projeto cilindro pneumático

8/19/2019 Projeto Cilindro Pneumático

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CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROJETO INTEGRADOR II

Profª Carmen Calcagno

PROJETO CILINDRO PNEUMÁTICO

RELATÓRIO FINAL

Claudionei Gonçalves

Felipe Augusto Reichert

Turma: 6E

Sapucaia do Sul, 14 de novembro de 2014.


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Sumário

Introdução ......................................................................................................... 3

Objetivo ............................................................................................................. 3

Cronograma ...................................................................................................... 4

Análise de Necessidades e Requisitos do Cliente ............................................. 5

Estrutura da Função .......................................................................................... 5

Princípio de Funcionamento .............................................................................. 6

Aplicação ........................................................................................................... 7

Seleção de Materiais ......................................................................................... 7

Famílias de Materiais ..................................................................................... 8

Materiais de Engenharia ............................................................................. 8

Seleção do material ..................................................................................... 10 CORPO .................................................................................................... 11

VEDAÇÃO ................................................................................................ 16

HASTE ..................................................................................................... 17

Modelamento e Dimensionamento .................................................................. 20

Processo de Fabricação .................................................................................. 28

Macro Fluxo de Produção do Cilindro .......................................................... 28

Fluxo de Processo de Torneamento ............................................................ 29

.................................................................................................................... 29

Fluxo de Processo de Retífica ..................................................................... 30

.................................................................................................................... 30

Ficha de Processo Corpo ............................................................................. 31

Ficha de Processo Haste ............................................................................. 32

.................................................................................................................... 32

Ficha de Processo Tampa ........................................................................... 33

Ficha de Processo Êmbolo .......................................................................... 34

Conclusão ....................................................................................................... 35

Bibliografia ...................................................................................................... 36


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Introdução

Este relatório visa detalhar o processo de um projeto mecânico de um produto jáexistente no mercado. Este projeto tem foco principal a seleção de materiais, buscando

entender o papel que cada material desempenha no produto, onde devem seranalisadas propriedades físicas necessárias, propriedades mecânicas, característicasde método de fabricação, custo, entre outras.

O projeto será baseado no conceito de engenharia reversa e será divididobasicamente nas seguintes etapas:

Conceito: investigação e explicação dos princípios de funcionamento.

Corporificação: determinação das condições e restrições de operação.

Detalhamento: especificação dos materiais de acordo com as restriçõesdeterminadas.

Objetivo

O projeto tem como objetivo desenvolver um cilindro pneumático, com base nomodelo da imagem abaixo, com foco principal na seleção de materiais, e também nodimensionamento e projeto do mesmo, visando o atendimento as necessidades erequisitos do cliente.

CILINDRO MONTADO

CILINDRO DESMONTADO


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Cronograma

O desenvolvimento do projeto será baseado no seguinte cronograma:

P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R

ETAPA CONCEITO

DETERMINAR ESTRUTURA DA FUNÇÃO R

DETERMINAR PRINCÍPIOS DE FUNCIONA MENTO r

APLICAÇÃO E NECESSIDADES DO CLIENTE

AVALIAR E SELECIONAR CONCEITOS

RELATÓRIO PARCIAL (CONCEITO)

CORPORIFICAÇÃO

AULA DE FEEDBACK DOS RELATÓRIOS E

INSERÇÃO NO AMBIENTE MOODLE

DESENVOLVER LAYOUT, ESCALA, FORMA

MODELAR E ANALIS AR UNIDADES

AVALIAR E SELECIONAR LAYOUTS

RELATÓRIO PARCIAL (CORPORIFICAÇÃO)

DETALHE

ANALISAR COMPONENTES DETALHADAMENTE

OTIMIZAR DESEMPENHO E CUSTO ESCOLHA FINAL DE MATERIAL E PROCESSO

ENTREGA DOS RELATÓRIOS FINAIS DE PROJETO

APRESENTAÇÃO

P = Planejado

R = Realizado

29/ago 05/set 12/set 19/set 26/set 05/dez 12/dez

CRONOGRAMA DE PROJETO INTEGRADOR II

Cilindro Pneumático14/nov 21/nov 28/nov03/out 10/out 17/out 24/ out 31/out 07/ nov22/ago

NOMES: FELIPE REICHERT,

CLAUDIONEI GONÇALVES

ATUALIZADO EM: 14/11/2014


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Análise de Necessidades e Requisitos doCliente

Para avaliar as necessidades e requisitos do cliente, utilizamos um método deprojeto que agrupa as necessidades do cliente, a cena e os requisitos do cliente, e estesitens darão a base para o desenvolvimento dos requisitos do produto e asespecificações do produto.

