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FACULDADE ANHANGUERA DE ANÁPOLIS
ENGENHARIA MECÂNICA
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II
ANDRÉ INÁCIO RICARTE FARIA: 1009770022
MARCOS VINICIUS RIBEIRO: 1009770936
EDUARDO FLORIANO DA SILVA: 1007779264
JOEL OLÍMPIO DA SILVA: 1018819200
ATIVIDADES PRATICAS SUPERVISIONADAS
ANÁPOLIS
2013
FACULDADE ANHANGUERA DE ANÁPOLIS
ANDRÉ INÁCIO RICARTE FARIA
MARCOS VINICIUS RIBEIRO
EDUARDO FLORIANO DA SILVA
JOEL OLÍMPIO DA SILVA
ATIVIDADES PRATICAS SUPERVISIONADAS
Pesquisa acadêmica apresentada ao
curso de Engenharia Mecânica, disciplina de
Processos de fabricação II, sob orientação do
professor Luis Carlos.
ANÁPOLIS
2013
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..............................................................................................................3
1 ESCOLHA DO COMPONENTE PARA MELHORIA..............................................4
1.1 Seleção de materiais..............................................................................................4
Alumínio.....................................................................................................................4
Cobre...........................................................................................................................4
Ferro fundido...............................................................................................................4
Aço..............................................................................................................................5
Mola............................................................................................................................6
Cementação.................................................................................................................6
2 COMPONENTE PARA MELHORIA DE EFICIÊNCIA DO PROCESSO...............7
2.1 Processo de inserção do sistema de troca rápida:..................................................7
2.2 Definição de pontos de troca:................................................................................7
2.3 Ferramenta de troca:..............................................................................................7
2.4 Material do pino trava e porca para trava:............................................................8
3 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS...................................................9
3.1 Características dos materiais utilizados................................................................9
3.2 Relatório..............................................................................................................10
4 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA........................................................11
4.1 Custos de fabricação...........................................................................................11
4.2 Tempo para recuperação de investimento...........................................................11
4.3 Análise de viabilidade.........................................................................................11
5 VISTAS DA MATRIZ DE CORTE COM PINO DE TROCA RAPIDA.................12
CONCLUSÃO..............................................................................................................13
REFERÊNCIAS............................................................................................................14
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INTRODUÇÃO
As ferramentas de corte são utilizadas em grande escala nos processos de fabricação
de alta produtividade. Diante desses fatores, foi proposto neste trabalho acadêmico o
desenvolvimento de ferramentas que aumentem e eficiência e a produtividade do processo.
Observando as geometrias das peças, foi possível identificar uma ineficiência no
processo de troca de matrizes e punções. Sendo assim apresentado neste trabalho ferramentas
que possibilitam melhoria de desempenho.
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1 ESCOLHA DO COMPONENTE PARA MELHORIA
Para esse projeto sugere-se a melhoria da eficiência na troca de punções e matrizes de
corte, através de um sistema de troca rápida desses componentes.
Nesta etapa iremos abordar os diversos tipos de materiais e suas propriedades para a
escolha da melhor opção e fabricação do pino trava.
1.1 Seleção de materiais
AlumínioO alumínio é o segundo material mais utilizado no mundo sendo caracterizado por
apresentar uma densidade relativamente baixa, boa condutividade elétrica e térmica,
resistência a corrosão, reflexibilidade, propriedades anti-magneticas, características de
barreira, alta ductilidade e é muito empregado também no transporte ou armazenamento de
materiais inflamáveis logo que o mesmo não produz faíscas. Sendo assim um material
utilizado em elementos que necessitem de densidades relativamente baixas e boa condução
térmica. As principais limitações do alumínio estão na sua baixa temperatura de fusão
(660°C) e sua baixa resistência mecânica. Por esses aspectos existem limitações em seu uso
em locais que apresentem altas temperaturas e que necessitem de matérias com resistência
mecânica.
CobreO Cobre e suas ligas são o terceiro metal mais utilizado no mundo, perdendo apenas
para os aços e para o alumínio e suas ligas. Suas principais características são as elevadas
condutividades elétrica e térmica, boa resistência à corrosão e facilidade de fabricação, aliadas
a elevadas resistências mecânica e à fadiga. Sua principal desvantagem em comparação com
outros matérias, esta em seu alto custo tornando este material utilizado principalmente em
aplicações onde o mesmo se torna insubstituível.
