento

de imagem.

VII

ABSTRACT

Masters Degree Dissertation Production Engineering Post-Graduation Program

Federal University of Santa Maria

A METHODOLOGY FOR AUTOMATION OF THE FORMING PROCESS USING ROLL BENDERS

Author: Marcia Trojan Poll Advisor: Dr. Alexandre Dias da Silva

Date and presentation place: Santa Maria, July 24th 2008.

The present work presents the development of a methodology for transforming

conventional roll benders of industrial tubes and plates into an equipment with a

programmable automatic system for bending parts with fixed and/or changeable rays. A

conceptual mechanical project (without details) is presented and computational resources were implemented for recognition of drawings defined in a system of computer aided design with

the objective of automatically generating the task-program, being capable of making the conformation of the projected part. This way, the requirement of programmable operation is satisfied and the equipment will work according to principles of numerical command

machines. Besides that, the proposal considers the necessary adjustment in the machine operational parameters because of the material springback through the image processing

extracted from a photo of the conformed part. Thus, the ray executed in the part is recognized

and makes it possible to compare it with the projected ray. According to this study, the system was implemented as an applicative of CAD system for the technique viability analysis and

was concluded to be viable, since the programming methodology was implemented

successfully and the results were satisfactory, the user can draw a part in a CAD system and a

program CNC is generated for the execution of the part. Other related and important aspects

for the development of the methodology are discussed, such as: CNC programming, image

processing, CAD programming systems and the process of mechanical forming to bend tubes

or plates.

Keywords: roll bender, numerical command, integration CAD/CAM, image

processing.

VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Cadeiras tubulares com raios de curvaturas variveis......................................... 6

Figura 2.2 Cadeira tipo lounge chair com tubos de raios variveis...................................... 6

Figura 2.3 Peas tubulares calandradas. ............................................................................... 6

Figura 2.4 Fluxograma de produo de tubos de ao com costura....................................... 8

Figura 2.5 Parte mecnica..................................................................................................... 15

Figura 2.6 Display de uma mquina CNC............................................................................ 15

Figura 2.7 Controlador Lgico Programvel ........................................................................ 16

Figura 2.8 Servomotor .......................................................................................................... 16

Figura 2.9 Movimento de um atuador em mquinas manuais.............................................. 17

Figura 2.10 Ajuste de calandra manual. ............................................................................... 18 Figura 2.11 Movimento de uma calandra convencional. ..................................................... 18

Figura 2.12 Controle de movimento linear. ......................................................................... 19

Figura 2.13 Fuso com esferas recirculantes.......................................................................... 19

Figura 2.14 Motor de passo e suas partes ............................................................................. 20

Figura 2.15 Pulsos digitais de entrada do motor de passo. ................................................... 20

Figura 2.16 Esquema de funcionamento do motor de passo. ............................................... 21

Figura 2.17 Sistema de controle de malha aberta ................................................................. 22

Figura 2.18 Sistema de controle de malha fechada .............................................................. 23

Figura 2.19 Caminho dos dados percorridos numa mquina ferramenta CNC.................... 24

Figura 2.20 Dobramento por trao...................................................................................... 27

Figura 2.21 Dobramento por compresso............................................................................. 27

Figura 2.22 Dobramento por estiramento. ............................................................................ 27

Figura 2.23 Calandragem com trs cilindros ........................................................................ 28

Figura 2.24 Sistema de conformao de calandras: (a) tipo piramidal e (b) par de eixos tracionadores ...................................................................................................... 28

Figura 2.25 Calandra vertical de tubos motorizada. ............................................................. 29

Figura 2.26 Calandra de tubos e perfis hidrulica horizontal ............................................... 30

Figura 2.27 Calandra de tubos e perfis hidrulica vertical. .................................................. 30

Figura 2.28 Calandra de tubos e perfis motorizada e vertical. ............................................. 31

Figura 2.29 Diagrama tenso-deformao especfica de materiais elastoplsticos .............. 31

IX

Figura 2.30 Diagramas de tenso em materiais elastoplsticos: (a) MMe; (d) M=Mp. ....................................................................................... 34

Figura 2.31 Distribuio de tenses e deformaes em uma seo tpica de elemento de

chapa................................................................................................................... 35

Figura 2.32 Dispositivo de dobra de chapas sobre trs cilindros. ........................................ 36

Figura 2.33 Geometria do processo de dobramento contnuo por rolos de chapas .............. 37

Figura 2.34 - Efeito de mola no dobramento, oR < fR . .......................................................... 40

Figura 2.35 Esquema da alterao do raio de curvatura: (a) situao inicial e (b) situao aps retorno elstico............................................................................. 42

Figura 2.36 (a) Imagem real; (b) Filtragem Sobel, (c) Roberts e (d) Laplaciano com mscara 3x3........................................................................................................ 45

Figura 2.37 Filtros de realce Laplace e Sobel....................................................................... 46

Figura 2.38 Diagrama de clculo do filtro Roberts. ............................................................. 46

Figura 3.1 Fluxograma de desenvolvimento da metodologia proposta ................................ 48

Figura 3.2 Fluxograma do usurio da metodologia .............................................................. 49

Figura 3.3 - Projeto conceitual de calandra ............................................................................. 51 Figura 3.4 - Desenho pea curvada caminho de dobra ......................................................... 53

Figura 3.5 Definio do sistema de coordenadas ................................................................. 54

Figura 3.6 - Matrizes da calandra de tubos posio zero .................................................. 55

Figura 3.7 - Altura mnima da matriz superior ........................................................................ 55

Figura 3.8 - Matrizes inferiores da calandra de tubos com sua distncia fixa entre centros ... 56

Figura 3.9 - Desenho da pea (curva) com as matrizes inferiores e a superior ....................... 57 Figura 3.10 Determinao geomtrica da altura da matriz superior..................................... 58

Figura 3.11 - Dimetro da matriz de dobra de tubo................................................................. 58

Figura 3.12 - Tubo preso na morsa da dobradeira manual ...................................................... 60

Figura 3.13 - Pea dobrada com 90 e conferncia do ngulo................................................. 60

Figura 3.14 (a) Pea antes e (b) aps liber-la da morsa ...................................................... 60 Figura 3.15 - Pea comparada a um esquadro com ngulo menor que 90 ............................. 61

Figura 3.16 Identificao de arcos (a) crculo passando por trs pontos; (b) distncia entre cada ponto e o centro do crculo; (c) arco ajustado identificado nos pontos ................................................................................................................. 63

X

Figura 4.1 Exemplo de dados de sada do programa de gerao de cdigo CNC (a) reta; (b) semicrculo.................................................................................................... 67

Figura 4.2 - Simulao auxiliar para determinao da posio Y e X da matriz

conformadora...................................................................................................... 68

Figura 4.3 (a) Exemplo de dados de sada do programa de gerao de cdigo CNC retas e arco de raio fixo; (b) Simulao auxiliar para gerao do cdigo CNC . 68

Figura 4.4 Dados de sada do programa de gerao de cdigo CNC exemplo 1. (a) projeto e cdigo CNC (b) simulao do raio 1 = 951,2mm (c) simulao do raio 2 = 2366,3mm ............................................................................................. 70

Figura 4.5 Dados de sada do programa de gerao de cdigo CNC exemplo 2............... 71

Figura 4.6 Cdigo CNC sem considerar recuperao elstica exemplo 3......................... 71

Figura 4.7 Fotografias digitais para serem processadas........................................................ 72

Figura 4.8 - Imagem de tubo filtrada com filtro Roberts......................................................... 73

Figura 4.9 - Imagem de tubo filtrada com filtro Sobel ............................................................ 73

Figura 4.10 Exemplo de arquivo texto gerado a partir da filtragem.................................... 74

Figura 4.11 Arquivo texto carregado em CAD - Imagem pontilhada .................................. 75

Figura 4.12 Detalhe dos pontos da imagem carregada e seleo do conjunto de pontos de uma curva ...................................................................................................... 75

Figura 4.13 Desenho do arco ajustado formado pelos pontos selecionados e o raio informado pelo programa ................................................................................... 76

Figura 4.14 ngulo informado pelo programa e pelo recurso do CAD .............................. 76 Figura 4.15 Pea de raios variveis carregada em CAD...................................................... 78

Figura 4.16 Imagem pea com pontos desnecessrios apagados.......................................... 78

Figura 4.17 Seleo de cada uma das quatro curvas da pea................................................ 79

Figura 4.18 Raio das curvas da pea .................................................................................... 80

Figura 4.19 Desenho da pea pelo programa........................................................................ 80

Figura 4.20 Cdigo CNC da pea com raios variveis......................................................... 82

Figura 4.21 Simulao auxiliar para determinao da posio Y da matriz conformadora . 83

Figura 4.22 Esquema do programa desenvolvido................................................................. 84

XI

LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1 - Resultados recuperao elstica em tubos de ao..........................................60

TABELA 3.2 - Resultados recuperao elstica em tubos de alumnio.................................60

XII

LISTA DE QUADROS

QUADRO 2.1 Comandos da linguagem de programao.. .................................................. 24