Estrutura da FunçãoUm cilindro pneumático é um tipo de dispositivo usado para gerar força a partir

da energia do gás sob pressão.

Nosso cilindro pneumático é do tipo cilindro de ação dupla compacto e é utilizadopara converter a força gerada pelo ar comprimido em movimento linear em duplosentido. Consiste de uma câmara cilíndrica com um pistão móvel e duas entradas de ar,que funcionam alternadamente como admissão e escape, conforme sentido domovimento. Um diferencial do cilindro estudado é o seu tamanho compacto, isso fazcom que ele seja indicado para aplicações específicas.

NECESSIDADES DO CLIENTE CENA REQUISITOS DO CLIENTE ELEMENTO REQUISITOS DO PRODUTO

Avanço e Retorno do cilindro

O cilindro deve avançar ou

retornar, quando for dado o

devido comando ao mesmo.

Avanço e retorno do cil indro.Corpo do

cilindro

Entrada de admissão e

escape de ar nois dois lados

do cilindro.

Velocidade de Avanço e Retorno

O cilindro deve avançar ou

retornar rapidamente quando for

enviado o comando.

Cilindro deve avançar em 30 m/s

a uma pressão nominal de 1

Mpa.

ÊmboloDâmetro do êmbolo de 20

mm.

ForçaO cilindro deve ter força para

realizar os trabalhos

O cilindro deve possuir força de

avanço 400 N a uma pressão

nominal de 1 Mpa.

Êmbolo e

material.

Diâmetro do êmbolo de 20

mm

Durabilidade

O cilindro deve durar ao menos 5

milhões de ciclos em condições

normais de uso.

Cilindro deve ser fabricado com

componentes que resistam ao

uso por 5 milhões de ciclos em

condições normais.

Material

Material inoxidável, não

ferroso, material resistente

a fadiga, material da haste

resisente a tração e

compressão.

Baixo custoO custo deve ser baixo pra poder

ser competitivo no mercado.Baixo custo de compra. Material

Espessuras de paredes finas,

menor utilização de

materiais possível.

Interface para fixação do

cilindro

Possibilidade de montagem do

cilindro em um conjunto, sem anecessidade de componentes

adicionais para isso, além dos

parafusos.

Carcaça do cilindro deve possuir

furação para fixação

Corpo do

cilindroFuros para 4 parafusos M6.

Interface para fixação de

componentes na ponta da haste

A ponta da haste deve possuír

interface para fixação de

componentes

Ponta deve possuir rosca. Haste Rosca M5 na ponta da haste.

Tamanho reduzidoAo ser montado no conjunto não

deve ocupar um grande espaçoVolume da carcaça de 50 cm³

Corpo do

cilindro

Formato do corpo com

dimensões máximas de 45 x

45 x 50 mm.


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A imagem abaixo representa o esquema funcional do cilindro pneumático:

Princípio de Funcionamento

Para operar o cilindro, primeiramente devemos pressurizar um gás, normalmenteo ar, e isto pode ser feito através de equipamentos chamados compressores, queconsistem em uma bomba que comprime o ar em um cilindro, fazendo com que apressão do ar fique acima da pressão atmosférica. Quando o ar é liberado ele tende a

se despressurizar e voltar a pressão atmosférica original. O cilindro pneumático operacom base neste princípio onde o ar é comprimido é direcionado para as câmaras docilindro para que ocorra o movimento.

O cilindro é composto por uma carcaça que possuí uma câmara interna cilíndricae aberta em um dos lados e com duas entradas de ar no lado superior, que atuam comoadmissão e escape, alternadamente. Nesta câmara é montado um êmbolo cilíndrico quepossuí uma haste encaixado no centro, que é a responsável por transferir a força geradapelo êmbolo. No lado aberto do cilindro é montada uma tampa com abertura no centropara passagem do pistão. As partes móveis do cilindro possuem retentores para evitaro escape do ar. Este conjunto montado forma duas câmaras, uma atrás do êmbolo euma na frente e é nessas câmaras onde o ar comprimido é liberado.

