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Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE PRENSAGEM
PNEUMÁTICO PARA AUTOMAÇÃO DO PROCESSO
DE INJEÇÃO DE MOLDES DE CALÇADOS
Gilvan de Souza Coêlho
Itatiba – São Paulo – Brasil
Dezembro de 2008
ii
Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE PRENSAGEM
PNEUMÁTICO PARA AUTOMAÇÃO DO PROCESSO
DE INJEÇÃO DE MOLDES DE CALÇADOS
Gilvan de Souza Coêlho
Monografia apresentada à disciplina Trabalho de Conclusão de Curso, do Curso de Engenharia Mecânica – Automação e Sistemas da Universidade São Francisco, sob a orientação do Prof. Dr. Guilherme Bezzon, como exigência parcial para conclusão do curso de graduação. Orientador: Prof. Dr. Guilherme Bezzon
Itatiba – São Paulo – Brasil
Dezembro de 2008
iii
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE PRENSAGEM
PNEUMÁTICO PARA AUTOMAÇÃO DO PROCESSO
DE INJEÇÃO DE MOLDES DE CALÇADOS
Gilvan de Souza Coêlho
Monografia defendida e aprovada em 12 de Dezembro de 2008 pela Banca
Examinadora assim constituída:
Prof. Dr. Guilherme Bezzon (Orientador)
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof. Dr. Fernando C. Gentile
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
Prof. Mário Monteiro
USF – Universidade São Francisco – Itatiba – SP.
iv
Se você não quer ser esquecido quando morrer
escreva coisas que vale a pena ler ou faça coisas
que vale a pena escrever.
(Benjamin Franklin)
v
A meus pais Manoel Faustino Coêlho e Josefa
Maria de Souza Coêlho, sem os quais não
chegaria até aqui.
E todos aqueles que me deram forças para eu
chegar até aqui.
Sou eternamente grato a todos.
vi
Agradecimentos
Agradeço primeiramente ao Professor Guilherme Bezzon , meu orientador, que acreditou em
mim e incentivou-me para a conclusão deste trabalho, face aos inúmeros percalços do trajeto.
Agradeço também ao Professor Eduardo Balster Martins, um companheiro de percurso e de
discussões profícuas, dentro e fora do contexto deste trabalho, agraciando-me incontáveis
vezes com sua paciência, conhecimento e amizade.
Alguns experimentos e vários “entendimentos” não teriam sido possíveis sem a colaboração
de todos os colegas de trabalho e sócios que me ajudaram na minha formação como
profissional.
vii
Sumário
Lista de Figuras .................................................................................................................... viii
Resumo ..................................................................................................................................... ix
1 Introdução .......................................................................................................................... 1
1.1 Objetivo .......................................................................................................................... 1
2 Revisão bibliográfica ........................................................................................................ 2 2.1 Processo de moldagem .................................................................................................. 2 3.2 O Protótipo .................................................................................................................... 3 2.3 Prototipagem rápida ...................................................................................................... 3 2.4 Fundição e criação ........................................................................................................ 4 2.5 Desempenho do alumínio ............................................................................................. 5 2.6 Moldes de injeção direta .............................................................................................. 6 2.7 Funcionamento do sistema de injeção direta................................................................. 7 2.8 O dispositivo de abertura do molde .............................................................................. 8
3 Metodologia ...................................................................................................................... 11 3.1 Definição da maquete .................................................................................................. 11 3.2 O Projeto ..................................................................................................................... 12 3.3 Funcionamento ............................................................................................................ 15 3.4 O cilindro pneumático ................................................................................................. 17 3.5 Válvula de controle .................................................................................................... 19 3.6 Circuito pneumático ................................................................................................... 20 3.7 Os moldes ................................................................................................................... 21 3.8 Tipos de processos para a fabricação ......................................................................... 22 3.9 Entendendo o projeto como um estudo da atividade .................................................. 24
4 Conclusão .......................................................................................................................... 25
Apêndice 1 - Molde de resina e madeira .............................................................................. 26
Apêndice 2 - Cabeçote com os acessórios pneumáticos ...................................................... 27
Apêndice 3 - Conjunto completo das maquetes .................................................................. 28