Ferro fundidoGenericamente, os ferros fundidos formam uma classe de ligas ferrosas que contém
teores de carbono entre 2,14 e 4,5 %p. Seu ponto de fusão se apresenta nas temperaturas entre
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1150 e 1300°C tornando o mesmo um material com fácil fundição. Como conseqüência são
mais duros do que o aço. Além disso, por causa do silício, forma-se grafite em sua estrutura, o
que os tornam mais frágeis. Portanto, não é possível forjá-los, estirá-los, laminá-los ou vergá-
los em qualquer temperatura. Suas principais vantagens estão no amortecimento de energias
vibracionais e em alta resistência a tração. Sua desvantagem se apresenta em seus aspectos de
ductilidade e deformação.
Aço Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros
elementos de formação de liga. Existem milhares de ligas que possuem composição ou
tratamentos térmicos diferentes. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono,
que é normalmente inferior a 1%p. Alguns dos aços mais comuns são classificados de acordo
com sua concentração de carbono, quais sejam, nos tipos com baixo, médio e elevado teor de
carbono. Também existem subclasses dentro de cada grupo, de acordo com as concentrações
de outros elementos de liga. Os aços comuns ao carbono contêm apenas concentrações
residuais de impurezas além do carbono e de um pouco de manganês. No caso do aço-liga,
mais elementos de liga são adicionados intencionalmente em concentrações específicas.
A definição de aço proposta acima permite uma distinção entre os aços carbono
comum e os aços ligados:
Aços comum ao carbono:
Aços de baixo teor de carbono, com C < 0,3%, são aços que possuem grande
ductilidade, bons para o trabalho mecânico e soldagem (construção de pontes,
edifícios, navios, caldeiras e peças de grandes dimensões em geral). Estes aços não são
temperáveis;
Aços de médio carbono, com 0,3 < C < 0,7%, são aços utilizados em engrenagens,
bielas, etc.. São aços que, temperados e revenidos, atingem boa tenacidade e
resistência.
Aços de alto teor de carbono, com C > 0,7%. São aços de elevada dureza e resistência
após a tempera, e são comumente utilizados em molas, engrenagens, componentes
agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas ferramentas, etc.
Aços - liga:
Aços de baixo teor de ligas, contendo menos de 8% de elementos de liga.
Aços de alto teor de ligas, com elementos de liga acima de 8%.
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MolaUma mola é um objeto flexível capaz de armazenar energia mecânica, portanto usado
para tal, encontradas com diferentes composições e grande diversidade de formatos. As molas
estão presentes desde uma simples caneta, até em mecanismos de grande complexidade.
Por definição são objetos que dão impulso ou resistência a outras peças, imprimindo
movimentos, amortecendo pancadas, devendo reagir quando solicitadas. As molas possuem
grande potencial elástico e suas características são: flecha (deformação ocasionada por
determinada força), rigidez (não deformam permanentemente) e flexibilidade (capazes de
serem dobradas, curvadas, etc.).
Molas em Lâminas: dentre os vários tipos de molas, são as que realizam o máximo
auto-amortecimento devido ao atrito, portanto são muito utilizadas em amortecedores
de veículos.
Molas Helicoidais ou de Bobina (são feitas enrolando-se um fio em torno de um
cilindro) e as Molas Cônicas são molas de torção, pois o próprio fio é torcido quando
são solicitadas a determinados esforços.
Molas de Flexão em Espiral são formadas por uma fita de material elástico e possuem
seção retangular constante.
Molas de Torção são usadas em casos onde a torção é predominante.
Molas em Anéis são essencialmente solicitadas à tração e à compressão, muito usadas
em amortecedores e empurradores.
CementaçãoÉ um tratamento térmico austenítico, onde o carbono é introduzido na fase
γ(austenita), e irá originar martensita com o posterior resfriamento da peça.
Têm como objetivo aumentar a dureza e a resistência ao desgaste mantendo o núcleo
dútil e tenaz maior resistência ao impacto e à fadiga. Formação de forças compressíveis na
superfície com o aumento da resistência à fadiga.
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2 COMPONENTE PARA MELHORIA DE EFICIÊNCIA DO
PROCESSO
Para melhoria na eficiência de corte em uma matriz para chapas metálicas planas, será
desenvolvido neste trabalho um sistema de troca rápida de punção e matriz.
Observando o funcionamento de uma matriz de corte e estampagem, verificou-se que,
a cada mudança do tipo de corte, necessitava-se da inserção de uma nova matriz, fazendo com
que todo o sistema de produção fosse paralisado durante a troca do conjunto matriz punção.
Este trabalho trás como proposta a inserção de um sistema de acoplamento e
desacoplamento rápido, sendo realizado, pela inserção de dois sistemas de travas, acionadas
manualmente de forma rápida e simplificada.