O funcionamento do cilindro ocorre em um circuito pneumático onde uma válvulalibera o ar comprimido para as entradas de admissão do cilindro, e outra válvula faz comque o ar seja liberado pelo escape do cilindro. Quando o ar é admitido atrás do êmboloocorre a descompressão do ar o pistão avança, até atingir o fim de curso. Quando o aré admitido na frente do êmbolo, o cilindro recua, até atingir o fim de curso.


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Uma característica importante deste tipo de cilindro pneumático é que hádiferença entre o movimento de avanço em relação ao movimento de recuo. Nomovimento de avanço, o êmbolo possuí maior força do que no movimento de recuo. Istoocorre porque a área atrás do êmbolo é maior do que a área da frente do êmbolo, poisa área frontal possuí a haste no centro o que reduz a área de ação do ar no êmbolo, ecomo resultado da equação da força em relação a pressão e área (Força = Pressão * Área), quanto maior a área maior será a força. Devido a esta característica de diferençade áreas, também ocorre variação na velocidade de avanço e recuo da haste. Avelocidade no recuo é maior que a velocidade no avanço, pois conforme a fórmula devazão em relação a velocidade (Velocidade = Vazão / Área), quanto menor a área, maiorserá a velocidade.

Aplicação

Cilindros pneumáticos são utilizados em diversas aplicações, quase sempre emconjunto com máquinas e outros componentes, em que seja necessário movimentolinear. Normalmente estes cilindros são utilizados em aplicações que se desejamovimentos rápidos e com pouca força, pois quando é necessário forças maiores sãoutilizados cilindros hidráulicos.

No caso específico deste cilindro que possuí dimensões compactas, a aplicaçãoé indicada para locais onde se necessite de movimento linear em conjuntos com poucoespaço, e que não necessitem um pistão com curso da haste longo.

Seleção de Materiais

Definição de materiais dos Componentes

Para uma melhor tomada de decisões na seleção de materiais, dividimos o aspeças do cilindro em famílias. Os componentes de cada família possuem níveis de

exigência semelhantes, o que faz com que a seleção um mesmo material possa atenderas exigência de todas as peças da família. As famílias dividias são as seguintes:


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Corpo: formada pela carcaça, tampa e êmbolo; Vedação: formada pelos dois anéis o’rings, do êmbolo e da tampa, e

pela gaxeta; Haste: formada pela haste.

Famílias de Materiais

Materiais de Engenharia

As famílias de materiais de engenharia disponíveis são as seguintes:

Metais: são rígidos e possuem grande resitência mecânica para diversos tiposde solicitações, módulos de elasticidade relativamente alto, a maioria quando puros sãomacios e fácil de deformar, mas podemos fortalece-los por adição de elementos de ligae por tratamento termo-mecânico, mas continuam dúcteis, o que permite que sejamconformados por processos de deformação e possuem boa usinabilidade.

Cerâmicos: módulos de elasticidade alto, porém são frágeis, não possuemductibilidade, possuem excelente resistência a abrasão e corrosão, e são muitoindicados para ferramentas de corte.

Vidros: são sólidos não cristalinos (amorfos), e devido a esta característica nãopossuem plasticidade, portanto, como as cerâmicas, são duros frágeis, e vulneráveis aconcentração de tensões.

Polímeros: possuem módulos de elasticidade em média 50 vezes mais baixosque o dos metais, mas podem ser tão fortes quanto. Sofrem fluência, mesmo emtemperatura ambiente, suas propriedades dependem da temperatura, são resistentes acorrosão, tem baixo coeficiente de atrito, fácil moldagem, mas em alguns projetos paraque possuam as características e possam substituir alguns metais se tornam inviáveispelo alto custo.


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Elastômeros: são polímeros de cadeias longas acima de sua temperatura detransição vítrea. Possuem propriedades muito diferentes dos outros sólidos. Possuemmódulos de elasticidade em média 100000 maior que os metais, o que lhes confere altaresiliência, uma característica importante para componentes de vedação móveis,quando aditivados podem melhorar muito sua performance quanto a resistência aodesgaste e corrosão.