Apêndice 4 – Simulação de injeção ...................................................................................... 29
Apêndice 5 – Projeto final ..................................................................................................... 30
Referências Bibliográficas ..................................................................................................... 31
viii
Lista de Figuras
Figura 2.1: Processo de injeção .............................................................................................. 7
Figura 2.2: Dispositivo para injeção quatro cores ................................................................ 8
Figura 2.3: Dispositivo para os moldes ................................................................................ 90
Figura 2.4: Moldagem em molde aberto ............................................................................. 10
Figura 2.5: Máquina injetora do tipo carrossel para solado ............................................. 10
Figura 3.1: Forma Utilizada para o desenvolvimento do projeto ..................................... 11
Figura 3.2: Projeto 2d do solado ......................................................................................... 12
Figura 3.3: Forma com cabeçote e maquete ........................................................................ 13
Figura 3.4: Maquete projeto ................................................................................................. 13
Figura 3.5: Projeto executado ............................................................................................... 14
Figura 3.6: Cabeçote articulado ............................................................................................ 15
Figura 3.7: Cabeçote articulado com cilindro pneumático ................................................ 16
Figura 3.8: Cilindro de marca Festo ................................................................................... 18
Figura 3.9: Válvula 5/2 vias .................................................................................................. 19
Figura 3.10: Circuito pneumático ........................................................................................ 20
Figura 3.11: Molde década de 50 .......................................................................................... 21
Figura 3.12: Máquina rotativa com várias estações automatizada ................................... 22
Figura 3.13:Molde em 3D ..................................................................................................... 23
Figura 3.14: Exemplo do molde construído de resina a partir da maquete ..................... 23
ix
RESUMO A indústria mundial de calçados vem promovendo uma grande mudança na produção de
moldes, estimulando a utilização de recursos de automação em máquinas e equipamentos e,
desta forma, modernizando e acompanhando a evolução tecnológica no setor de bens de
consumo. Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de prensagem baseado em um
cilindro pneumático em um cabeçote articulado no molde de injeção direta em solados. Desta
forma, reduz-se o esforço físico exercido pelo operador na linha de produção, uma vez que
este tipo de molde geralmente é colocado em injetoras rotativas de 12 ou mais estações, ou
seja, vários moldes em seqüência. Com este propósito, desenvolveu-se uma maquete de um
molde de resina e madeira, observando os conceitos utilizados na fabricação de moldes de
solados de segurança, como por exemplo, determinação da linha de fechamento, divisão das
partes, entressola, cavidade e cabeçote articulado. O movimento foi exercido por um cilindro
pneumático e com a maquete foi constatado que o projeto é viável tecnicamente e atende, de
acordo com os objetivos propostos, as características de um projeto de automação para o setor
de calçados.
Palavras-chave: automação, moldes de solados, cabeçote articulado, cilindro pneumático.
:
1- INTRODUÇÃO
As tecnologias empregadas atualmente nos processos industriais buscam reduzir
custos, aumentar a produção e a competitividade, proporcionando uma maior qualidade e,
desta forma, aumentando-se a satisfação dos clientes. As empresas tendem a se modernizar e,
no acompanhamento da evolução tecnológica, conseguem diminuir o tempo de produção.
Essa é uma tendência cada vez mais presente nas instituições que buscam o sucesso,
cada empresa deve avaliar a possibilidade de adotar alguns equipamentos que possam tornar
seu processo produtivo mais ágil e econômico. Para as empresas de calçados, a tendência
atual é a modernização dos processos, acompanhando a evolução tecnológica, com o objetivo
de reduzir custos e o tempo de produção.
Para realizar um bom projeto é necessário levar em considerações conceitos de
moldagem para que não se tenha problemas em ângulos de saída, de centro e salto do molde.
As dimensões são definidas com base de padrões já utilizados.
Baseado nos princípios acima citados torna-se interessante o desenvolvimento de um
sistema automatizado para a união do cabedal-sola para alguns tipos de tênis e sapatos. Uma
vez completada a operação de fixação da sola ao cabedal, o sapato estará praticamente pronto.
Com isso, é possível aumentar a produtividade, tornando-se favorável ao operador a
realização de menos esforços na hora de extração do produto final, aumentando a
produtividade e a rentabilidade do processo contínuo.
1.1 – OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é desenvolver, por meio de uma maquete de solado, um
sistema de prensagem pneumático para automação do processo de injeção direta de moldes de
calçados, através de um cilindro pneumático no cabeçote dos moldes, buscando aumentar a
produtividade e principalmente reduzir os esforços do operador.