XIII

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

AISI American Institute of Steel and Iron

API American Petroleum Institute

ASTM American Society for Testing and Materials

CA Corrente Alternada

CAD Computer Aided Design (Projetos Assistidos por Computador) CAM Computer Aided Manufacturing (Manufatura Assistidos por Computador) CAPP Computer Aided Planning and Process (Planejamento e Processo Assistidos

por Computador) CC Corrente Contnua

CIM Computer Integrated Manufacturing (Manufatura Integrada por computador) CLP Computador Lgico Programvel

CNC Comando Numrico Computadorizado

DIN Deustaches Institute for Normuns

DNC Direct Numeric Control (Controle Numrico Direto) FMS Flexible Manufacturing System (Sistemas Flexveis de Produo) FPA Filtro Passa-Alta

FPB Filtro Passa-Baixa

ISO International Standard Organization

MCU Multipoint Control Unit (Unidade de Controle Multiponto) SAE Society of Automotive Engineers

TI Tecnologia de Informao

XIV

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A - Cdigo G e suas funes. ......................................................................................94

ANEXO B - Nomograma utilizao de mandril para tubo de parede fina. ................................96

ANEXO C - Grfico de coeficiente de recuperao elstica (k). ...............................................97

XV

SUMRIO

RESUMO ..............................................................................................................................VI 6

ABSTRACT ..........................................................................................................................VII 7

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................VIII 8

LISTA DE TABELAS...........................................................................................................XI

LISTA DE QUADROS .........................................................................................................XII LISTA DE SIGLAS...............................................................................................................XIII

LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................XIV

1 INTRODUO.................................................................................................................... 1 1.1 Estrutura do trabalho ...................................................................................................... 3

2 A PROBLEMTICA / FUNDAMENTAO TERICA................................................ 5 2.1 Peas tubulares ............................................................................................................... 5

2.2 Processos automatizados e sistemas flexveis de produo (FMS) ............................... 8 2.3 Mquinas CNC............................................................................................................... 13

2.3.1 Histrico......................................................................................................................... 14

2.3.2 Composio das mquinas CNC.................................................................................... 15

2.3.3 Movimento nas mquinas convencionais e mquinas CNC .......................................... 17

2.3.4 Motores de acionamento ................................................................................................ 19

2.3.5 Sistemas de controle....................................................................................................... 22

2.3.6 Introduo Programao CNC..................................................................................... 23

2.4 Princpios de conformao por dobramento................................................................... 26

2.5 Anlise do processo de conformao mecnica de dobramento .................................... 31

2.5.1 Dobramento contnuo por rolos - chapas ....................................................................... 34

2.5.2 Dobramento contnuo por rolos - tubos ......................................................................... 38

2.6 Recuperao elstica ...................................................................................................... 39

2.7 Processamento de imagem ............................................................................................. 43

2.7.1 Filtros Clssicos ............................................................................................................. 44

3 METODOLOGIA................................................................................................................. 47

3.1 Princpio operacional do equipamento........................................................................... 49

3.2 Implementao do Programa.......................................................................................... 52

XVI

3.3 Reconhecimento dos dados geomtricos do desenho CAD........................................... 53

3.4 Sistema de coordenadas para o programa CNC ............................................................. 53

3.5 Funes de posicionamento X e Y................................................................................. 55

3.6 Velocidade de avano..................................................................................................... 58

3.7 Determinao experimental da recuperao elstica...................................................... 59

3.8 Controle de qualidade por processamento de imagens .................................................. 62

3.9 Dados de configurao ................................................................................................... 64

4 RESULTADOS ................................................................................................................... 65

4.1 Geometrias simples ........................................................................................................ 66

4.2 Peas com raios variveis............................................................................................... 69

4.3 Controle do processo por processamento de imagem .................................................... 72

4.4 Medida de raios variveis............................................................................................... 77

4.5 Estrutura operacional do programa ................................................................................ 83

4.6 Estimativa de recuperao elstica terica..................................................................... 86

5 CONCLUSES.................................................................................................................... 88 5.1 Sugestes para trabalhos futuros .................................................................................... 89

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS................................................................................. 90 ANEXOS................................................................................................................................. 94

1

1 INTRODUO

O caminho do avano da tecnologia longo. Muito j se conquistou at atingir o nvel em que se est atualmente. Porm, ainda h muito a ser descoberto em todas as reas,

especialmente a tecnologia de ponta. Os avanos em processos de fabricao tm um papel

fundamental para a indstria, representam agilidade, produtividade e capacidade tcnica de

produo.

A grande concorrncia no mercado atual faz com que as empresas sejam cada vez mais competitivas. Ser competitivo significa ter flexibilidade na produo de produtos, ser

diferenciado, oferecer algo a mais a seus clientes, oferecer produtos de boa qualidade, custo

baixo, prazo de entrega reduzido e prazo de pagamento extenso, ou seja, ter agilidade e eficcia. A automao de processos produtivos uma realidade e as empresas devem

acompanhar esta tendncia, j que possvel flexibilizar a produo e oferecer produtos diferenciados, sem considerar aspectos como reduo de custos com funcionrios, de

segurana e padronizao. No raras vezes, as empresas acabam limitando sua capacidade

tcnica produtiva e tambm de competitividade em termos de flexibilidade, devido ao no

investimento em novas tecnologias.

As empresas devem buscar cada vez mais a flexibilidade, focando as necessidades dos

clientes. Conforme Rocha (2001), a tecnologia de automao flexvel representada por mquinas e equipamentos programveis e que possam ser adaptados demanda, tanto em

termos quantitativos quanto qualitativos. Ainda comenta que este tipo de investimento

permite que numa mesma empresa se produza uma certa quantidade de produtos diferenciados

(papel da lean production na indstria automobilstica), possibilitando uma maior capacidade de adaptao s variaes de demanda e um melhor aproveitamento da capacidade

produtiva (reduo da ociosidade nos processos). O fator de competitividade empresarial, foco do presente trabalho, a capacidade das empresas em oferecer produtos diferenciados.

A utilizao de mquinas Comando Numrico Computadorizado (CNC) vem desempenhando um papel fundamental neste processo de automao e flexibilizao de

fabricao e, de maneira geral, representam um avano nos processos produtivos. Alm disto,

o uso de Projetos Assistidos por Computador / Manufatura Assistidos por Computador (CAD/CAM) integrados permite elaborao de modelagens e programas para peas de geometria complexas.

2

Inmeras empresas, dos mais variados ramos, tm a necessidade de curvar tubos,

chapas e perfis. Os tubos industriais metlicos, por exemplo, so largamente utilizados em

produtos e os metais mais utilizados para a sua fabricao so o ao e o alumnio. Muitas so

as aplicaes para os tubos industriais metlicos, pode-se citar vrios exemplos:

- mveis tubulares em geral (camas, mesas, cadeiras, banquetas, estantes, etc.); - corrimos e guardas;

- peas tubulares automotivas, como escapamentos, estruturas para reforo interno de

automveis e acessrios (pra-choques, Santo Antnio e bagageiros); - estruturas metlicas;

- mquinas agrcolas;

- sinalizao rodoviria.

Para a fabricao de peas tubulares curvadas, alguns equipamentos podem ser

utilizados: calandras, dobradeiras manuais, com acionamento eltrico, pneumtico, CNC. Para

curvar peas com raios fixos e/ou variveis, as calandras de tubos so muito utilizadas.

Semelhantes s calandras de chapas, no princpio de funcionamento, as calandras de tubos so

equipamentos que permitem o curvamento de tubos ou mesmo de perfis.

Atualmente no mercado, so oferecidas desde as mquinas curvadoras totalmente

manuais at as mais automatizadas, de grande porte e alta produtividade. Mquinas totalmente

programveis, porm, tm alto custo de investimento. Alm disto, muitas vezes, as empresas

necessitam de mquinas curvadoras que so capazes de executar vrias tarefas em cada

operao. Por isto, so oferecidas algumas mquinas que, alm de executarem a dobra, furam,

cortam, fazem amassamentos, rebaixam e expandem os tubos, ou seja, executam praticamente todas as operaes que so necessrias para que o tubo possa ser utilizado diretamente no

produto. O fato do equipamento ser automatizado, independente do seu porte e produtividade,

eleva muito o seu custo. Acredita-se que o alto investimento em equipamentos a maior

barreira para que empresas de pequeno e mdio porte possam automatizar seus processos.

Devido a esses aspectos, a grande motivao para este trabalho o desafio de propor

adaptaes para calandras de chapas ou tubos para curvar peas com raios de curvaturas fixos

e/ou variveis, com um sistema automtico programvel utilizando um sistema CAD. Desta

maneira, pretende-se demonstrar que atravs da possibilidade de transformao de uma

mquina convencional em CNC, pode-se obter equipamento com a vantagem de um custo

mais baixo, comparando-se com as mquinas CNC oferecidas pelo mercado, alm de uma

3

facilidade maior de execuo de peas de raios variveis, se comparado com calandras

manuais.

O objetivo deste trabalho desenvolver uma metodologia de operao de calandras segundo os princpios de mquinas CNC e que seja possvel curvar peas com raios de curvaturas fixas e/ou variveis. A metodologia apresentada serve para adaptao de calandras

em geral de chapas, tubos industriais e perfis metlicos. Porm, o foco central, as discusses e

a demonstrao de viabilidade da metodologia sero acerca de calandras de tubos.

