INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE

SÃO PAULO.

CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

Luiz Fellipe Venâncio Dos Reis

Vitor Fernando Farias

Jonatas Kelvin Honorato Martins da Silva

Otavio Vinicius Arnaldo de Albuquerque

Processo de Fabricação da Tubeira

Programa Integrador apresentado ao Instituto

Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

de São Paulo – Campus São José dos

Campos, como requisito para obtenção do

Título de Técnico em Mecânica sob

orientação do Professor Ricardo Becker

Mendes de Oliveira.

São José dos Campos

2016

BANCA EXAMINADORA

Projeto Integrador (PI) defendido e aprovado em

02 de Junho de 2016, pela banca examinadora constituída pelos professores:

Prof. Me. Ricardo Becker Mendes de Oliveira

_________________________________________

Orientador (a)

Prof. Dr. Irineu Yassuda

_________________________________________

Banca

Prof. Me. Neimar Sousa Silveira

_________________________________________

Banca

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SUMÁRIO

1 Introdução ...............................................................................................................5

2 Objetivo ..................................................................................................................5

2.1 Objetivo Especifico .............................................................................................5

3 Justificativa .............................................................................................................6

4 Funcionamento da Tubeira .....................................................................................6

5 Referencia Teórica .................................................................................................7

5.1 Material do dispositivo..........................................................................................7

5.2 Comando Numérico Computadorizado ................................................................7

5.3Usinagem..............................................................................................................8

5.4 Serramento ..........................................................................................................9

5.5 Torneamento .....................................................................................................10

5.6 Furação..............................................................................................................10

6 Materiais e Métodos ..............................................................................................10

6.1 Material (aço 1045) ..........................................................................................10

6.2 Plano de Fabricação .........................................................................................11

6.3 Softwares Utilizados..........................................................................................11

6.3.1CAD ................................................................................................................11

6.4 Torno CNC .........................................................................................................12

6.5 Torno convencional ............................................................................................13

6.6 Serra Fita ..........................................................................................................14

7 Resultados e Discussões ......................................................................................15

8 Referencias ...........................................................................................................16

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AGRADECIMENTOS

A Deus, por tudo que conquistei e porque até aqui a tua mão tem nos sustentado.

Ao Professor Neimar Souza Silveira, agradecemos pela sua paciência na orientação

e incentivo para conclusão deste trabalho.

Ao Professor Ricardo Becker, agradecemos por ter nos apresentado esse projeto e

nos auxiliar em decorrer do processo.

Ao Professor Fernando Henrique, por nos auxilia na compra dos materiais e na

fabricação da tubeira.

Ao Professor Ever Grisol, por nos ensinar diversas teorias em relação a tubeira.

Ao Professor Leonardo Oliva, por ter compartilhado seus conhecimentos com todo o

grupo.

Ao Instituto Federal de São Paulo, por nos fornecer os espaços e recursos

necessários para a realização do projeto.

Agradecemos de maneira geral a todos os professores e servidores do Campus que

nos ajudaram, e nos incentivaram ao decorrer de todo projeto.

Agradecemos nossas famílias por ter nos apoiado e incentivando desde o principio

do curso.

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“O pessimista vê dificuldade em cada oportunidade, o otimista vê oportunidade em cada

dificuldade”.

Winston Churchill

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RESUMO

O processo de fabricação de uma tubeira, consiste em um componente com

o objetivo de acelerar os gases produzidos na câmara de combustão à velocidades

supersônicas, saindo dainércia, levando a aceleração gradativa aumentando a

aceleração do foguete. Os gasesproduzidos na câmara de combustão, provenientes

da combustão do propelente, devem apresentar como propriedades uma alta

velocidade supersônica, elevada pressão temperatura elevada, e obter um bom

estudo de casos da tubeira.

Palavras chaves: Tubeira, usinagem, Foguete.

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1 INTRODUÇÃO

Este estudo busca apresentar de forma clara e técnica a produção de uma

tubeira, localizada na parte inferior do foguete, sendo o ultimo componente do

dispositivo. Comestetrabalho iremos demonstrar inteiramente, os estágios do

processo exibindo os conceitos técnicos para sua realização, também expressaà

estrutura do projeto ressaltando seus princípios e sua importância. A sua fabricação

teve como principal motivo demonstrar as etapas do seu processo.

Como visto em ambientes acadêmicos, a construção do foguete por si só

representará inspiração para os futuros alunos, a fim de estimular o interesse pela

tecnologia. Os fundamentos adquiridos ao longo do curso foram fundamentais para

o embasamento científico e tecnológico para ser aplicado no projeto.