2
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - Processo de moldagem
A indústria de plásticos tem se expandido extraordinariamente nestes últimos tempos,
especialmente no setor de modelagem por injeção.
A injeção é o principal processo de fabricação de peças de plástico. Cerca de 60% de
todas as máquinas de processamento de plásticos são injetoras. Com elas, podem ser
fabricadas peças desde miligramas até 90 kg.
Classifica-se a injeção como um processo de moldagem adequado para produção em
massa, uma vez que a matéria-prima pode geralmente ser transformada em peça pronta em
uma única etapa. Ao contrário da fundição de metais e da prensagem de durômeros (resinas) e
elastômeros (qualquer borracha ou material parecido com borracha), na injeção de
termoplásticos com moldes de boa qualidade não surgem rebarbas. Desta forma, o retrabalho
de peças injetadas é pouco e, ás vezes, nenhum, assim podem ser produzidas mesmo peças de
geometrias complexas em uma única etapa.
As injetoras são, em regra geral, máquinas universais, sua função abrange a produção
descontinuada de peças, preferencialmente a partir de fundidos macromoleculares, apesar de a
moldagem ocorrer sob pressão.
O preenchimento destas funções é executada pelos diferentes componentes de
máquinas injetoras. Nestes componentes, o plástico é fundido, homogeneizado, transportado,
dosado e injetado no molde [1].
A unidade de fechamento das injetoras tradicionais assemelha-se a uma prensa
horizontal. Com as novas tecnologias, os sistemas de transporte de moldes para os processos
de injeção de solados podem ser retos ou do tipo carrossel. Em outros, o porta-molde fica
estacionário e a cabeça misturadora é móvel. É comum encontrar a cabeça misturadora
montada em um robô ou outro sistema computadorizado, para otimizar o preenchimento dos
moldes.
A variedade e a complexidade dos moldes são enormes, a indústria moderna,
empenhada cada vez mais em produzir artigos bons, bonitos e baratos, está orientada em
substituir materiais tradicionais por materiais sintéticos que, além de manterem a eficiência e
a estética, resultam bem mais econômicos.
3
2.2 - O Protótipo
O Protótipo é um produto que ainda não foi comercializado, mas está em fase de testes
ou de planejamento. Pode-se referir a automóvel, avião, embarcação, molde ou qualquer
outra ou produto da engenharia. O projeto otimizado de uma peça traz muitos benefícios e
resultados, pois facilita a aceitação e a apresentação do referido projeto.
Podem ser utilizados para a apresentação do projeto ao cliente, aos parceiros e
investidores, empreendedores, apresentação para concursos, etc.
2.3 - Prototipagem rápida
A Engenharia Reversa consiste basicamente em copiar um determinado modelo, ou
seja, criar um modelo tridimensional, partindo de um objeto já existente. Nos últimos anos,
surgiu uma nova família de máquinas altamente inovadoras que permitem, com tecnologias e
materiais diferentes, obter um protótipo de um modelo ou de um molde, de maneira precisa e
rápida a partir do modelo sólido gerado no sistema CAD 3D.
Tais máquinas, conhecidas como máquinas de Prototipagem Rápida, permitem obter
peças físicas acabadas, de modo automático, com qualquer forma e dimensões finais, com
complexidade e detalhes que não permitiriam sua obtenção em máquinas convencionais de
usinagem, ou tornariam sua execução demorada ou complexa em centros de usinagem
numericamente comandados [2].
Em uma situação de reformulação de produtos já existentes, torna-se necessário gerar
de forma rápida a informação do modelo. Para isso, as técnicas de engenharia reversa poderão
constituir ferramentas importantes de trabalho, tais capacidades permitem simplificar a
operação de reconstrução de modelos em nurbs ou sólidos que conduzem a reduções drásticas
nos tempos necessários para gerar um desenho CAD 3D da geometria final pretendida.
Se a tarefa é inovação do produto, usinagem complexa, ou conceituação customizada
de máquina, o que resta é a necessidade de trabalhar rapidamente com os tipos de dados de
que se dispõem. Isso é quando, ferramentas corretas ajudam os engenheiros a projetarem
melhor. Os softwares de CAD 3D possuem recursos de modelamento de sólidos, superfícies e
curvas de formas complexas. Com isso a possibilidade de explorar novas formas e estilos
para os produtos é muito grande, isso faz com que as empresas possam dar um estilo e
característica única para os seus produtos.