Para mostrar a viabilidade de transformar uma calandra convencional em uma calandra

programvel (CNC), objetivo especfico desse trabalho desenvolver um projeto mecnico conceitual de adaptao, sem detalhamento, que possa ser adaptado a diversas calandras j existentes no mercado, resguardadas as caractersticas descritas no item 3.1. O sistema

computacional implementado est diretamente relacionado com o princpio de operao

proposto nesse projeto e tem a finalidade de gerar automaticamente o programa CNC atravs da interpretao geomtrica dos dados do desenho em CAD da pea a ser conformada. A

tcnica adotada para implementao dessas funes de integrao CAD/CAM a utilizao

de recursos do CAD para desenvolvimento de aplicativos.

A aplicao, nesse trabalho, de tcnicas de processamento de imagens, tem como

objetivo desenvolver uma ferramenta para realizao do controle de qualidade do sistema produtivo de conformao. O mtodo utilizado para medio de raios de curvaturas de peas

processadas, para ajuste dos parmetros do processo devido recuperao elstica do material. A justificativa para a implementao dessa tcnica a possibilidade de eliminar a necessidade de adequao ao processo produtivo, de equipamentos apropriados para a

medio desse parmetro geomtrico.

1.1 Estrutura do trabalho

Esta dissertao est dividida em cinco captulos, sendo o primeiro uma introduo

sobre o trabalho a ser desenvolvido, trazendo a motivao e os objetivos a serem alcanados. O segundo captulo apresenta uma descrio do problema e a fundamentao terica do

trabalho. O terceiro captulo destina-se a apresentao das tcnicas e da metodologia utilizada

no trabalho. J o quarto captulo mostra uma descrio detalhada de todos os passos

necessrios para obter a resoluo do problema de pesquisa. O quinto captulo mostra os

4

resultados finais obtidos, comparando-os aos objetivos iniciais. Alm disto, prope sugestes para futuros trabalhos a serem pesquisados e desenvolvidos.

5

2 A PROBLEMTICA / FUNDAMENTAO TERICA

O foco deste trabalho o desenvolvimento de uma metodologia de operao de

calandras segundo os princpios de mquinas CNC. Com este intuito, demonstrada a

viabilidade de adaptao de calandras de tubos ou chapas em equipamentos com sistema

automtico programvel para curvar peas industriais metlicas com raios fixos e/ou

variveis. Esse trabalho apresenta, alm de uma proposta de projeto conceitual que define o princpio de operao do equipamento, um programa computacional que reconhece o desenho

de uma pea (que se deseje curvar) em um sistema CAD e gera automaticamente o programa CNC para sua execuo. Esse programa prev ajustes nos parmetros do processo para corrigir erros geomtricos de fabricao, atravs de processamento de fotos tiradas das peas

executadas pela mquina. Esses erros so constatados comparando-se os dados de projeto, elaborado em sistema CAD, com a pea pronta (j curvada) e que so decorrentes do efeito de mola ou recuperao elstica do material e possveis desgaste na prpria calandra.

Para o desenvolvimento e resoluo do problema, sero explorados alguns assuntos

pertinentes ao trabalho, que constituiro a fundamentao terica:

- processo de curvamento, com nfase em peas tubulares;

- processos de fabricao direcionados a processos automatizados e sistemas flexveis de

produo;

- mquinas CNC, focando tipos de movimentos das mquinas CNC, linguagem de

programao e gerao de programa CNC e acionamentos;

- princpio de operao das curvadoras existentes no mercado, com nfase em operaes de

calandras de tubos e perfis;

- anlise do processo de conformao mecnica de dobramento;

- recuperao elstica ou efeito de mola, que deve ser levada em considerao nos clculos do

programa para executar a dobra o tubo;

- filtros de imagem utilizados no processamento de imagem.

2.1 Peas tubulares

Os tubos metlicos industriais so utilizados na fabricao de muitos produtos. Eles

tm uma grande importncia, especialmente nas indstrias moveleira, automobilstica,

6

metalrgica, serralheria e construo civil. Algumas peas produzidas a partir de tubos

metlicos so conformadas utilizando dobradeiras e calandras manuais de acionamento

eltrico, pneumtico ou programveis. Como exemplo de produtos que utilizam tubos com

curvaturas de raios variveis pode-se citar os mveis tubulares, conforme ilustram as figuras

2.1 e 2.2. A figura 2.3 apresenta peas conformadas.

Figura 2.1 Cadeiras tubulares com raios de curvaturas variveis. Fonte: MOR, 2008.

Figura 2.2 Cadeira tipo lounge chair com tubos de raios variveis.Fonte: TOKSTOK, 2008.

Figura 2.3 Peas tubulares calandradas. Fonte: ZAPROMAQ, 2008.

7

Tubos conformados podem ser produzidos em vrios metais, principalmente ao e

alumnio. Os tubos de ao podem ser fabricados em uma variada gama de ligas e dimenses,

que so fornecidos normalmente segundo especificaes de normas como American Society

for Testing and Materials (ASTM), Deustaches Institute for Normuns (DIN), American Petroleum Institute (API), American Institute of Steel and Iron (AISI), Society of Automotive Engineers (SAE), Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) e outras.

A fabricao dos tubos de ao para aplicaes industriais no Brasil atende s Normas

ABNT NBR 6591, que determina a utilizao de aos da srie 1006 a 1012, fabricados com

ou sem costura. A figura 2.4 mostra um fluxograma de fabricao de tubos de ao com

costura. A matria-prima utilizada comprada em forma de bobinas, que so classificadas em

dois grandes grupos: laminadas a frio e a quente.

Os tubos de alumnio so fabricados em diversas ligas e o processo mais utilizado para

sua fabricao a extruso. Aps a extruso os tubos so temperados com diversas

especificaes, dependendo da aplicao a que se destinam. Os fornecedores de tubos

oferecem alguns acabamentos especiais, sendo os mais usuais: decapados, oleados,

galvanizados, com superfcie fosfatizada, com pintura eletroltica a p, com superfcie

brilhante para cromagem para os tubos de ao e com superfcie brilhante, escovados,

anodizados ou pintados para os tubos de alumnio. Quanto ao formato, os tubos podem ter seo redonda, retangular, quadrada, oblongo, semi oblongo, elptica, triangular, oitavado.

Alguns fabricantes de tubos fornecem tubos com formatos especiais como ovo, gota, I, etc.

8

Figura 2.4 Fluxograma de produo de tubos de ao com costura. Fonte: TUPER, 2008.

2.2 Processos automatizados e sistemas flexveis de produo (FMS)

Segundo Weck (1984 apud NEVES, 2005), o termo automao aplicado a tudo que feito para que parte ou todo um processo seja realizado e acordo com um programa previamente ajustado, sem a interveno da atividade humana para seu controle. A

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mecanizao substitui o trabalho dos seres humanos por dispositivos e movimentos

motorizados. A tecnologia de controle liberta o homem de montonas atividades cerebrais

fazendo o armazenamento, o processamento e a transmisso lgica da seqncia de

informaes, tornando fundamental para que a automao seja alcanada. Depois de realizar sua alimentao com a matria-prima apropriada, os procedimentos de ajuste ou programao sozinha, capacidade de executar repetidamente determinadas tarefas, a mquina considerada

automtica. O avano tecnolgico nas ltimas dcadas teve grande participao para

minimizar os custos das indstrias, atravs da adoo de diversos modelos de produo.

O uso de mquina CNC no implica em substituir o operador por um computador. As

grandes diferenas entre os dois tipos de mquinas, CNC e convencionais, so o tempo de

produo e a repetibilidade das peas. O tempo de fabricao de uma pea em mquina CNC

pode ser significativamente menor. Alm disto, a complexidade geomtrica pode exigir um

esforo sobre-humano do operador em mquinas convencionais (MUNDO CNC, 2007). Muitas peas com geometrias de extrema complexidade s so possveis de serem criadas

devido ao advento do CNC. Pode-se perceber essa complexidade nas linhas aerodinmicas

dos atuais automveis, cujos contornos se modificaram com muita rapidez. Mquinas com comando numrico representam a principal ferramenta para se adquirir flexibilidade exigida

dos sistemas produtivos atuais. Os modelos T de Henry Ford, quando se deu o incio da

fabricao em srie de automveis, eram todos iguais e com a mesma cor: preta. Ao

consumidor s era ofertado um modelo, diferentemente dos dias atuais, onde a colocao de

um novo modelo no mercado to rpida e existem tantos modelos, cores e acessrios

(MUNDO CNC, 2007). Segundo Goellner (2006), a utilizao de mquinas CNC na produo permite alterar

as caractersticas de um determinado produto com grande rapidez. A adaptao ao novo

produto ocorre basicamente com a troca ou alterao do programa CNC tornando assim, a

produo mais flexvel.

Para Costa (2004) as principais vantagens na adoo de mquinas CNC so: - automao flexvel, sendo possvel adaptao para diversas necessidades;

- fabricao com repetibilidade de tolerncias em formas e dimenses;

- fabricao mais fcil de ser controlada pela gerncia;

- fabricao econmica de pequenos e mdios lotes;

- permite rpidas mudanas no projeto; - uniformidade da produo;

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- reduo de custos com quantidade de funcionrios;

- minimizao de tempo de fabricao, refugo e retrabalho.