2 OBJETIVO

A proposta deste trabalho consiste em obter um estudo de caso, em função da

fabricação da tubeira, realizando código “G’, desenhos técnicos, para fabrica-la”.O

Componente que tem como objetivo acelerar os gases produzidos na câmara de

combustão à velocidade supersônica levando o seu movimento a uma aceleração

que aumenta de forma gradativa.

2.1 OBJETIVO ESPECÍFICO

Apresentar de forma clara a função da tubeira, e apresentar seu plano de

fabricação, expondo seus componentes, funcionalidade e sua importância no

andamento do conjunto como um todo, a fim de obter um projeto que possa

estimular interesse em outros alunos, e posteriormente, dar-se continuidade no

processo de um foguete, e conforme a aplicação do conhecimento adquirido ao

longo do curso, na fabricação, usinagem, linguagem ISO, desenho técnico e

utilização de softwares. A fim de obter experiências durante a realização do projeto

em grupo e no trabalho escrito.

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3 JUSTIFICATIVA

A realização deste trabalho tem como finalidade demonstrar o funcionamento

da tubeira, e também na fabricação dela,estudando vários métodos para sua

fabricação. Despertando interesse em outros alunosparaacontinuidadedotrabalhoou

na realização de novos projetos, relacionados a tal, criando outros equipamentos ou

realizando análises em maquinários já existentes.

4 FUNCIONAMENTO DA TUBEIRA

O funcionamento da tubeira não é algo simples, envolve bastante estudo e

contem muitas teorias em cima de seu funcionamento, ela é responsável por

acelerar os gases da câmara de combustão. A tubeira é composta por três partes, a

convergente, garganta e por ultimo divergente.

A sessão convergente tem o objetivo de gerar uma alta pressão nos gases,

para na seqüência, passar pela sessão da garganta e tem o objetivo de liberar a alta

pressão gerada anteriormente na sessão convergente, com isso aumentando sua

velocidade, e consequentemente sendo liberada na sessão divergente.A seguir uma

figura (4.1) demostrando seu funcionamento.

Figura 4.1 – Sessões da tubeira.

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5 REFERENCIAS TEORICAS

Serão apresentados métodos que estamos utilizando para a realização do

projetonecessários para realizar as análises e para o estudo e aplicação.

5.1 MATERIAIS (AÇO 1045)

O aço SAE 1045 é um aço para beneficiamento com temperabilidade baixa, ou

seja, baixa penetração de dureza na seção transversal. Possui uma boa relação

entre resistência mecânica e tenacidade, é utilizada em geral. Para grandes seções

utilizar o tratamento térmico de normalização. É utilizado na fabricação de

componentes de uso geral onde seja necessária uma resistência mecânica superior

a dos aços de baixo carbono convencionais. Aplicado principalmente em eixos em

geral, pinos, cilindros, ferrolho, parafusos, grampos, braçadeiras, pinças, cilindros,

pregos, colunas, entre outros, é utilizado na fabricação de peças para indústria

mecânica em geral. Há vários tipos de aços que são utilizados industrialmente (O

aço é um tipo de material que é amplamente utilizado na indústria metal mecânica),

mais para este projeto utilizaremos o aço SAE 1045 por ser um aço, que oferece

uma temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção

transversal, e também possui uma boa relação entre resistência mecânica e

resistência à fratura.

5.2 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO

É um sistema que permite o controle de máquinas, sendo utilizado

principalmente em tornos e centros de usinagem. Permite o controle simultâneo de

vários eixos, através de uma relação de movimentos escrita num código específico

(Controle Numérico Computadorizado). Um breve histórico do CNC, as primeiras

máquinas CN (Comando Numérico) foram construídas na década de 50 e rodavam

através de cartões perfurados. Enquanto o conceito dessa forma de controlar

máquinas ferramentas provou que reduziria os custos das indústrias, as fabricantes

demoraram em dar atenção a esta invenção. Para promover uma rápida adoção

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deste sistema, o exército dos Estados Unidos comprou 120 máquinas CN, e as

alugou para várias empresas para que elas se familiarizassem com esta tecnologia.

No final da década de 50 o CN começou a emplacar, embora ainda houvesse

diversas deficiências e dificuldades. Mas em 1979 os Estados Unidos e os Alemães

desenvolveram o CNC (Comando Numérico Computadorizado), que é utilizado no

dias de hoje. Ao longo do tempo foram aperfeiçoando, e melhorando as maquinas

CNC, e seus conceitos até nos dias de hoje. (www.protoptimus.com.br).