4
Os modernos sistemas de CAD 3D possuem módulos e recursos para modelamento de
diversos tipos de produtos e necessidades, tais como chapas dobradas (sheet metal),
tubulações, cabeamento elétrico, criação de cavidades e matrizes de moldes e ferramentas e
diversas outras. Uma vez gerado o modelo matemático, é possível realizar modificações no
modelo, tais como: cortar parte que não servem e substituí-las por outras superfícies.
Além disso, em certos casos, estas técnicas permitem a obtenção de matrizes capazes
de produzir uma quantidade limitada de peças, ideal para o emprego na produção de lotes
pilotos.
Os sistemas CAM trabalham baseados em modelos matemáticos provenientes do
sistema CAD. Através desses modelos, os sistemas geram um arquivo de caminho de
ferramenta através do pós-processador (software que gera o programa do comando específico
da máquina). Através dos sistemas CAM é possível transferir todas as coordenadas para que
as máquinas CNC ( Comando-Numérico-Computadorizado) efetuem as usinagens da peça.
Quanto maior a precisão do desenho gerado no CAD, maior será a precisão dos
caminhos de ferramenta gerados pelo CAM e consequentemente uma peça de melhor
qualidade.
2.4 - Fundição e criação
A fundição consiste em deixar que o metal vazado no estado líquido (fundido) se
solidifique no interior de um molde (refratário, metálico), adquirindo o seu formato. A
fundição pode ser considerada como sendo o único processo de obtenção de peças pela
aplicação de um só método de formar [3].
Entende-se por modelagem, de um modo geral, todos os requisitos necessários para a
confecção de um corpo chamado modelo com, fins de se obter a partir deste, a reprodução de
peças fundidas, sendo que todos os requisitos devem complementar a idéia expressa do
projeto.
Na modelagem, é indispensável considerar o “projeto” da peça, o qual deve ser feito
tendo em vista a necessidade de reprodução de um metal fundido e dentro a idéia básica de ser
necessário criar um negativo do modelo. Estas duas condições básicas, fundição e criação
do negativo, forçam o projetista a imaginar as melhores condições para a obtenção de uma
peça facilmente moldável e que propicie condições de enchimento o mais fácil possível ao
metal a ser utilizado.
5
Os fatores que mais influenciam no projeto de uma peça fundida são fluidez,
contração, a resistência a quente e características geométricas [4]
Pode-se dizer que no processo de fundição têm-se, apenas, as etapas de fusão e
solidificação entre a matéria-prima sólida e o produto semi-acabado. É um processo que
permite a obtenção de peças de formas complexas, ou seja, é o processo de conformação de
metais que permite a maior liberdade de formas [5]
2.5 – Desempenho do alumínio
As características do alumínio permitem que ele tenha uma diversa gama de
aplicações, por isso, o alumínio é dos metais mais utilizados no mundo todo.
É um dos primeiros processos industriais utilizados na produção de artigos de metal.
As propriedades do alumínio e a tecnologia moderna oferecem excelentes condições, com
controles científicos adequados, para que se possam produzir grandes quantidades de peças
mantendo uma qualidade uniforme. O mercado conta com excelentes ligas de alumínio que
proporcionam uma grande variedade de propriedades para as peças fundidas.
As principais são: baixa temperatura de fusão, forte tendência à oxidação, baixa
densidade, alta condutividade térmica e elevado coeficiente de dilatação.
As peças fundidas de alumínio têm suas principais aplicações na área automotiva e de
transportes, que representam cerca de 60% do consumo do alumínio neste segmento.
Como exemplo, pode-se citar blocos de motor, caixas de câmbio, carcaça de motores e
rodas para automóveis e veículos pesados e moldes para injeção e entre outros [6].
O alumínio é o terceiro elemento mais abundante encontrado na natureza, depois do
oxigênio e do silício e representa 8% da crosta terrestre. Também está presente no solo, água,
no ar.
Material leve, durável e bonito, o alumínio mostra um excelente desempenho e
propriedades superiores na maioria das aplicações. Produtos que utilizam o alumínio ganham
também competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora.
6
2.6 – Moldes de injeção direta
A fabricação de calçados em moldes de injeção direta é um processo simples, de alta
produtividade, que utilizam materiais adequados à moldagem de formas complexas, permitem
perfeição de cópia, como imitação de cortiça madeira, couro, etc. Possibilita injeção direta
em cabedais, com extrema facilidade para variação de densidades, opera em baixas
temperaturas e pressões, com menor custo e vida longa dos moldes, fáceis de tingir, e possui
versatilidade na adequação à moda, permitindo a produção de componentes flexíveis e ou
rígidos.