Porm, Costa (2004) tambm cita algumas desvantagens das mquinas CNC: - necessidade de capital inicial alto;

- manuteno mais complexa e s vezes mais demorada;

- qualificao de pessoal e funcionrios mais especializados.

Para aquisio de um sistema completo, do projeto pea fabricada em mquina CNC, necessrio possuir e integrar alguns sistemas (hardware e software), de forma a flexibilizar o projeto e a produo: - sistema de programao CNC CAD/CAM;

- sistema de simulao;

- manufatura digital;

- ps processador;

- sistema DNC gerenciar e transferir programas (rede) para a mquina (MUNDO CNC, 2007). Outro aspecto que deve ser levado em considerao o layout da fbrica. Como a

preparao do layout um trabalho importante deve ser bem planejado e implantado. Para a elaborao do layout so necessrias algumas informaes como: especificaes e

caractersticas do produto, quantidade a ser produzida, matrias-primas, seqncia das

operaes, espao para os equipamentos, informaes sobre recebimento e estocagem

(GAITER & FRAZIER, 2001). Alm disto, os operadores das mquinas CNC devem estar preparadas e treinados adequadamente, focados no ramo da empresa.

O foco estratgico das empresas est em perseguir nveis maiores de lucratividade,

compreender e atender as exigncias e necessidades dos seus clientes. Cabe as empresas

distinguirem o que apenas as qualificam junto a seus clientes daquilo que efetivamente cria vantagens competitivas, ou seja, quais so os fatores que realmente so ganhadores de pedidos (SLACK, 2002 apud CARVALHO, 2006). Analisando sob este aspecto, a automao dos processos deve ser realmente investida se o foco da empresa estiver naquele determinado

processo.

Tachizawa & Scaico (1997) apresentam um modelo de organizao flexvel como uma alternativa vivel das empresas se manterem competitivas no mercado. uma forma organizacional de identificao e separao dos processos produtivos, verificando quais so

realmente estratgicos para a empresa e quais so processos de apoio. A organizao flexvel

11

deve ser focada nos processos que so estratgicos, terceirizando os processos de apoio e

buscando estabelecer uma estrutura interna enxuta e gil. A misso, a viso, a finalidade

bsica e os elementos estratgicos da empresa devem ser levados em conta para ajudar na identificao dos processos-chave.

Devido a muitos aspectos analisados pelas empresas no momento de deciso pela

automao, muitas acabam terceirizando seus processos. Desta maneira, surgem novas

oportunidades de negcios para empresas que se especializam em terceirizar servios a outras,

como usinagem de peas, dobra de tubos e corte e solda de peas. Muitas empresas descobriram uma alternativa possvel para a sobrevivncia neste

concorrido mercado: a concentrao de esforos na misso da empresa, ou seja, nas suas principais competncias (atividades fins), deixando a cargo de empresas terceirizadas as atividades acessrias (atividades de meio). Isto levou ao enxugamento do quadro de funcionrios, reduo de custos e melhores resultados

para manter-se no mercado (POLL et al, 2006, p. 76). Segundo Arajo (2001) as atividades de meio podem ser direcionadas a outras

empresas sem comprometer sua eficincia, sendo que, em muitos casos, at melhorar o

desempenho no que tange a qualidade e competitividade. Ainda complementa, dizendo que a

terceirizao buscar, em empresas externas, a soluo para problemas de gesto

organizacional da prpria empresa.

Para Mendes (1995), h uma tendncia na indstria atual rumo produo cada vez mais flexvel. As modalidades de organizao e o desenvolvimento industrial advindo dos

processos de automao vm alterando os processos organizacionais. Automao flexvel,

flexibilidade das funes e trabalho flexvel marcam o processo produtivo. O panorama

brasileiro das empresas se apresenta muito heterogneo, visto que, setores flexibilizados

convivem, lado a lado, com setores taylorizados1 e/ou fordistas2. Contudo, diante da

1 Taylorizados - Taylorismo ou Administrao cientfica o modelo de administrao desenvolvido pelo

engenheiro estadunidense Frederick Winslow Taylor (1856-1915), que considerado o pai da administrao cientfica. Taylor pretendia definir princpios cientficos para a administrao das empresas. Tinha por objetivo resolver os problemas que resultam das relaes entre os operrios, como conseqncia modificam-se as relaes humanas dentro da empresa, o bom operrio no discute as ordens, nem as instrues, faz o que lhe mandam fazer. A gerncia planeja e o operrio apenas executa as ordens e tarefas que lhe so determinadas. (WIKIPDIA, 2008)

2 Fordistas - Idealizado pelo empresrio estadunidense Henry Ford (1863-1947), fundador da Ford Motor

Company, o Fordismo um modelo de Produo em massa que revolucionou a indstria automobilstica na primeira metade do sculo XX. Uma das principais caractersticas do Fordismo foi o aperfeioamento da linha de montagem. Ficou famosa a frase de Ford, que dizia que poderiam ser produzidos automveis de qualquer cor, desde que fossem pretos. O motivo disto era que com a cor preta, a tinta secava mais rpido e os carros poderiam ser montados mais rapidamente. (WIKIPDIA, 2008)

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concorrncia do mercado, passam a serem os objetivos das empresas a qualidade dos produtos e a flexibilizao da produo. Porm, necessrio considerar que, para se obter a

flexibilizao funcional nas organizaes, um novo perfil de qualificao de mo-de-obra

deve emergir.

Para Neves (2005) a utilizao de mquinas CNC tem uma papel importante na flexibilizao da produo, j que, quando um programa testado e aprovado, podem ser produzidos dois, dez ou mil produtos idnticos, tendo grande preciso e repetibilidade. Pela

flexibilidade das mquinas ferramenta CNC, ele tambm pode ser substitudo facilmente por

um prximo tipo de pea a ser produzida, havendo trocas rpidas na preparao da mquina

(set up), sendo estas mquinas muito fceis de preparar e produzir um certo produto, sendo que os programas podem ser carregados facilmente.

Um sistema flexvel de fabricao um conjunto de equipamentos composto basicamente por diferentes tipos de mquinas-ferramenta de controle numrico e de robs

(destinados a carga, descarga e movimentao dos materiais em cursos de produo entre equipamentos que fazem a usinagem). Normalmente, os sistemas de automao flexvel so usados na produo de pequena escala (como de bens de capital) e, no limite, podem prescindir quase completamente da atividade humana para seu funcionamento regular. Neste

caso, trata-se de uma automao quase total da fabricao em pequena escala (TAUILE, 2001 apud GOELLNER, 2005). Segundo Goellner (2005), o resultado do desenvolvimento da automao flexvel uma nova e crescente importncia da noo de economia de escopo: facilidade de

reprogramao, fazendo com que o mesmo conjunto ou equipamento possam ser utilizados na produo de diferentes produtos ou similares (com especificaes diferentes). Desta forma, isto implica em uma economia de investimentos necessrios fabricao de bens com

especificaes tcnicas razoavelmente similares, mas que no tm individualmente uma

demanda, consequentemente, um volume grande e estvel de produo prevista para que

justifique a adoo de uma automao rgida. Conforme Rocha & Sales (2001) a utilizao da microeletrnica criou novas

oportunidades para os processos de automao, porm, com conseqncias significativas para

o trabalho humano. Desta forma, exige-se que os trabalhadores realizem tarefas variadas e

multi-qualificadas estimulando o desenvolvimento do conhecimento e do domnio sobre o

conjunto do processo produtivo.

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Rocha & Sales (2001) dizem que o novo paradigma tecno-econmico que definido pelo conjunto de regras de melhor prtica que caracterizado: pela microeletrnica Tecnologia da Informao (TI), pelas tecnologias de automao flexvel relacionadas com as tcnicas de produo e por novas tcnicas de gesto e organizao como just-in-time, controle da qualidade total, zero defeito, terceirizao, etc. Perez (1992 apud ROCHA & SALES, 2001) definem que a microeletrnica composta pelos seguintes elementos: empresas de computao, empresas de programao e os servios de dados e informaes; a eletrnica

industrial, a mecatrnica, a instrumentalizao, os robs, o desenho computadorizado, a

manufatura computadorizada e outros novos campos do setor de bens de capital;

transformao da tecnologia do setor de telecomunicao com os seus fornecedores de

equipamentos de comunicao, satlites, fibras ticas, etc.

Com a automao flexvel, segundo Rocha & Sales (2001), a adaptabilidade em termos quantitativos das empresas dos pases em desenvolvimento podem conseguir

produtividade elevada sem ter que direcionar a produo para um grande mercado. com base nesse novo paradigma que as empresas brasileiras devem buscar se reestruturar de forma

que se tornem mais produtivas, com maior qualidade dos seus produtos (e servios), competitivas e flexveis.