Híbridos: são combinações de dois ou mais materiais em uma configuração eescala pré-determinada, combinam as propriedades atraentes das outras famílias demateriais, e ao mesmo tempo evitam algumas de suas desvantagens. A família doshíbridos incluí compósitos reforçados com fibra e com particulados, estruturassanduíche, estrutura reticulada, espumas, cabos e laminados e quase todos osmateriais da natureza.

Para definir o família de material para cada família de componentes, utilizamos

a tabela abaixo. Nesta tabela são definidos os requisitos necessárias das famílias decomponentes e analisados qual família de material melhor atende atende estascaracterísticas.

Alta

Resistênca a

Corrosão

Alto Módulo

de

Elasticidade

Dureza entre

67,5 e 82,5

Brinell

Baixa Taxa de

Desgaste

Boa

UsinabilidadeBaixo Custo

Baixo Coef. De

Expansão

Térmica

METAIS AP A AP A A AP A

CERÂMICOS A A NA A NA AP A

VIDROS A A NA A NA AP APOLÍMEROS A NA NA AP AP A AP

ELASTÔMEROS A NA NA AP NA A AP

HÍBRIDOS A AP AP AP NA AP AP

FAMÍLIA DE MATERIAIS

OBS: O nível de importancia dos requisitos diminuí da esquerda para a direita.

NA - Não Atende

AP - Atende Parcialmente

A - Atende

LEGENDA

CORPO

REQUISITOS

FAMÍLIA

Baixo Módulo

de Elasticidade

Baixa

Resitência a

Compressão

Alto

Alongamento

Resistência á

Ruptura

Resistência ao

desgaste

Baixo Custo

METAIS NA NA NA A A AP

CERÂMICOS NA NA NA NA A AP

VIDROS NA NA NA NA A AP

POLÍMEROS NA AP AP A AP A

ELASTÔMEROS A A A A AP A

HÍBRIDOS NA NA NA AP AP AP

NA - Não Atende

LEGENDA

A - Atende


FAMÍLIA DE MATERIAISVEDAÇÃO


REQUISITOS

FAMÍLIA


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A partir das análise das planilhas para seleção de materiais chegamos asseguintes conclusões:

A família de materiais que melhor atende o projeto do Corpo são os METAIS; A família de materiais que melhor atende o projeto das Vedações são os

ELASTÔMEROS;

A família de materiais que melhor atende o projeto da Haste são os METAIS;

Seleção do material

A partir da definição da família de materiais, realizamos a seleção dos materiaisem etapas, selecionando primeiramente a classe de materiais e após o membro daclasse que melhor se encaixa no projeto.

Alta

Resistênca a

Corrosão

Resistência a

Compressão

Baixa Taxa de

Desgaste

Boa


Baixo Coef. De

Expansão

Térmica

METAIS AP A A A AP ACERÂMICOS A A A NA AP A

VIDROS A A A NA AP A

POLÍMEROS A NA AP AP A AP

ELASTÔMEROS A NA AP NA A AP

HÍBRIDOS A AP AP NA AP AP

NA - Não Atende

LEGENDA

A - Atende


FAMÍLIA DE MATERIAISHASTE


REQUISITOS

FAMÍLIA


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CORPO

Características analisadas na formação da planilha:

Resistência a corrosão: As ligas metálicas compostas por metais não ferrososforam consideradas que atendem aos requisitos de corrosão. Essa escolha foi tomadadevido ao fenômeno de passivação que ocorre com estes materiais na presença de aratmosférico, pois serão na presença deste meio que irá ocorrer a utilização dosmesmos. Os metais ferrosos foram considerados que não atendem aos requisitos de

corrosão pois sofrem grande corrosão na presença do ar atmosférico.Modulo de Elasticidade: os valores de módulo de elasticidade foram baseados

no gráfico abaixo. Materiais com módulo de elasticidade acima de 100 GPa foramconsiderados que atendem as especificações, entre 50 e 100 GPa atende parcialmente,e abaixo de 50 GPa não atendem as especificações.

Dureza: através de ensaio de dureza Brinell realizado no corpo do cilindro,verificamos que o mesmo possuí uma dureza média de 75 Brinell. Para critério deseleção de material optamos por aplicar um percentual de tolerância de ±10%, pois estepercentual não causará grandes diferenças nas propriedades mecânicas do produto.