Um molde bem projetado deverá garantir a continuidade do fluxo plástico, resistir às
pressões de modelagem, resfriar convenientemente, proporcionar o acabamento desejado ao
produto e permitir a sua fácil extração
7
2.7 - Funcionamento do sistema de injeção direta.
Para a produção através do sistema de injeção direta de duplo material ou dupla
densidade, é necessário, primeiramente, o molde ser adaptado ao dispositivo acoplado na
injetora, de preferência rotativa. Para este processo, tem-se uma cavidade com uma tampa
para ser injetado a primeira camada. Em seguida retira-se esta tampa para o acoplamento do
cabeçote com a parte lateral do molde e em seguida injeta-se a outra camada Algumas
indústrias mais modernas e automatizadas, principalmente na área de tênis, já possuem a
injeção de até quatro cores diferentes.
De acordo com cada processo, estas máquinas estão adaptadas com sistemas eletro
pneumático, podendo realizar o processo de injeção com apenas um ou vários materiais.
Primeiramente é injetada a primeira camada que é a parte externa do solado, fechando
a cavidade com a tampa e injetando o material que na prática é mais resistente e onde serão
recebidos esforços de desgaste em contato com o solo. Em seguida, a tampa é movida para
cima através de um dispositivo e a parte superior do calçado, que é justamente o cabeçote, é
introduzido dentro do molde fechando com o a parte externa (lateral) e então injetando a parte
intermediária do solado, ligando-se a parte externa à parte superior (figura 2.1).
Figura 2.1: Processo de injeção.
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2.8 - O dispositivo de abertura do molde
O operador coloca o cabedal no cabeçote, o dispositivo abre o molde (parte lateral),
em seguida move a parte superior (onde está acoplada todos os cabeçotes) para cima, girando
a tampa e movendo para baixo fechando o molde para ser injetado a primeira camada. Como
este processo é continuo, o carrossel gira para ser injetado o outro molde seguinte dando o
tempo de cura para ser injetado no próximo bico de injeção e assim que o processo estiver
completo, o operador destrava o cabeçote e retira o produto (figuras 2.2 e 2.3).
Figura 2.2: Dispositivo para injeção de quatro cores.
9
Figura 2.3: Dispositivo para os moldes.
Na fabricação de calçados, os componentes dos sistemas são usualmente dosados e
misturados em equipamentos, que operam em baixas pressões, podendo ser vertidos em
moldes abertos, ou injetados em moldes fechados. A moldagem em moldes abertos ( figura
2.4 ), é usada principalmente para produção de solados unitários ( para colagem posterior no
cabedal no processo manual ) que são posteriormente afixados à parte superior do calçado,
com adesivo de colar.
As máquinas injetoras normalmente são do tipo carrossel (figura 2.5) e permitem
atualmente a moldagem de solados de uma ou duas densidades ou uma ou duas cores
diferentes, podem chegar a ter 15 pares de moldes.
10
Figura 2.4: Moldagem em molde aberto.
Figura 2.5: Máquina injetora do tipo carrossel para solado.
Na moldagem por injeção direta, o solado é unido ao calçado em uma única etapa,
neste caso, como o sistema é curado no molde, ocorre formação de uma adesão forte com a
parte superior do calçado, devido à formação de ligações químicas entre os grupos isocianato
e átomos de hidrogênio ativo do substrato do cabedal [7].
11
3 - Metodologia
3.1- Definição da maquete
O desenvolvimento é um fator fundamental no processo de integração de diferentes
processos de fabricação, é objeto de desafio e competitividade entre os mais variados ramos
de produção.
Apresenta-se o desenvolvimento de um molde de solado com o cabeçote articulado
pneumático para injeção direta ou derrame de poliuretano, podendo também ser injetado com
outros tipos de materiais.
A definição da maquete é baseada em desenhos de moldes já existentes, cujo objetivo
principal é o seu funcionamento mecânico em conjunto com a automação, através do recurso
de modelagem manual.
Deve-se avaliar a sua produção em termos de custo e tempo da execução do conjunto
do molde. Através de uma maquete, pode-se construir o molde pelo processo de fundição ou
usinagem (fresado), partindo tudo isso através da forma (cópia da anatomia do pé) como
mostrado na figura 3.1, para a construção do molde de injeção direta de solado.