2.3 Mquinas CNC

Conforme Neves (2005), quase no existem produtos que no estejam de alguma forma relacionados tecnologia das mquinas CNC. Elas podem ser encontradas em vrios

ambientes: desde pequenas oficinas de usinagem a grandes companhias de manufatura. So de

grande utilidade, principalmente por sua automao, podendo serem utilizadas sem nenhum

acompanhamento humano durante um ciclo de operao completo, liberando o operador para

outras tarefas. Outros benefcios incluem fadiga do operador reduzida sendo menos suscetvel

ao erro humano, operao precisa e tempo previsvel para cada produto. Nos processos de

fabricao automatizados, as mquinas CNC tm sido amplamente empregadas, tanto para

produo de peas complexas como para produo de pequenos lotes, sendo utilizadas em

centros de Manufatura Integrada por Computador (CIM), onde a preciso, repetibilidade, flexibilidade e qualidade so os objetivos principais. Vrias modificaes, dispositivos, circuitos eletrnicos e outros acessrios foram sendo incorporados e aperfeioados com o

aparecimento das mquinas CNC para torn-las cada vez mais independentes do homem.

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Alguns equipamentos utilizados em sistemas como CIM e FMS, surgiram para minimizar a

necessidade de uma forte automatizao e integrao entre os recursos disponveis nas

mquinas. Estes so caracterizados por uma grande autonomia em relao ao homem, por ser

essencial a utilizao de processos automticos de carga e descarga de peas e ferramentas.

Conforme Amic (1997 apud NEVES, 2005), equipamento CNC qualquer processo de fabricao no qual a operao executada automaticamente numa seqncia especificada

por um programa que contm informaes para os movimentos da ferramenta.

O Controle Numrico nasceu e mais utilizado em mquinas de usinagem, porm vem

sendo ampliado de tal forma que, praticamente todas as reas fabris, tenham sido atingidas por

esta tecnologia. Empresas, principalmente as de transformao de metais, que pensam no

futuro no podem deixar de planejar suas atividades sem considerar a tecnologia CNC. Esta questo pode significar a diferena entre a continuidade e a extino de uma empresa. Como a

implantao de qualquer tecnologia exige conhecimento, importante que os investimentos

sejam feitos consultando-se quem j convive com estes meios h tempos.

2.3.1 Histrico

A mquina idealizada por Joseph Jacquard (1801) pode ser considerada uma precursora das mquinas CNC modernas, pois utilizava cartes perfurados como comando

para produzir os padres de tecidos. Porm, provavelmente a primeira aplicao de CN foi

elaborada por John C. Parsons e sua equipe, da empresa Parsons Corporation Travese City,

fabricantes de rotores de helicpteros, em Michigan. Eles no conseguiam produzir gabaritos

para os rotores na velocidade exigida e foi ento que Parsons conectou um computador (da poca) a uma mquina operatriz. Parsons utilizou cartes perfurados para codificar as informaes e chamaram esse sistema de Digitron (FIGUEIRA, 2002/2003 apud GOELLNER, 2006).

Em 1949 a Fora Area Americana contratou a empresa Parsons para estudar uma

aplicao dos sistemas de CN e promover uma acelerao na produo de componentes dos

avies e msseis, que estavam cada vez mais complexos. A empresa subcontratou o

laboratrio de Servomecanismos do Massachussetts Institute of Technology (MIT), que acabou criando o termo Numerical Control, resultado da experincia de adaptao de uma

fresadora de trs eixos. Este prottipo foi equipado com um complexo sistema eletro-

mecnico, que controlava a movimentao das ferramentas e peas utilizando basicamente um

grande nmero de rels conectados por cabos (KANITAR, 2005 apud GOELLNER, 2006).

15

Poucos anos aps a criao do computador, na dcada de 50, j se construram mquinas de CN. Mas foi na dcada de 70 que houve implantao comercial para os sistemas

CN. Em contrapartida a toda essa nova tecnologia que estava iniciando, um problema estava a

ser enfrentado: o alto custo dos equipamentos e a baixa flexibilidade. Certamente esses

problemas iniciais no processo de fabricao de mquinas CNC j foram consideravelmente reduzidos, porm, a questo do custo dos equipamentos ainda uma barreira, especialmente

para empresas de pequeno e mdio porte.

2.3.2 Composio das mquinas CNC

As mquinas que possuem CNC so constitudas basicamente das seguintes partes,

cujos componentes funcionam sincronizados (MUNDO CNC, 2008). - parte mecnica, ou seja, a mquina convencional em si (figura 2.5);

Figura 2.5 Parte mecnica. Fonte: MUNDO CNC, 2008.

- o comando ou controle numrico (figura 2.6);

Figura 2.6 Display de uma mquina CNC. Fonte: MUNDO CNC, 2008.

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- o Controlador Lgico Programvel (CLP) (figura 2.7);

Figura 2.7 Controlador Lgico Programvel. Fonte: MUNDO CNC, 2008.

- motores de acionamento, especialmente os servomotores e motores de passo (figura 2.8);

Figura 2.8 Servomotor. Fonte: FESTO, 2008.

O comando (ou controle) numrico o equipamento que interpreta o programa CNC e traduz em comandos que so enviados ao CLP e s chaves ou vlvulas eletromecnicas

acionadas por pulsos eletrnicos (Microwitches) para que os eixos sejam acionados. O comando CNC ainda gerencia a interface da mquina com o operador (display, botes, acionadores, etc.).

Os CLPs auxiliam os controles nos clculos matemticos. um dispositivo de computador que controla, alm de mquinas CNC, diferentes tipos de equipamentos na

produo industrial tais como sistemas de transporte, linhas de mquinas de processamento de

alimentos.

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2.3.3 Movimento nas mquinas convencionais e mquinas CNC

Numa mquina convencional manual, um operador movimenta o atuador girando uma

manivela (manpulo), como se pode verificar na figura 2.9. O acionamento alcanado como funo do nmero de voltas a serem dadas na manivela com anel graduado, e a preciso

depende da percia do operador.

Figura 2.9 Movimento de um atuador em mquinas manuais. Fonte: Adaptado COSTA, 2007.

Nas calandras de tubos, chapas e perfis o movimento das matrizes ou roldanas

atravs de um manpulo e um fuso principal (figura 2.10). No caso da calandra da figura 2.11, h o recurso de movimento das duas matrizes inferiores, feito atravs dos manpulos

superiores.

Movimento de deslocamento

Manpulo

Anel graduado

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Figura 2.10 Ajuste de calandra manual. Fonte: TELECURSO 2000, 2008.

Figura 2.11 Movimento de uma calandra convencional. Fonte: YOUTUBE, 2008.

A funo bsica de acionadores em mquinas CNC, o controle de movimentos

precisos de seus eixos automaticamente onde os movimentos mais comuns so lineares

(dirigido ao longo de um caminho reto) e rotativos (dirigido ao longo de um caminho circular). As mquinas CNC tm seus eixos movimentados sob controle de motores e guiados por um programa, diferenciando-se assim das mquinas convencionais que movimentam-se

por controles manuais, como por exemplo manivelas. Em todas as mquinas CNC a

quantidade de movimentos e a taxa de avano (feedrate) so programveis para o tipo de movimento (linear, rpido ou circular) do eixo. A figura 2.12 mostra o controle de movimento de eixo linear de uma mquina CNC.

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Figura 2.12 Controle de movimento linear. Fonte: Adaptado COSTA, 2007.

Para se garantir uma grande preciso no posicionamento das mquinas em todos os

pontos de deslocamento, segundo Neves (2005), montado um fuso que movimenta a parte mvel usando uma porca especial com esferas recirculantes em canais retificados (figura 2.13). Os fusos de esferas so elementos que possuem uma movimentao mais suave e precisa que cremalheiras-pinho.

Figura 2.13 Fuso com esferas recirculantes. Fonte: Neves, J. A. p.55, 2005.

2.3.4 Motores de acionamento

De acordo com Amic (1997 apud NEVES, 2005), os motores de acionamento controlam o movimento de deslocamento dos carros das mquinas CNC. Utilizando-se

Motor de acionamento

Movimento de deslocamento

Sinal de acionamento para o motor Matriz de

atuao

Sinal de Feedback

20

basicamente quatro tipos de motores: motores de passo, servo motores de corrente contnua,

servo motores de corrente alternada e servo motores hidrulicos.

Os motores de passo convertem pulsos digitais, num pequeno ngulo de rotao,

gerado pela unidade de controle multiponto (MCU), controlando sua rotao pelo nmero de pulsos que o MCU emite ao motor. So dispositivos (drivers, CD-ROM, etc.) especiais que controlam os ngulos de giro de seus rotores, girando em etapas discretas e podem ser

observados na figura 2.14. O motor de passo, comparado com outros motores, apresenta maior

estabilidade podendo obter uma rotao especfica de um certo grau, calculando-se o nmero

de rotao de pulsos, o que possibilita uma boa preciso no movimento. O motor de passo

converge energia eltrica em movimento controlado atravs de pulsos, ocasionando o

deslocamento por passo, onde passo o menor deslocamento angular conforme figura 2.15.

Convergem pulsos digitais de entrada em movimentos angulares do seu eixo, e ainda, no

usam escovas ou comutadores.

Figura 2.14 Motor de passo e suas partes. Fonte: SCIENCE DIRECT, 2007.