Para um melhor entendimento da linguagem ISO de programação tem como

base aplicação do deslocamento da ferramenta por acionamentos eletroeletrônicos

no plano cartesiano em outras palavras, a utilização do plano espacial definidas pelo

eixo X e Y, para auxílio do deslocamento da ferramenta ou peça. Elaboramos os

códigos no caderno, e executamos no simulador.

5.3 USINAGEM

A usinagem é um processo de fabricação que promove a retirada de material

da peça por cisalhamento, o restante do material retirado por esse processo é

chamado de cavaco. Existem vários tipos de classificações na usinagem como:

torneamento, fresamento, furação, mandrilamento, serramento, brochamento e

roscamento, entre outros. Nestas operações, assim como nos demais processos de

usinagem, existe uma série de importantes parâmetros de corte a considerar. Eles

descrevem quantitativamente os movimentos, as dimensões e outras características

da operação de corte.

Como nos outros processos de usinagem, existe uma serie de parâmetros de

corte que são os movimentos, as dimensões e outras características da operação

de corte. (www.cimm.com.br).

• Frequência de rotação (n) [rpm]: É o número de voltas por unidade de tempo

que a fresa dá em torno do seu eixo, pode ser calculado pela equação (1)

abaixo, sendo rotação [rpm] representado pela letra n; velocidade de corte vc

[m/min] e; diâmetro D [mm].

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𝑛 =𝑉𝑐×1000

𝜋×𝐷𝑟𝑝𝑚 (1)

• Velocidade de corte (vc) [m/min]: É a velocidade instantânea do ponto

selecionado sobre o gume, no movimento de corte, em relação a peça. Este

parâmetro pode ser calculado pela equação (2) abaixo:

𝑉𝑐 =𝜋×𝐷×𝑛

1000𝑚/𝑚𝑖𝑛 (2)

• Velocidade de avanço (f) [mm/rpm]: É a velocidade instantânea do ponto

selecionado sobre o gume, no movimento de avanço, em relação a peça. A

equação (3) a seguir determina esta variável representando-a pela letra

f[mm/rot], onde vf é o avanço linear [mm/min] e n é a frequência de rotação.

𝑓 =𝑣𝑓

𝑛𝑚𝑚/𝑟𝑝𝑚 (3)

• Profundidade de corte (ap) [mm]: É a quantidade que a ferramenta penetra na

peça, medida perpendicularmente ao plano de trabalho (na direção do eixo).

5.4 SERRAMENTO

O serramento é o corte de metais e outros materiais é uma das operações

mais aplicadas, sendo na maioria das vezes a primeira operação do processo de

fabricação, responsável por dividir a matéria prima, que é adquirida em chapas,

barras ou tarugos. (www.iem.unifei.edu.br/).

É uma operação extremamente útilquando existe a necessidade de retirar

pequenas quantidades de materiais que possuem maior volume, acelerando e

facilitando o processo de fabricação, e é uma operação fundamental, visto que o

corte de materiais é uma operação preliminar.

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5.5 TORNEAMENTO

Torneamento é o processo de usinagem usado para fabricar peças cilíndricas,

no qual a ferramenta desenvolve um deslocamento linear, enquanto a peça exerce

um movimento rotacional. Normalmente executado por um Torno, o torneamento

usina o diâmetro da peça até certa dimensão especificada dando-lhe um baixo

índice de rugosidade propicio a um melhor acabamento. (www.mazak.com.br)

5.6 FURAÇÃO

A furação é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um

furo geralmente cilíndrico numa peça, com o auxílio de uma ferramenta

multicortante. Para tanto a ferramenta ou peça se desloca segundo uma trajetória

retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. (www.sjc.ifsp.edu.br).

Uma variante da furação é o alargamento de furos, onde uma ferramenta

similar à broca, porém com múltiplos gumes, remove material de um furo,

aumentando seu diâmetro, ao mesmo tempo conferindo-lhe um alto grau de

acabamento. Este é um processo típico de acabamento (www.cimm.com.br).

6 MATERIAS E MÉTODOS

A metodologia apresentará os recursos que são necessários durante a

elaboração do projeto, assim como os softwares que irão servir de apoio.

6.1 MATERIAIS (AÇO 1045)

Há vários tipos de aços que são utilizados industrialmente (O aço é um tipo

de material que é amplamente utilizado na indústria metal mecânica), mais para

este projeto utilizaremos o aço SAE 1045 por ser um aço, que oferece uma

temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção transversal, e

também possui uma boa relação entre resistência mecânica e resistência à fratura.

A seguir tabela (5.1) com todas as composições químicas que estão compostas no

material. (www.acosporte.com.br).

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Tabela (5.1). Composição química do material da tubeira.