Figura 3.1: Forma Utilizada para o desenvolvimento do projeto.
12
3.2 – O projeto
Para o projeto foi desenvolvido manualmente, um conjunto de maquetes sola cabeçote,
deste produto com escala 1x1, com materiais industriais, borracha colorplac, madeira caixeta
e massa plástica de poliéster ( figuras 3.2 , 3.3 , 3.4 e 5.5 ).
Figura 3.2: Projeto 2d do solado.
13
Figura 3.3: Forma com cabeçote e maquete.
Figura 3.4: Maquete projeto.
14
Figura 3.5: Projeto executado.
O modelo foi desenvolvido para apresentar e definir a viabilidade da sua construção
com o cilindro pneumático em cabeçote articulado.
Através da automação para este processo de produção e através de dispositivos para
moldagem em série, resultou-se em uma maior produtividade. Atualmente, estas injetoras
automatizadas podem possuir vários robôs para o processo ser mais ágil.
A atividade humana cada vez exige mais rapidez resultando um grande desgaste aos
operadores. A operação manual nesta cadeia de produção resulta em grandes esforços ao
operador, portanto, a construção de um cabeçote articulado pneumático resultaria em uma
redução desses esforços, considerando ainda, que os operários devem trabalhar poucas horas
diárias em uma mesma função para não apresentarem lesões por esforços repetitivos.
15
3.3 – Funcionamento
O processo atual de funcionamento do cabeçote articulado hoje é totalmente manual
(figura 3.6), onde o operário tem que fazer esforços físicos para colocar o cabedal, travar o
cabeçote e depois destravar o cabeçote e retirar o produto que está totalmente preso devido à
contração do material. A função do cabeçote articulado é principalmente, fazer pressão na
parte traseira do produto (calcanhar) para sair facilmente, caso contrário, o produto sairia com
muita dificuldade e com grande esforço do operador. Uma outra função do cabeçote seria ter a
cópia anatômica do pé no próprio injetado.
Figura 3.6: Cabeçote articulado.
Para o projeto proposto, ao cabeçote articulado seria acrescentado um cilindro
pneumático de dupla ação, com o objetivo de sacar o produto com pouco esforço do operador.
Apenas através de um toque em um botão (figura 3.7), o operador aciona o cilindro
pneumático para posicionar com mais facilidade o cabedal ( parte vestuário do calçado couro
ou sintético ) no cabeçote e depois em outro toque aciona-se para posicionamento do cabedal
em seu local para a injeção. Após o seu ciclo de injeção, o operador aciona novamente o outro
botão e o cilindro empurra a parte do calcanhar para o produto sair com mais facilidade.
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Dessa forma, reduz-se o esforço do operador na retirada do produto do cabeçote e assim
sucessivamente.
Figura 3.7: Cabeçote articulado com cilindro pneumático.
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3.4 – O cilindro pneumático
Econômico e de fácil uso, o cilindro pneumático é projetado para realizar tarefas
usualmente repetitivas atribuídas a uma grande flexibilidade de controle, proporcionando uma
alta velocidade, o que faz ser um grande aliado quando queremos respostas rápidas.
Graças a essas características, o cilindro substitui os produtos convencionais mecânicos,
possibilitando aumentar a velocidade dos movimentos nos dispositivos de máquinas.
É uma alternativa para espaço reduzido, longos intervalo de manutenção e baixo consumo
de energia.
Para o projeto foi calculado o cilindro para o seu melhor desempenho, especificando-se
um cilindro com as aplicações necessárias para a operação. O projeto foi considerado a
condição física do modelo, a distância do curso onde o cilindro irá atuar, a força necessária
para acioná-lo e a necessidade de um cilindro de dupla ação para a necessidade de
acionamento e desacionamento através de botões, abrindo e fechando o cabeçote articulado
(figura 3.8).
O cilindro escolhido através dos cálculos para a determinação do diâmetro do êmbolo é
um cilindro pneumático de dupla ação de marca Festo (código DG-16-P).
Cálculo do Cilindro:
F avanço= P. πD2/4 – 0,1 . F avanço
1,1 . F avanço = P πD2/4
1,1x100 = 6x105 x πD2/4
D= 0,0153 m
Onde:
F = Força ( N )
P = Pressão ( N / m2 )
D = Diâmetro ( m )
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Cilindros pneumáticos Festo - atuadores para qualquer aplicação Cilindro convencional DGS-16- -P - 4935
Figura 3.8: cilindro de marca Festo.