Figura 2.15 Pulsos digitais de entrada do motor de passo. Fonte: GEOCITIES, 2007.

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Figura 2.16 Esquema de funcionamento do motor de passo. Fonte: Neves, J. A. p.48, 2005.

O rotor de um motor de passo simplesmente um im permanente que atrado

sequencialmente, pelos plos de diversos eletroms estacionrios, como visto na figura 2.16.

Para que os plos magnticos do rotor se movam de um eletrom para outro devidamente

habilitado, os eletroms so ligados e desligados seguindo impulsos cuidadosamente

controlados.

Os motores de passo apresentam grande versatilidade, uma gama de rotao muito

ampla que pode variar de zero at sete mil rotaes por minuto, permite a inverso de rotao

durante o seu funcionamento, alguns motores possuem preciso de 97%, tima frenagem do

rotor e podem mover-se passo a passo.

Geralmente os motores de passo so operados sem realimentao e s vezes

assemelham-se ao desempenho de Servo Sistemas DC, mais caros. A nica inexatido

associada com um motor de passo um posicionamento de erro medido em porcentagem de

ngulo de passo. A preciso de um motor de passo principalmente determinada pelo nmero

de passos por rotao (quanto maior for a quantidade de passos, maior ser a preciso). Para uma preciso mais alta, alguns controladores de motor de passo dividem passos completos em

meio-passos ou micro passos (GEOCITIES, 2007). Os servo motores so usados para movimentar fusos e mecanismos de engrenagens e

fornecem torques maiores que os motores de passo, devido tenso aplicada nos motores. Os

servo motores de Corrente Alternada (CA), fornecem mais fora que um motor de um servo de Corrente Contnua (CC), controlando a velocidade pela variao de freqncia da tenso. So teis tambm para movimentar fusos e mecanismos de engrenagens. J os motores

hidrulicos produzem mais fora do que os servo motores eltricos e tambm possuem

velocidade varivel.

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2.3.5 Sistemas de controle

Segundo Amic (1997 apud NEVES, 2005), existem dois tipos de sistemas de controle em mquinas CNC: controle de malha aberta e controle de malha fechada. O sistema de

controle de malha aberta, como esquematizado na figura 2.17, no fornece unidade de

controle nenhuma informao de retorno (chamada de feedback) da real posio dos componentes da mquina.

Este sistema de controle somente conta pulsos que so emitidos pelo controle e

recebidos por um motor de passo, controlando sua rotao, no podendo identificar

discrepncias de posicionamento, impossibilitando a compensao de eventuais erros de

localizao da ferramenta. Sua utilizao recomendada para aplicaes em que no h

nenhuma mudana de condies de carga, como furadeiras CNC. Seu baixo custo uma

vantagem, pois no requer equipamentos especiais para informaes de feedback.

Figura 2.17 Sistema de controle de malha aberta. Fonte: Neves, 2005.

No sistema de controle de malha fechada (figura 2.18), pulsos eletrnicos de movimento so emitidos do controle ao motor, permitindo que este gire a cada pulso. Um

dispositivo de feedback chamado transdutor, detecta e conta os movimentos, emitindo um sinal de volta ao controle, comparando a posio atual do fuso da mquina com a posio

programada. O controle comea a emitir pulsos para o movimento seguinte quando os pulsos

emitidos e recebidos coincidirem. Por ser muito preciso, esse sistema tem uma compensao

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automtica de erro, corrigindo-o atravs do transdutor. Sistemas de malha fechada so

utilizados em controladores de motores de corrente contnua, alternada e servo motores

hidrulicos.

Figura 2.18 Sistema de controle de malha fechada. Fonte: Neves, 2005.

2.3.6 Introduo Programao CNC

Segundo Neves (2005), o programa CNC uma forma que o homem inventou para comunicar-se com a mquina atravs de cdigos. a transformao de um desenho em nmeros e letras que, ordenadas adequadamente com o processo, iro compor o programa para

a fabricao da pea que se deseja na mquina CNC. O procedimento inclui o planejamento de como ser a fabricao da pea, ou seja, qual ser a seqncia das operaes. Para determinar essa seqncia, algumas empresas utilizam uma folha de processo para registrar e

auxiliar neste processo, onde se especificam as ferramentas a serem utilizadas, rotaes,

avanos, entre outras informaes. Com a introduo de alguns conceitos como Tecnologia de

Grupo, Clulas de Manufatura e Planejamento e Processo Assistidos por Computador (CAPP), em algumas empresas, as folhas de processo j so geradas no projeto do produto, em funo da sua geometria, das mquinas necessrias e as ferramentas a serem utilizadas na

fabricao.

Abu Qudeiri et al. (2007) comentam que, para executar qualquer operao em uma mquina ferramenta CNC, um programa CNC necessrio. O programa CNC uma srie de

instrues codificadas que so requeridas para a fabricao de uma parte da pea. Controla-se

a movimentao da ferramenta, o liga/desliga de funes auxiliares como rotao e

quantidade de lquido refrigerante/lubrificante. As instrues codificadas so compostas de

letras, nmeros e smbolos que so arranjadas em forma de blocos e memorizadas pelo

24

comando. Segundo Rebeyka & Santos (2007), a programao CNC para a fabricao de peas simples pode ser elaborada diretamente na linguagem de mquina, utilizando a linguagem G

adotada pela International Standard Organization (ISO) . Os fabricantes de mquinas CNC desenvolvem ciclos de usinagem para simplificar o trabalho de programao em peas com

perfis comuns na indstria mecnica, como ciclos de furao, ciclos de desbaste,

rosqueamento. Mas para a programao de peas com geometria complexas, o trabalho

maior, em funo dos clculos necessrios para definir as trajetrias de ferramentas que iro usinar a pea. Para isto recomendvel a utilizao de programas que facilitem essa tarefa.

Para realizar o trabalho graficamente so usados os programas de CAM. A pea desenhada

no CAD e com os programas de CAM possvel abrir o modelo grfico. Atualmente os

programas CAD/CAM so um misto de programas para desenho e manufatura que executam

as duas funes.

Segundo Santos (2007), para a execuo manual de um programa CNC normalmente so utilizados os comandos dos fabricantes, tais como MACH, FANUC, MITSUBISHI,

SIEMENS e MCS. A entrada de dados em um programa CNC pode ser alimentada utilizando

algumas formas: disquete, carto de memria, diretamente no teclado da mquina, memria

flash, comando numrico distribudo, CAM, internet. Ainda para Santos (2007), a comunicao nas mquinas ferramentas CNC ocorre conforme a figura 2.19.

Figura 2.19 Caminho dos dados percorridos numa mquina ferramenta CNC. Fonte: Santos, 2007.

25

Segundo Domingues (2005 apud NEVES, 2005) todas as mquinas ferramenta CNC, na elaborao de qualquer perfil geomtrico, so comandadas por um sistema de coordenadas

cartesianas. Esse sistema composto de duas retas que se cruzam em ponto qualquer do

espao, onde o cruzamento delas indica o incio, ou seja, a origem. atravs dessa origem do sistema de coordenadas que o programador se orienta e elabora o programa conforme a

geometria do desenho da pea. Alm das coordenadas geomtricas, o programador

necessitar de outras informaes complementares para usinagem, a saber: rotao,

velocidade de avano e corte, dados de ferramentas, etc.

A linguagem de programao feita atravs de linhas de comandos. Um programa

CNC escrito em linguagem prpria dos fabricantes de comando ou de forma padronizada,

como mostra o quadro 2.1.

Letra Significado

O Nmero do programa

N Nmero da linha do programa

G Comandos de deslocamento e clculo

M Funes auxiliares

F Velocidade de avano

T Chamada de ferramenta

S Rotao do fuso

X / Z Coordenadas em valores absolutos

U / W Coordenadas em valores incrementais

I / J/ K Parmetros para interpolao de centro de crculo Quadro 2.1 Comandos da linguagem de programao. Fonte: Norma ISO 1056.

As linhas de comandos com as palavras de programao podem ser instrues ou

condies complementares, dependendo da letra utilizada. A letra mais comum de endereo

de instrues a letra G, chamada de funo preparatria. Atravs das instrues G (G00 a G99) so dados os comandos principalmente de deslocamento de ferramenta, motivo pelo qual so conhecidas como condies de trajetria. O Anexo A apresenta o quadro dessas funes, segundo norma ISO 1056.

26

2.4 Princpios de conformao por dobramento

Os princpios de conformao para dobramento de tubos, chapas e perfis so os

mesmos, sendo os mtodos bsicos mais comuns:

- dobramento por trao (draw bending); - dobramento por compresso (compression bending); - dobramento por estiramento (stretch bending); - calandragem (roll bending). De acordo com Gonzlez (2000), no processo de dobramento por trao uma das extremidades da barra presa a uma matriz, de formato circunferencial e raio especificado,

que possui movimento em torno do seu eixo. A outra extremidade da barra presa a uma

matriz de carga, que pode ser fixa ou mvel, onde o movimento da matriz de formato

circunferencial dada a forma desejada. O processo de dobramento por compresso feito prendendo-se a barra a uma matriz

fixa que possui um determinado raio. Uma sapata mvel envolve a barra e nela aplicada a

fora contra a matriz que dar a forma final. Este mtodo no controla o fluxo de material to

bem quanto o dobramento por trao, mas largamente usado em prensas de dobramento e

em mquinas de dobramento por rotao.