Alta

Resistênca a

Corrosão

Alto Módulo

de

Elasticidade

Dureza entre

67,5 e 82,5

Brinell

Baixa Taxa de

Desgaste

Boa


Baixo Coef. De

Expansão

Térmica

Aços-carbono NA A NA A A A A

Aços Inoxídáveis A A NA A AP AP A

Ferros Fundidos NA A NA A NA A A

Ligas de Magnésio A AP A A AP AP A

Ligas de Alumínio A AP A A A A A

Ligas de Cobre A A A NA AP AP A

Ligas de Zinco A A A A NA A A

Ligas de Chumbo A A A NA AP NA A

Ligas de Niquel A A NA A NA NA A

Ligas de Estanho A A A A AP NA A

Ligas de Tungstênio A A NA A NA NA A

Ligas de Titânio A A NA A NA NA A


NA - Não Atende

CLASSESCORPO

LEGENDA OBS: O nível de importancia dos requisitos diminuí da esquerda para a direita.

A - Atende

REQUISITOS

FAMÍLIA


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Baixa taxa de desgaste: os critérios para seleção da taxa de desgaste forambaseados no gráfico abaixo. Valores de taxa de desgaste Ka acima de 1/10^(-6) Mpaforam considerados que não atendem aos requisitos especificados e valores abaixodisto foram considerados que atendem aos requisitos especificados. O Chumbo foiconsiderado que não atende aos requisitos do projeto pois possuem um alto coeficientede atrito, o que consequentemente gera uma maior taxa de desgaste.

Usinabilidade: os dados para boa usinabilidade foram baseados a partir deanálise de alguns materiais descritos na bibliografia.

Custo: os valores de custo foram baseados no gráfico abaixo. Os materiais quecustem até 2 reais por Kg foram considerados que atendem os requisitos, s materiaisque custem entre 2 e 10 reais por Kg foram considerados que atendem parcialmente osrequisitos e os materiais que custem mais de 10 reais por Kg não atendem aos requisitosde custo. As ligas de chumbo foram consideradas como não atendem as especificaçõesde custo pois possuem uma alta densidade e consequentemente necessitarão demaiores quantidades de peso no produto, elevando o preço.


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Coeficiente de Expansão térmica: o coeficiente de expansão térmica foi analisado emrelação ao gráfico abaixo. Conforme análise do gráfico, todos os metais consideradospossuem um baixo coeficiente de expansão térmica, atendendo os requisitos do projeto.

A partir da análise da planilha, concluímos que a classe material que melhoratende ao projeto são as ligas de Alumínio.

Após a seleção da classe, realizamos a seleção do membro componente da ligaque será utilizado no produto. Esta seleção foi baseada nos dados abaixo:

No projeto do cilindro, devido ao modo de fabricação do mesmo são utilizadasas ligas trabalhadas. Estas ligas trabalhadas são divididas em 9 subclasses,classificadas conforme o principal elemento de liga do material. Na tabela abaixo estãolistadas estas subclasses, com seu principais elementos de liga e suas principaiscaracterísticas.


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Diante destas características decidimos optar para fabricação do corpo docilindro com a subclasse 6XXX, pois esta classe atende melhor aos requisitos do projeto,como resistência mecânica, resistência a corrosão e usinabilidade e custo.

Para a seleção do material pertencente a subclasse 6XXX que será utilizadopara produzir as peças da família do corpo, realizamos uma análise dos principais

materiais desta subclasse. Abaixo estão descritos os materiais utilizados e suasprincipais características:

6005 - é uma liga de média resistência, sendo recomendadas para aplicaçõesonde a estrutura pode ser submetida a impactos ou supercarregamentos devido a suaótima característica de resiliência. A liga recebe classificação “B” segundo o sistema declassificação de usinabilidade da Aluminium Association e possuí uma média resistênciaa corrosão.

6061 – esta liga possuí boa resistência mecânica, mas sua principalcaracterística é a alta resistência a corrosão. A liga recebe classificação “C” segundo osistema de classificação de usinabilidade da Aluminium Association. Possuí dureza emtorno de 95 HB.

6063 – esta liga possuí uma boa extrudabilidade, boa resistência à corrosão emgeral e boa usinabilidade. Possuí dureza em torno de 73 HB.