2.1 Processo de inserção do sistema de troca rápida:O primeiro ponto a ser definido no sistema de troca rápida de matriz e punção, será
onde é fixada a ferramenta de troca rápida.
Como as matrizes em geral apresentam sistemas compactos, tornou-se necessário
também a adaptação de alguns componentes da matriz, para que a mesma proporcione
facilidade e maior velocidade durante a troca de ferramentas. Nesse aspecto o primeiro ponto
a ser incrementado foi o comprimento do pino guia (coluna) proporcionando assim um
movimento maior entre matriz e punção, fornecendo assim espaço suficiente para que o
punção saia de dentro da bucha de guia da matriz. Em outro sistema de corte necessitou-se de
aumento do movimento da prensa e do comprimento das molas de tensão que são inseridas
entre a base superior e a intermediaria, sendo que esta apresenta três partes (base superior,
base intermediaria e base inferior).
2.2 Definição de pontos de troca:Os dois pontos de troca no sistema serão introduzidos nos dois componentes que
deveram ser trocados, sendo que, o primeiro ponto será no porta punção e o segundo entre a
base inferior e a matriz.
2.3 Ferramenta de troca:A ferramenta de troca será composta por um pino de aço com médio teor de carbono e
cimentação externa pra menor desgaste, uma mola para proporcionar um esforço constante da
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trava no sistema e por fim uma porca fabricada especialmente para este sistema com um
sistema de trava especial para a cabeça do pino
Para a montagem da ferramenta de troca no porta punção e na base da matriz, será
realizado dois furos sendo um passante e outro penetrando apenas em uma parte considerável
da base. Esses furos serão utilizados para inserção do pino e da mola para constante
tensionamento do pino no orifício de trava da ferramenta. Para aplicação da porca será feita
uma pequena roscas do mesmo comprimento da porca. Realizando o rosqueamento da porca o
sistema esta montado.
Facilitando a compreensão do funcionamento do sistema, podemos demonstras que o
sistema sofrerá apenas força axial na retirada e reentrada do pino trava. Sendo interessante
ressaltar que o pino também sofrerá esforços radiais, que serão realizados apenas no
movimento de retirada do punção da matriz, já que no movimento de corte que realiza grande
esforço todo o impacto será absorvido pela placa de choque.
2.4 Material do pino trava e porca para trava:O pino trava deve ser fabricado por um material dúctil, mas ao mesmo tempo
resistente ao desgaste por atrito com o punção e a matriz. Diante de todos os estudos
realizados sobre as composições dos materiais os que se enquadraram melhor as exigências
foram os aços com médio teor de carbono, já que os mesmo apresentam boas características
de resistência e ductilidade e são indicados para processos de cimentação apresentando bons
aspectos ao desgaste.
A porca trava devera ser fabricada do mesmo material das matrizes para não haver
diferenças de resistência dos materiais. Outro fator ponderante para esta escolha se observa
pala pouca exigência da porca.
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3 ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DOS MATERIAIS
3.1 Características dos materiais utilizadosA Favorit aços especiais define alguns aços para trabalhos a frio em matrizes e
punções, alguns deles são:
AISI D6: Aço para trabalho a frio, de elevada temperabilidade, alta resistência
mecânica, alta resistência ao desgaste, alto grau de indeformabilidade e boa
tenacidade. A dureza superficial, na condição temperada e revenida, pode
alcançar 62,0 HRc.
AISE D3: Aço para trabalho a frio, de elevada temperabilidade, alta resistência
mecânica, alta tenacidade, boa resistência ao desgaste e boa estabilidade
dimensional. A dureza superficial, na condição temperada e revenida, pode
alcançar 62,0 HRc.
As polibases padronizadas pela Polimold são compostas por conjuntos de bases
fabricadas com placas de aço SAE 1020, e pinos e buchas em aço SAE 8620, cementadas e
temperadas, com dureza entre 58 - 62 HRC. Para definir as Polibases especifique conforme:
Tamanho da base (código).
Tipo de montagem.
Tipos de pinos, buchas e colar de esferas.