6.2 PLANO DE FABRICAÇÃO

A realização do plano de fabricaçãonos auxiliará no planejamento da

fabricação da tubeira, com desenhos, dimensões, ferramentas a ser utilizados,

avanço, softwares, para nos auxiliar durante a realização do projeto.

6.3 SOFTWARES UTILIZADOS

Os softwares utilizados para ajustes e facilitação dos desenhos e para

prévios testes de códigos foram:

6.3.1 CAD

Programa desenvolvido pela companhia de softwareAutodesk que permite

criar protótipos virtuais tridimensionais, que pode apresentar vários métodos e

formas na criação de peças. O Programa a ser escolhido será o Autodesk Inventor,

por oferecer, mas funções como, três dimensões diferentes, programas de projetos

Composição Química Porcentagem

Carbono (0,43% - 0,50%)

Silício (0,15% - 0,35%)

Magnésio (0,30% - 0,60%)

Fósforo (0,03% máx.)

Enxofre (0,05% máx)

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mecânicos 3D, simulações de produtos, criação de ferramentas e comunicação de

idéias de projeto, é o mais prático entre as opções de programas, favorecendo o

entendimento, e também será muito útil para executar o ”código G”.

6.3.2 SINUTRAIN

Este é um simulador da Siemens que usamos para realizar simulações e os códigos

do plano de fabricação da tubeira, acertando todos os erros e deixando o código da

forma ideal para no final usarmos no torno CNC para realizar a usinagem. Segue

abaixo figura (6.3.2) do simulador.

Figura 6.3.2- Simulador da Siemens (Sinutrain)

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6.4 TORNO CNC

Para realização da usinagem, utilizaremos como é mostrado na (fig.5.6) o

torno CNC da linha VEKER LVK 175, com potencia de 7.5 KW, torque de 2 KN.m e

rotação do eixo arvore 3.000 rpm e o comando numérico computadorizado

SIEMENS/802Duma linha de simuladores desenvolvida pela companhia para

reproduzir as funcionalidades de um comando numérico computadorizado. O

comprimento máximo para torneamento é de 800mm e o magazine de ferramentas

é automático com capacidade para 8 ferramentas. Segue abaixo a figura (5.6) do

CNC a ser utilizado no processo de usinagem. (www.bener.com.br)

Figura 5.4- Centro de torneamento CNC.

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6.5 TORNO CONVENCIONAL

Para o inicio do projeto utilizou-se o torno VEKER TVK 1440 ECO, como é

mostrado na (fig.5.5), o torno convencional com potencia de 1.5 KW, e tem

velocidade de 70-2000 RPM, e seu comprimento total para torneamento é de 1000

mm. (http://www.bener.com.br). Segue abaixo a imagem do torno convencional a

ser utilizado no processo de usinagem.

Figura 5.5- Torno convencional

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6.6 SERRA FITA

Iremos utilizar a serra fita da Bener, que usaremos para o corte de tarugos, para

deixarmos no comprimento ideal para a usinagem, A seguira (fig 5.6) da Serra fita

que será utilizado .

Figura 5.6- Serra fita

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7 Resultados e Discussões

Foram pensados diversos métodos para realizar o projeto, através de

análises encontramos uma maneira mais eficaz e pratica, para aplicar no projeto. O

objetivo desta era a fabricação da tubeira, para dar continuidade no projeto do

professor mediador.

Apesar de algumas dificuldades como a falta de métodos a ser adotados,

edemora na execução no processo de usinagem e na escolha do material, o projeto

obteve sucesso e definimos todos os métodos do trabalho.

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8 REFERENCIAS

Fonte: Bener Veker,Disponível:< /img/produtos/lvk-175-4fb658e890b40. pdf>.acesso

30 de março de 2016, as 16 horas.

Fonte: Aço SAE, Disponível: </www.acosporte.com.br/aço-sae-1045> acesso 22 de

abril de 2016, as 16 horas.

Fonte: Protoptimus Disponível:</WWW.protoptimus.com.br/maquinas-cnc-historia-

comando-numerico-computadorizado/> acesso 11 de maio de 2016, as 15 horas.

Fonte: Mazak, Disponível </https://www.mazak.com.br/machines/product/turning/>

acesso 12 de maio de 2016, às 16 horas

Fonte: Unifei Disponível

</http://www.iem.unifei.edu.br/gorgulho/download/Parte_4_Serramento.pdf/> acesso

13 de maio de 2016, às 14 horas

Fonte: Ifsp</sjc.ifsp.edu.br/portal/index.php/webdiario/.../1-material-

didatico?...3.../>acesso 13 de maio às 15:30 horas

Fonte: cimm</http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/3354-

furacao#.VzYdtvkrK1t/> acesso 13 de maio às 16 horas

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Anexos