6101 – esta liga possuí alta condutividade elétrica e moderada resistência, médiausinabilidade e boa resistência a corrosão.

6151 – esta liga possuí ótimas propriedades para forjamento, boa resistência

mecânica e boa resistência a corrosão.

Após a análise das características e comparação dos materiais, verificamos que a ligaque melhor atende aos requisitos do projeto é a liga de Alumínio 6063, pois atendemuito bem aos requisitos de fabricação do produto e também possuí resistênciamecânica e dureza compatível com o que é exigido no projeto.


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VEDAÇÃO


Módulo de Elasticidade: foi utilizado o mesmo gráfico utilizado para definiçãodo módulo de elasticidade do corpo. Materiais com modulo de elasticidade maior do que10^-2 foram considerados que não atendem as especificações.

Custo: Os dados de custo foram baseados no mesmo gráfico do utilizado paraseleção do custo do material do corpo e para os itens que não constam na lista forambuscados dados do material da bibliografia referente aos elastômeros. Em relação aográfico foi concluído que o Neopreno e o Silicone não atendem as especificações decusto.

Os demais itens foram baseados na análise dos materiais referentes aelastômeros contidos na blibliografia.

A partir da análise da planilha, concluímos que o material que melhor atende asespecificações do projeto é a borracha butílica.

As borrachas butílicas não possuem divisões em membros definidas, poispossuem todas características muito similares, ocorrendo apenas variações nacomposição que afetam basicamente a forma de processamento, e as classificaçõessão dadas conforme o fabricante.

Baixo Módulo

de Elasticidade

Baixa

Resitência a

Compressão

Alto

Alongamento

Resistência á

Ruptura

Resistência ao

desgasteBaixo Custo

Isopreno A A A AP A AP

Neopreno A A A AP A NA

Borracha Butílica A A A A A A

Borracha Natural A A A A AP NA

Silicones NA A A NA NA AP

Poliuretano NA A AP A NA A

EVA NA A AP A NA A


NA - Não Atende

CLASSESVEDAÇÃO


A - Atende

REQUISITOS

FAMÍLIA


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HASTE


Baixa taxa de desgaste: para a seleção das classes em relação a taxa de

desgaste da haste foi utilizada a mesma metodologia que para a seleção do material docorpo, porem foi utilizado um valor de taxa de desgaste menor para o material atendera esta característica, isto porque a haste é a única parte móvel do cilindro que entra emcontato com o ambiente externo, e devido aos resíduos sólidos que podem se acumularnesta peça, pode ocorrer um maior desgaste da mesma. Portanto taxas de desgaste Kaacima de 1/10^(-7) Mpa foram considerados que não atendem aos requisitosespecificados.

Resistência à Compressão: após realizados alguns cálculos, verificamos quena pressão máxima de trabalho, a haste sofrera uma pressão de compressão máximade 5,3 MPa. Adicionando um coeficiente de segurança, podemos concluir que a hastenunca sofrerá uma tensão maior do que 10 Mpa. Analisando o gráfico de resistência dos

materiais abaixo concluímos que todos os metais são capazes de suportar tensõesacima de 10 Mpa.

Alta

Resistênca a

Corrosão

Resistência a

Compressão

Baixa Taxa de

Desgaste

Boa


Baixo Coef. De

Expansão

TérmicaAços-carbono NA A A AP A A

Aços Inoxídáveis A A A AP AP A

Ferros Fundidos NA A A NA A A

Ligas de Magnésio A A NA AP AP A

Ligas de Alumínio A A NA AP A A

Ligas de Cobre A A NA AP AP A

Ligas de Zinco A A NA AP A A

Ligas de Chumbo A A NA NA AP A

Ligas de Niquel A A A NA NA A

Ligas de Estanho A A NA AP NA A

Ligas de Tungstênio A A A NA NA A

Ligas de Titânio A A A NA NA A


NA - Não Atende

CLASSESHASTE


A - Atende

REQUISITOS

FAMÍLIAFAMÍLIA


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CÁLCULO:

Força=Pressão Máxima * Área do Êmbolo

Força=1*10^6 * 0,01^2 * 3,14

Força= 314N

Tensão de Compressão na Haste=Força/Área da Haste

Tensão=314 / [3,14*(0,005 2̂ – 0,0025^2)]

Tensão de Compressão na Haste=5,3 Mpa

Os demais itens analisados foram baseados nos mesmos critérios da análise domaterial do corpo.