No dobramento por estiramento as extremidades da barra so presas e estiradas em

torno de uma matriz fixa com a forma desejada. Neste processo ocorre uma menor recuperao elstica e resulta em economia de tempo porque pode ser feito em apenas uma

operao. As ferramentas e matrizes utilizadas so simples e baratas em termos de projetos. Na calandragem so utilizados um arranjo de trs ou mais cilindros. Todos os cilindros ou matrizes possuem movimento giratrio. Numa calandra com trs cilindros, o superior (e central) deles direcionado de maneira perpendicular ao tubo e os eixos dos inferiores so fixados em um plano horizontal. J numa calandra com quatro cilindros, a barra posicionada

entre dois cilindros em movimento esquerda e o cilindro inferior da outra extremidade

ajustado nas duas direes, de acordo com a espessura da barra e o ngulo de dobramento projetado. Usualmente o raio de dobramento deve ser pelo menos seis vezes o dimetro da barra ou espessura de seo na direo do dobramento.

As figuras 2.20 a 2.23 mostram os componentes e mecanismos essenciais destes tipos

de conformao (GONZLEZ, 2000).

27

Figura 2.20 Dobramento por trao. Fonte: Gonzlez, P. C. S., p.2, 2000.

Figura 2.21 Dobramento por compresso. Fonte: Gonzlez, P. C. S., p.3, 2000.

Figura 2.22 Dobramento por estiramento. Fonte: Gonzlez, P. C. S., p.4, 2000.

28

Figura 2.23 Calandragem com trs cilindros. Fonte: Gonzlez, P. C. S., p.5, 2000.

Existem vrios tipos diferentes de calandras de tubos e perfis oferecidas por empresas

fabricantes de mquinas. O sistema de conformao normalmente feito atravs da disposio

piramidal de trs eixos com matrizes fixadas nas suas extremidades. Essas matrizes possuem

o formato (bitola ou perfil) do tubo a ser calandrada. A figura 2.24 mostra a conformao de chapas, sistema semelhante ao processo de

calandragem de tubos. A figura 2.24.a o tipo piramidal, onde os eixos esto dispostos

piramidalmente, sendo os dois eixos inferiores de trao e o eixo superior com altura ajustvel conforme raio que se deseja curvar. J a figura 2.24.b mostra o par de eixos tracionadores alinhados de forma que a pea a ser calandrada passa por ele sendo conformada pelo eixo que

fica posicionado a sua frente tendo sua altura ajustvel conforme o raio desejado (CAMPBELL, 1961). As calandras ainda podem ter quatro ou mais eixos dispostos de diferentes maneiras.

(a) (b) Figura 2.24 Sistema de conformao de calandras: (a) tipo piramidal e (b) par de eixos tracionadores Fonte: Adaptado Campbell, J. S., p.363, 1961.

As calandras podem ter seus sistemas de acionamento manuais, eltricos, hidrulicos

ou automtico programveis. Elas ainda podem ser horizontais, onde o plano de trabalho

29

paralelo ao cho, ou verticais, sendo perpendiculares ao piso. Os modelos ofertados so

variados e geralmente atendem as necessidades de utilizao.

As calandras CNC, normalmente, possuem acionamento hidrulico ou eltrico. As

calandras automticas so programveis, sendo o movimento do(s) cilindro(s) de acionamento so controlveis de acordo com a programao realizada. As figuras 2.25 a 2.28 mostram

algumas calandras de tubos de mercado, elas possuem caractersticas distintas.

Figura 2.25 Calandra vertical de tubos motorizada. Fonte: ZAPROMAQ, 2008.

30

Figura 2.26 Calandra de tubos e perfis hidrulica horizontal. Fonte: AGAMAQ, 2008.

Figura 2.27 Calandra de tubos e perfis hidrulica vertical. Fonte: AGAMAQ, 2008.

31

Figura 2.28 Calandra de tubos e perfis motorizada e vertical. Fonte: SHUZ TUNG, 2008.

2.5 Anlise do processo de conformao mecnica de dobramento

O estudo e trabalho de Beer & Johnston Jr. (1995) mostra o comportamento dos materiais, considerando a deformao plstica de uma barra em flexo. Para o caso de uma

barra feita de material elastoplstico, o diagrama tenso-deformao ideal mostrado na

figura 2.29.

Figura 2.29 Diagrama tenso-deformao especfica de materiais elastoplsticos. Fonte: Beer & Johnston Jr., p.

373, 1995.

32

Enquanto a tenso normal x no ultrapassar o valor da tenso de escoamento, a lei de

Hooke pode ser aplicada sendo a distribuio de tenses linear ao longo da seo. A tenso

normal para flexo determinada por (figura 2.30-a):

IcM

m

.

= (2.1)

Aumentando-se o valor do momento fletor de forma a m atingir a tenso de

escoamento e (figura 2.30-b), tem-se o mximo momento elstico, ou seja, o maior valor de momento para o qual as deformaes se mantm totalmente elsticas:

eec

IM .= (2.2)

Para uma barra com seo transversal retangular de largura b e altura 2c, tem-se:

eee cbc

cbM ...32

.

.12).2.( 23

== (2.3)

Aumentando ainda mais o valor do momento fletor, aparecem zonas plastificadas na

barra, que apresentam tenses uniformes e iguais a - e na parte superior e + e na parte

inferior da barra (figura 2.30-c). Entre as duas regies plsticas, permanece um ncleo de material em estado ainda elstico, onde a tenso varia linearmente com a distncia y linha

neutra (centro). Desta forma, pode-se dizer que:

yye

ex .

= (2.4)

Se o momento aumentar mais, a regio plastificada se expande, at que, no limite, as

deformaes so totalmente plastificadas (figura 2.30-d). Pode-se afirmar tambm que, o momento fletor correspondente a uma seo totalmente plstica chamado de momento

plstico da barra estudada:

33

ep MM 23

= (2.5)

Das cinco ltimas equaes tem-se,

=m tenso normal mxima

=e tenso de escoamento

=x tenso em determinada regio da barra (y) =M momento fletor

=eM momento fletor mximo, antes do escoamento

=pM momento plstico

=c metade da altura da seo transversal da barra retangular

=I momento de inrcia

=y distncia de uma determinada regio da barra linha neutra

=ey metade da espessura do ncleo elstico

=b largura da barra retangular

34

Figura 2.30 Diagramas de tenso em materiais elastoplsticos: (a) MMe; (d) M=Mp. Fonte: Beer & JohnstonJr, p.375, 1995.

2.5.1 Dobramento contnuo por rolos - chapas

Na indstria mecnica de fabricao de componentes de peas pesadas, o processo de

dobramento contnuo por rolos de chapas metlicas tem grande importncia. Desde o

surgimento das mquinas para a conformao de chapas por dobramento contnuo de rolos,

35

atravs de mquinas chamadas de calandras mecnicas, j se pensava em escala industrial (ILKIU, 2003). Essas mquinas so fabricadas com trs ou quatro rolos, sendo que os mesmos so

dispostos na horizontal, facilitando o processo de dobramento em chapas metlicas. Para

operaes especiais existem mquinas com rolos dispostos na vertical, casos de dobramento

contnuo de barras de grandes dimenses para fabricao de anis, o dobramento contnuo de

perfis laminados, na formao de arcos, utilizados na construo civil e mecnica e grandes

cremalheiras de fornos rotativos (ILKIU, 2003). O processo de dobramento contnuo geralmente executado a frio. J o processo a

quente, parmetros como tolerncias dimensionais e controle do processo so difceis de

serem controlados. Apesar disto, as peas devem ser conformadas a quente, principalmente

quando h limitaes do equipamento, sendo necessrio um estudo detalhado da temperatura

do processo relacionada com o material a ser conformado. Desta maneira evita-se na

operao, uma m formao da pea, que poder afetar as propriedades finais do material.

No processo de conformao de dobra, algumas foras so aplicadas no material. Alm

disto, conforme ser mencionado no prximo item deste captulo, acontece a recuperao

elstica. Esta recuperao deve ser prevista quando se deseja uma certa preciso dimensional. O trabalho de Aguiar et al. (2002) analisa a recuperao elstica e as tenses residuais no processo de dobra de chapas conformadas em calandras de trs cilindros, semelhantes s

calandras de tubos e perfis. O trabalho dos autores apresenta uma soluo analtica

desenvolvida para o clculo aproximado do momento de dobra. Eles definem o modelo, sendo

que os planos normais podem ser considerados como permanecendo planos durante a dobra e

convergindo at o centro de curvatura em uma dobra contnua de chapas finas (figura 2.31).

Figura 2.31 Distribuio de tenses e deformaes em uma seo tpica de elemento de chapa. Fonte: Aguiar et

al., p. 86, 2002.

Quando as direes normais, radiais e tangenciais coincidem respectivamente com as direes principais de tenso e deformao, possvel lidar com apenas trs variveis em cada

36

caso. Os esforos internos para dobras em cilindros incluem componente de trao e

cisalhamento, mas comparando com o momento de dobra os efeitos so mnimos.