Cód. da peça: 4935
Com anéis de amortecimento elásticos nas posições finais.
Os cilindros convencionais DGS são cilindros robustos com baixa fricção estática, grande
deslizamento e capacidade de operação.
Dupla ação DGS
Curso 1 - 400 mm
Diâmetro do êmbolo 16 mm
Amortecimento P: Anéis/placas de amortecimento elástico nas posições finais de
curso
Detecção de posição Sem
Variantes Haste do êmbolo unilateral
Pressão de trabalho 1 - 10 bar
Modo de operação De dupla ação
Meio operacional Ar comprimido filtrado
Temperatura ambiente -20 - 80 °C
Força teórica a 6 bar, retorno 91 N
Força teórica a 6 bar, avanço 121 N
Conexão pneumática G1/8
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3.5 - Válvula de controle
Para alterar a direção do fluxo do ar para o cilindro usa-se uma válvula de controle
direcional, a válvula 5/2 vias de acionamento duplo pneumático. Trata-se de uma válvula que
possui uma entrada de pressão, dois pontos de utilização e dois escapes (figura 3.9). Tem
como objetivo orientar o fluxo de ar, impor bloqueios, orientar a direção que o fluxo deve
seguir, a fim de realizar um trabalho proposto, através de acionamento, que podem ser, por
exemplo através de botões 3/2 vias retorno por mola.
1 ( P ) = conexão de alimentação
4,2 (A,B) = conexão de trabalho
5,3( R,S) = escape
12,14 = piloto auxiliar
Figura 3.9: Válvula 5/2 vias.
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3.6 – Circuito pneumático
Figura 3.10: Circuito pneumático.
Na figura 3.10 apresenta-se o circuito pneumático utilizado para o projeto. Foram
utilizados dois botões pneumáticos 3/2 vias, um para o avanço e outro para o retorno do
cilindro. Utilizou-se um cilindro festo de Diâmetro do êmbolo de 10 mm DSN-25-100,
válvula ISO VL-5/2-D.1C e os dois botões t-3-m5 de acionamento retorno por mola, todos
doado pela faculdade para a apresentação e conclusão da maquete.
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3.7 - Os moldes
Com base em moldes já existentes, observa-se que este processo já é bastante antigo e
que a indústria de calçados vem crescendo lentamente, mas de forma promissora e precisando
cada vez mais se automatizar como visto na figura 3.11, molde da década de 50 com uma
unidade ( estação ) de molde e a figura 3.12 máquina rotativa com várias unidades (estações)
automatizadas.
Como é o próprio tema deste trabalho incluímos um cilindro pneumático no cabeçote
articulado para que o operário destes moldes, na hora da produção, tenha um menor desgaste e
esforço e consequentemente um aumento de produção, uma vez que este tipo de molde
geralmente é colocado em injetoras rotativas de 12 ou mais estações, ou seja, vários moldes
em seqüência.
Figura 3.11: Molde década de 50.
22
Figura 3.12: Máquina rotativa com várias estações automatizada.
3.8 - Tipos de processos para a fabricação
Para a construção deste projeto pelo processo de fundição, deve-se construir um par de
conjuntos de maquetes e cabeçote (forma modificada e adaptação a maquina), com as devidas
contrações da fundição. No caso, geralmente estes moldes são produzidos em alumínio por ter
um custo mais baixo, alta resistência mecânica, excelente condutibilidade térmica, fácil
usinabilidade e principalmente alívio de peso (3x mais leve que o aço).
Para a construção do molde, devem-se colocar as devidas contrações existentes na
fundição, dependendo da fundição, a contração do alumínio é de 1,5%. No processo de
injeção direta de solados não se acrescenta a contração do material a ser injetado devido ao
produto ser unificado no próprio cabedal ( parte vestuário do calçado couro ou sintético), que
por sinal será vestida no próprio cabeçote dando a anatomia do pé no solado na hora da
injeção.
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No caso do molde a ser usinado utiliza-se a reversão do produto, ou seja, a
digitalização da forma (cópia da anatomia do pé) e a partir desta digitalização constrói-se o
desenho do solado e o molde em 3D ( figura 3.13) através de software mais avançado tipo
Delcam, Rhinoceros e outros,
Figura 3.13: Molde em 3D.