A partir da análise da planilha, concluímos que o material que melhor atende asespecificações do projeto são os aços inoxidáveis.

Os aços inoxidáveis são divididos, de acordo com a sua microestrutura, nasseguintes classes:

Austeníticos: São ligas não-magnéticas de ferro-cromo-níquel contendo ti-picamente 8% de níquel, com baixo teor de carbono. Apresentam boas propriedadesmecânicas, boa soldabilidade, trabalhabilidade a frio e resistência à corrosão. Podemser endurecidos por deformação e, neste estado, são ligeiramente magnéticos. A adiçãode elementos de liga como o molibdênio e a redução do teor do carbono melhoram suaresistência à corrosão.


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Ferríticos: São ligas ferro-cromo contendo de 12 a 17% de cromo com baixoteor de carbono. Não são endurecíveis por tratamento térmico. São magnéticos eapresentam boa resistência à corrosão em meios menos agressivos, boa ductilidade,razoável soldabilidade. O trabalho a frio os endurece moderadamente.

Martensíticos: São ligas de ferro-cromo contendo de 12 a 14% de cromo e com

alto teor de carbono. São endurecíveis por tratamento térmico e magnéticos. Quandotemperados são muito duros e pouco dúteis, e é nesta condição que são resistentes àcorrosão. Quando recozidos não apresentam bom comportamento frente à corrosãoatmosférica.

Também existem os aços inoxidáveis duplex, porém estes não serãoconsiderados devido ao seu custo elevado.

Analisando estas classes de materiais, decidimos optar pelos aços inoxidáveisausteníticos, pois estes atendem melhor aos requisitos do projeto, pois possuem melhorresistência mecânica e a corrosão, e também uma melhor usinabilidade.

Os principais aços inoxidáveis austeníticos são as ligas 301, 303, 304 e 316.

Todas estas ligas atendem aos requisitos de corrosão a qual o cilindro é submetido.Elas também possuem propriedades mecânicas semelhantes, com dureza em torno de80 HRB e Limite de Resistência em torno de 590 Mpa. Como as propriedadesmecânicas e o custo não variam muito entre estas ligas, resolvemos optar pela utilizaçãodo aço inoxidável 303 para a fabricação da haste, pois este possuí adição de Enxofreem sua composição, o que melhora sua usinabilidade, reduzindo os custos defabricação.


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Modelamento e Dimensionamento

Para realizar o modelamento e dimensionamento do cilindro pneumático foiutilizado o software SolidWorks, versão 2013. As medidas empregadas nos desenhos

foram baseadas no modelo físico, com pequenas alterações para aprimoramento doproduto. As tolerâncias foram definidas através da análise das necessidades do produtoe com auxílio do livro de informações tecnológicas, referente a área da mecânica, o qualpré-define algumas faixas de tolerâncias para certos tipos de necessidades do produto.

Abaixo seguem os desenhos 2D:


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Corpo


22/37


23/37


24/37


25/37


26/37


27/37


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Processo de Fabricação

Macro Fluxo de Produção do Cilindro

PCP programa

produção

Requisitar MP

ao Almox.

Encaminha

MP para

máquinas

Inicia

processo de

compra de MP

Recebe eestoca MP

Segue Fluxo

Torneamento

Segue Fluxo

Retífica

Segue Fluxo

Montagem

Encaminha

para PCP

avaliar

Existe

MP ?

S

S

S

N

N

N

S

N

FP

Torno

FP

Retífica

Montagem Montagem?

Retífica?

Processo

Torno?


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Fluxo de Processo de Torneamento

Recebe

material

Pegar Ficha

Padrão Haste

Prender

Material na

placa

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros de

velocidade eavanço

Executar lote

de produção

Pegar Ficha

Padrão

Embolo

Prender

Material na

placa

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros de

velocidade e

avanço

Executar lote

de produção

Pegar FichaPadrão Corpo

Prender

Material naplaca

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros develocidade e

avanço

Executar lotede produção

Pegar Ficha

Padrão Tampa

Prender

Material na

placa

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros de

velocidade e

avanço

Executar lote

de produçãoFim

N

S

N

N

S

S

S

N

Haste?