Considerando que as curvaturas so conhecidas, o problema significa a determinao dos

valores do momento de flexo, nos diferentes estgios de dobra.

Ainda segundo Aguiar et al. (2002), cada seo da chapa est submetida a diferentes condies de deformao, em um dado momento. Isto mostrado na figura 2.32 para o caso

especfico do processo de dobra de trs cilindros. Observa-se que as tenses so pequenas

dentro da faixa elstica, acompanhando uma seo especfica, enquanto vai-se do ponto A at

o ponto E. Variando a partir de zero no ponto A, at o momento mximo de dobra elstica my,

no ponto E, a dobra predomina com valores do momento de dobra. O momento de dobra

decresce gradualmente at zero no ponto C, aps passagem pela posio de mxima flexo, no

ponto B. Neste momento, atravs da deformao da placa dobrada, as tenses tentam se

aliviar por si mesmas. Com isto a chapa sofre um retorno elstico (recuperao elstica) ficando com tenses residuais.

Figura 2.32 Dispositivo de dobra de chapas sobre trs cilindros. Fonte: Aguiar et al., p. 92, 2002.

No estudo de Ilkiu (2003), a geometria do processo de dobramento contnuo por rolos de chapas metlicas grossas est definida na figura 2.33. Verifica-se que o raio de dobramento

no incio do processo tende a um valor infinito (R ). Sendo assim, antes do incio do processo a chapa considerada plana. Em funo da recuperao elstica do material, o raio

37

de dobramento efetivo ( R ) tende para o valor final ( fR ) e a distncia ( ic ) do eixo neutro ao contorno elastoplstico, tende para a distncia ( c ) que passa a ser constante at o final do processo, condies bsicas consideradas para a anlise do processo de dobramento contnuo

para chapas metlicas grossas. J a recuperao elstica do processo de dobramento contnuo

obtida atravs das teorias elsticas, considerando-se os deslocamentos verticais no extremo

de uma viga engastada sujeita a cargas transversais, resultando na equao:

RMIEIER

Riy

yf

..

..

= (2.6)

sendo, =R raio de dobramento nominal;

=fR raio final de dobramento aps a recuperao elstica;

=E mdulo de elasticidade do material;

=yI momento de inrcia da seo transversal da chapa e

=iM momento total que atua na seo transversal.

Figura 2.33 Geometria do processo de dobramento contnuo por rolos de chapas. Fonte: Ilkiu, A. M., p. 2,

2003.

38

2.5.2 Dobramento contnuo por rolos - tubos

Segundo estudo de Russo Junior (1997), o processo de dobramento de tubos aplicado em indstrias aeronutica, eletrodomsticos, automotiva, componentes para sistemas como de

vcuo, hidrulicos, pneumticos, de distribuio de energia eltrica e de iluminao, alm das

aplicaes na fabricao de elementos estruturais para a construo civil. Tambm utilizada

no setor aeroespacial devido a certas caractersticas prprias da rea, sendo que a reduo de

peso e alta qualidade dos componentes so de grande importncia, pelo fato de exigir um alto

desempenho dos equipamentos envolvidos na fabricao.

Para se determinar o melhor mtodo de execuo de um curvamento de um tubo,

devem ser levados em considerao a geometria da pea (dimetro, espessura de parede e comprimento), o material do tubo, o raio de dobramento, preciso requerida e nmero de dobras projetadas. No mercado encontram-se equipamentos devidamente construdos para tais finalidades, mais sofisticados, dependendo do produto final. A utilizao de um suporte

interno (mandril) ao tubo no processo de dobramento de tubo torna-se muito importante, pois a espessura de suas paredes afeta as distribuies das tenses de trao e compresso (RUSSO JUNIOR, 1997). O critrio que diferencia um tubo de parede fina de um tubo de parede grossa seu

dimetro externo e sua espessura de parede. Os tubos so considerados de paredes finas

quando a relao entre seu dimetro e espessura for maior que 30 )302( >t

r (American Society

for Metals apud GONZLEZ, 2000). As tcnicas de dobramento para ambos tipos de paredes so semelhantes. Apesar disto, os tubos de paredes finas devem, muitas vezes, utilizar

mandris internos para evitar a flambagem especialmente em conformao categorizada como

dobradeiras de rotao e prensas hidrulicas. A necessidade ou no de utilizao de mandril

interno para dobramento de tubo analisada pela razo de dobramento, sendo a razo entre o

raio de dobramento, medido a partir da linha neutra, e o dimetro externo )2

(r

Rn. O Anexo B

mostra um nomograma de determinao do tipo de mandril a ser utilizado. A velocidade de

dobramento e a fora exercida devem ser menores quando ocorre o curvamento de um tubo de

parede fina (GONZLEZ, 2000). Durante o processo de dobramento manual ou automtico, os mtodos utilizados sero

os mesmos, sendo que, no mtodo manual, a repetibilidade se torna questionvel. Isto ocorre

porque algumas dobradeiras possuem dispositivos de atrito para evitar o deslizamento do tubo

39

na matriz durante o dobramento e tambm evitar rugas nas paredes do tubo. As ferramentas

utilizadas pelo mtodo de dobramento de barras se diferenciam do mtodo de dobramento de

tubos pelo fato de necessitarem de uma guia de encaixe bem preciso para a parede externa do

tubo, preservando a seo transversal circular durante o processo.

Conforme Russo Junior (1997), em tubos galvanizados ocorrem o dobramento dos mesmos em raios de dobra to pequenos quanto quatro vezes o dimetro externo do tubo. Se

for necessrio raio de dobramento menor, feito o dobramento e depois a galvanizao do

tubo, podendo perder o galvanizado, retirado atravs de lascas e esfarelamento.

Os tubos sem costura devero estar livres de escamas e ferrugens, alm de possurem

baixa variao de concentricidade, na espessura de parede e dureza, caso contrrio podero

apresentar, no momento do seu dobramento, rugas, efeito mola e achatamento. Para evitar

problemas em tubos comuns de qualquer dimetro e espessura, no seu dobramento eles no

devem possuir ferrugens tanto interna quanto externamente. Tubos que podem ser dobrados

em um ngulo maior so os de ao inoxidvel, para um determinado raio de dobramento,

quando comparados com tubos de ao de baixo carbono, como exemplo, os austenticos da

srie 300, dcteis e resistentes (RUSSO JUNIOR, 1997).

2.6 Recuperao elstica

Uma das dificuldades na conformao de materiais metlicos, em termos gerais, o

efeito de mola ou recuperao elstica. Dieter (1981, p. 581) diz que O efeito de mola a variao dimensional sofrida pela pea conformada depois que a ferramenta de conformao

liberada. Isto ocorre devido s variaes da deformao produzidas pela recuperao elstica.

A recuperao elstica dos materiais submetidos conformao uma dificuldade a ser

considerada. Conforme Dieter (1981), este efeito de mola ocorre em todos os processos de conformao, porm, no dobramento ele percebido mais facilmente e tambm mais

estudado.

De acordo com Ilkiu (2000), no processo de dobramento ocorre a recuperao elstica porque o material deformado na regio elastoplstica recupera parte da sua deformao

elstica induzido pelo dobramento. O restante da deformao elstica permanece armazenado

no material, e, como a regio elstica est entre duas regies plsticas, estas impedem a

recuperao das deformaes elsticas totais do material.

40

A recuperao elstica proporcional ao limite de escoamento, ao mdulo elstico e a

deformao plstica e ser tanto maior quanto:

- maior limite de escoamento;

- menor o mdulo elstico;

- maior a deformao plstica.

Assim, a definio do efeito de mola por Dieter (1981) pode ser descrita pela razo:

o

fK

= (2.7)

onde,

K = coeficiente de resistncia do material;

o = ngulo de curvatura antes da liberao da carga;

f = ngulo de curvatura aps liberao da carga.

Podemos utilizar a mesma frmula para a definio do efeito de mola em chapas:

2/2/

hRhRK

f

o

o

f+

+==

(2.8) onde,

oR = raio de curvatura antes da liberao da carga;

fR = raio de curvatura aps liberao da carga;

h = espessura da chapa.

As equaes 2.7 e 2.8 explicam o efeito de mola que as peas conformadas sofrem,

sendo o raio de curvatura antes da liberao da carga oR menor que o raio de curvatura aps a

liberao da carga fR (figura 2.34).

Figura 2.34 - Efeito de mola no dobramento, oR < fR . Fonte: Dieter, G.E., p. 582, 1981.

41

O trabalho de Sachs (apud DIETER, 1981) indica que o efeito de mola pode ser expresso pela equao:

1.

.

.3.

.

.43

+

=

hER

hER

RR oo

f

o

(2.9) onde,

oR = raio de curvatura antes da liberao da carga;

fR = raio de curvatura aps liberao da carga;

h = espessura da chapa;

E = mdulo de elasticidade;

= tenso normal.

Conforme a teoria de Johnson & Mellor (1978 apud ILKIU, 2000), a definio do efeito de recuperao elstica para chapas segue a equao:

( ) ( ) 322 1..

.

.41..

.

.31

+

=

hER

hER

RR ee

f (