Em muitos casos, deve-se construir primeiramente a maquete para a digitalização uma
vez que o cliente deseja ver seu produto em cópia real antes da produção. Por mais detalhado
que seja o modelamento em 3D, não conseguimos ver um espaço real do produto. Tendo a
maquete em mãos conseguimos enxergar detalhes físicos e se está de acordo com o seu modo
previsto e o design do produto real como visto na figura 3.14. E por fim pode-se analisar se
haverá possíveis alterações futuras antes de confirmar a execução do projeto.
Figura 4.14: Exemplo do molde construído de resina a partir da maquete.
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3.9 - Entendendo o projeto como um estudo da atividade
O projeto foi estabelecido, procurando-se atender uma tendência cada vez mais
presente nas empresas de calçados, com a evolução do mercado cada empresa deve avaliar a
possibilidade de adotar alguns equipamentos que possam tornar seu processo produtivo e mais
competitivo.
Cada vez mais a tecnologia busca a promoção de novos produtos, mas também,
direciona e orienta outra escolha para um novo e complexo produto que para ser aceito,
depende de vários estudos, comportamento de visões diferentes que é o processo de
engenharia.
A tecnologia da automação empregada nos processos industriais dão vantagens
competitivas para a indústria, pois podem diminuir custos, aumentar a produção, dar mais
qualidade na produção, aumentar os lucros e a satisfação dos clientes. Para este projeto ser
executado a estimativa do custo para o mercado seria em média de 10% do valor do molde.
Para o desenvolvimento do projeto foram utilizadas normas técnicas de construção de
solados de segurança, adotadas pelo Ministério do Trabalho que atesta a qualidade dos
solados de segurança emitindo o Certificado de Aprovação (C.A.).
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5 - Conclusão
Este projeto é resultado da aplicação da automação, sendo adotados alguns
procedimentos tecnológicos. Todas as tarefas foram desenvolvidas de forma a tornar o
trabalho interessante e motivador, levando a tomar decisões próprias, levantando
questionamentos em busca de soluções e também para o enriquecimento do conhecimento na
área de atuação.
Com a realização desse trabalho conclui-se de uma maneira geral, que para a obtenção
de peças de moldes de injeção de solados, é necessária uma avaliação prévia dos problemas
que poderá ocorrer durante o desenvolvimento usando experiência anterior. Conclui-se
também a viabilidade da utilização do sistema proposto, aumentando a produtividade e
diminuindo os esforços repetitivos do operador e que é possível desenvolver um projeto que
possa atender o mercado cada vez mais competitivo. A utilização de uma maquete para uma
prévia avaliação dos problemas contribui significativamente para o desenvolvimento do
processo de fabricação.
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Apêndice 1 – Molde de resina e madeira
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Apêndice 2 – Cabeçote com os acessórios pneumáticos
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Apêndice 3 – Conjunto completo das maquetes
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Apêndice 4 – Simulação de injeção
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Apêndice 5 – Projeto final
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 - VON MEYSENBUG, C. M.; PARELLADA, Ricardo. Tecnologia de plásticos para
ingenieros. Bilbao: Urmo, 1967 221 p. (Manual del ingeniro tecnico4).
2 - Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping ). Conceitos Básicos. Prof. Jonas de Carvalho.
Disponível em: http://www.numa.org.br/conhecimentos/conhecimentos_port/pag_conhec/
prototipagem.html
3 - SIEGEL, Miguel. Fundição. 10. ed. São Paulo: Associação Brasileira de Metais, 1978 var.
pag.
4 - GALISA, Jose Aldo de. Tecnologia de fundição: processos de fabricação II. Itatiba: [s.n.],
1999 28 p.
5 - SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL - MG. Iniciação a
fundição. 3. ed. 1990 73 p. (Publicação Técnica-Fundição1).
6 - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO ALUMÍNIO. O Alumínio: Processos de Produção.
Disponível em: http://www.abal.org.br/aluminio/processos_fundicao.asp. Acesso em 30
março. 2008.
7 - VILAR, W. Química e Tecnologia dos Poliuretanos. 3a Ed., Vilar Consultoria, Rio de
Janeiro, Dez / 2004. Disponível em: http://www.poliuretanos.com.br/Cap4/482CalcadosPro-
cesso.htm. Acesso em: 18 fev. 2008.