Segundo a CIMM (Centro de Informações Metal Mecânica) o tratamento
termoquímico que consiste em "carbonizar" a camada superficial da peça. Para isso, ela é
envolvida em um "cemento", neste caso, gasoso, e aquecida durante um certo tempo a uma
determinada temperatura. A temperatura permite a transferência dos átomos de carbono para a
superfície da peça por meio de reações químicas. Dá-se ainda a difusão do carbono para o
interior da peça. A peça cuja superfície é "carbonizada" é temperada a partir da temperatura
prescrita, ficando a superfície cementada com dureza elevada, enquanto que o núcleo, cuja
composição se mantém, conserva sua tenacidade e praticamente não altera sua dureza. O teor
de carbono diminui progressivamente da periferia para o núcleo. Depois deste tratamento, a
peça não deve sofrer qualquer operação de maquinagem, com exceção da retificação, para não
remover a camada superficial. Uma atmosfera controlada de boa qualidade resulta numa
cementação regular e de boa qualidade, profundidade e dureza. Utiliza-se para peças que
necessitem de alta dureza superficial, alta resistência a fadiga de contato e submetidas a
cargas superficiais elevadas.
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3.2 Relatório
Observando as pesquisas realizadas anteriormente e realizando uma interação entre
todas as características exposta por fabricantes e pesquisadores, podemos obter algumas
definições coincidentes entre ambos.
Na fase da produção das ferramentas de corte (matriz punção) se torna necessária a
reafirmação sobre as características de resistência aos constantes esforços realizados pelo
sistema de corte, sendo necessária a fabricação das ferramentas a partir de ligas metálicas que
apresentem elevada temperabilidade, grande resistência mecânica, alta resistência ao desgaste
e indeformação.
Observando também as bases e suporte para matrizes e punções podemos defini-las a
partir do tipo de montagem do sistema sendo importante a aplicação das bases corretas com
suas características e resistência de material analisadas.
O pino trava por sua vês deve ser cementado e apresentar boa ductibilidade interna,
pois o mesmo não desempenha nenhuma ação de resistência elevada. A trava tem função de
posicionar a ferramenta em uma posição correta para que a mesma possa estar estática e ao
mesmo tempo ser possível sua extração de forma rápida e facilitada.
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4 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA
4.1 Custos de fabricação
Para fabricação de novos sistemas de troca rápida de ferramentas de corte é necessário
o investimento de uma quantidade X de dinheiro. Para a inserção de todas as ferramentas
definidas no projeto é necessário seguir todas as conformações mecânicas e metalúrgicas da
ligas metálicas.
Após a consulta de todo os investimentos necessários foi observado um investimento
de 8700,00 R$.
4.2 Tempo para recuperação de investimento
Pelos altos níveis de estampos realizados por uma matriz e pela facilidade obtida na
troca dos componentes (matriz e punção), obtém-se a opção de produção de vários tipos de
formas geométricas, possibilitando assim a este investimento rendimento bastante satisfatório
e obtenção de lucros rapidos.
Observando que a ferramenta tem capacidade mínima de 200 peças por hora
desprezada o pequeno intervalo para troca de ferramenta. A produção diária dos diversos tipos
de formas geométricas está ente 1000 peças diárias. Por estas características elevadas de
produção a ferramenta tem seu reembolso de investimento em tempos que variam de 3 – 6
meses de produção.
4.3 Análise de viabilidade
Observando aspectos de projetos que viabilizem a produção de estampos a ferramenta
de troca rápida traz beneficio significativos para um processo produtivo de grande escala
sendo rentável por seu pequeno investimento e lucrativa por ter grande vida útil já que todos
os novos sistemas implantados na matriz sofreram pequenos desgastes.
Outro fator que demonstra a viabilidade do projeto é sua versatilidade é caracterizado
pelas opções de formas de estampo variadas, sendo que para o mesmo sistema se faz
necessária apenas a troca das ferramentas de estampo.
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5 VISTAS DA MATRIZ DE CORTE COM PINO DE TROCA
RAPIDA
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CONCLUSÃO
O desenvolvimento dessa nova ferramenta de melhoria no processo de estampagem
proporcionou evoluções substanciais para o processo na magnitude de velocidade de troca de
ferramentas de corte e também a opção de trocas rápidas de formas geométricas de fabricação
utilizando-se a mesma base.
É importante ressaltar que existem inúmeras variedades de matizes sendo importante
analisar-se cada componente para melhoria de um processo.
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REFERÊNCIAS
http://www.denversa.com.br/site/files/produtos/
ba34aa7ebb8e04f694a76c816cee0afc.pdf
http://www.abal.org.br/aluminio/caracteristicas-quimicas-e-fisicas/
Ciência dos Materiais-Callister-7ª Edição PT-BR
http://www.favorit.com.br/produtos/acos-ferramenta
http://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/564-cementacao
http://www.brontec.com.br/pdf/Catalogo_Brontec_Bases%20de%20Estampo%20e
%20Componentes.pdf