Êmbolo?

Corpo?

Tampa?


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Fluxo de Processo de Retífica

Recebe

material

Pegar Ficha

Padrão Haste

Prender

Material na

placa

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros

de velocidade

e avanço

Executar lote

de produção

Pegar Ficha

Padrão Corpo

Prender

Material na

placa

Ajustar

ferramenta e

Parâmetros

de velocidade

e avanço

Executar lote

de produção

Encaminha

para

Montagem

N

S

N

SS

Haste?

Corpo?


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Ficha de Processo Corpo

TORNOFuração Admissão e Escape

Ferramenta Broca Ø 5,0 mmRotação 500 RPMVelocidade de Avanço 77 m/minTempo 3,5 seg

Furação Fixação Ferramenta Broca Ø 8,0 mmRotação 500 RPMVelocidade de Avanço 77 m/min

Tempo 10 segFuração Interna do Cilindro Ferramenta Broca Ø 20,0 mmRotação 350 RPMVelocidade de Avanço 77 m/minTempo 22 seg

Acabamento Interna do Cilindro / Alojamento das vedaçõesFerramenta Sandvik GC 4325Rotação 2000 RPMVelocidade de Avanço 110 m/minTempo 25 seg

RET FICA Ferramenta Rebolo copo NT600Rotação 1500 RPMVelocidade de Avanço 110 m/minTempo 25 seg


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Ficha de Processo Haste

TORNODesbaste e rebaixo

Ferramenta GC 4315Rotação 1500 RPMVelocidade de Avanço 150 m/minTempo 5,0 seg

Acabamento Ferramenta GC 4315Rotação 3000 RPMVelocidade de Avanço 150 m/minTempo 5,0 seg

Furação Interna Ferramenta Broca Ø 4,2 mmRotação 350 RPMVelocidade de Avanço 77 m/minTempo 15 seg

Rosca Interna

Ferramenta Macho M5Rotação 150 RPMVelocidade de Avanço 35 m/minTempo 15 seg

FRESARebaixo

Ferramenta CorolMill 245Rotação 550 RPMVelocidade de Avanço 100 m/minTempo 8 seg

RETÍFICA Ferramenta Rebolo Norton Branco NT2100Rotação 2500 RPMVelocidade de Avanço 80 m/minTempo 15 seg


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Ficha de Processo Tampa

TORNOFuração

Ferramenta Broca Ø 9,75Rotação 350 RPMVelocidade de Avanço 70 m/minTempo 5,0 seg

Acabamento e canal interno Ferramenta CoroCut 3Rotação 2000 RPM

Velocidade de Avanço 150 m/minTempo 2,5 seg

Canais externos Ferramenta Bedame 1,30 mmRotação 1500 RPMVelocidade de Avanço 110 m/minTempo 3,5 seg

Faceamento e corte Ferramenta CoroCut 3 e BedameRotação 2000 RPMVelocidade de Avanço 150 m/min

Tempo 3,5 seg


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Ficha de Processo Êmbolo

TORNOFuração

Ferramenta Broca Ø 7,75Rotação 350 RPMVelocidade de Avanço 70 m/minTempo 5,0 seg

Canais externos Ferramenta Bedame 1,30 mmRotação 1500 RPM

Velocidade de Avanço 110 m/minTempo 1,5 seg

Faceamento e corte Ferramenta CoroCut 3 e BedameRotação 2000 RPMVelocidade de Avanço 150 m/minTempo 3,5 seg


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Conclusão

Com o objetivo principal do projeto focado na seleção de materiais,concluímos que o melhor material para a fabricação da família do corpo é a liga de

alumínio 6063, para as vedações é a borracha butílica, e para a haste é a liga deaço inoxidável 303.

É importante destacar que através da realização do trabalho, conseguimosatingir os objetivos da realização do projeto, realizando principalmente pesquisastécnicas e ensaios para definição dos requisitos e detalhamento do projeto, não nosbaseando somente em dados empíricos, mas sim em uma fundamentação teórica.Esta habilidade é algo muito importante para um engenheiro mecânico e faz comque tenhamos um bom crescimento profissional.


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projeto cilindro pneumático

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