Processo Fabric 77proc

8/14/2019 Processo Fabric 77proc

1/10

77

A U L A

77

A U L A

Ohomem primitivo s contava com as pr-prias mos para cortar os materiais. Depois, descobriu que podia fazer ferramen-tas de ossos, gravetos ou pedras. Com essas ferramentas rsticas, produzia suas

roupas, utenslios de cozinha, abrigos e armas.

Com a descoberta dos metais, o bronze e o ferro passaram a ser usados naconfeco de ferramentas manuais e, por um perodo que durou aproximadamen-te um milho de anos, os instrumentos feitos com esses materiais possibilitaramao homem exercer um gradativo domnio sobre os fenmenos da natureza.

At o sculo XVII, as ferramentas continuaram a ser operadas mo, ou pordispositivos mecnicos rudimentares. Tais mtodos tornaram possvel a cons-truo de navios, edificaes, moblias e utenslios diversos para uso cotidiano.

A compreenso de que a gua, o vapor e, mais tarde, a eletricidade podiamser usados como fontes de energia, possibilitou a produo de mquinas-ferramenta operadas por essas foras, levando ao desenvolvimento da indstriadas mquinas-ferramenta nos sculos XVIII e XIX.

No sculo XX, como voc j sabe, o desenvolvimento tecnolgico provocouuma revoluo nos meios e modos de produo estabelecidos, possibilitandoo acesso a novas fontes de energia que, por sua vez, tornaram viveis novasaplicaes industriais.

Nesta virada de sculo, os desafios impostos pelas novas necessidades deproduo continuam a ser vencidos a passos largos. Processos tecnolgicos

alternativos vm sendo desenvolvidos, na busca permanente de maior qualida-de, maior produtividade e menor custo. Alguns desses processos voc j viuem aulas anteriores deste mdulo, como o corte a laser , o corte plasma e o cortepor jato de gua.

Esta aula e a prxima sero dedicadas ao estudo de outros quatro mtodosavanados de usinagem, de uso ainda pouco difundido entre ns. Nesta aulasero abordadas a usinagem por feixe de eltrons e a usinagem por ultra-som.Na aula seguinte, sero apresentados os mtodos de usinagem qumicae usinagem eletroqumica.

Mtodos avanados

de usinagem: feixede eltrons e ultra-som


2/10

77

A U L AAo terminar o estudo dessas aulas, voc ter uma viso geral dos princpiosde funcionamento desses novos mtodos e dos procedimentos operacionaisdos equipamentos desenvolvidos para utilizar sua potencialidade.

Mtodos tradicionais X mtodos avanados

Nos processos tradicionais, o arranque de material se d por cisalhamentoou abraso. Esses mtodos apresentam limitaes para usinagem de materiaisduros e de peas com formas complexas.

Por outro lado, os novos processos de usinagem baseiam-se muito maisem princpios eletrofsicos do que nas propriedades mecnicas dos materiais.

Segundo esses novos mtodos, a usinabilidade dos materiais depende,predominantemente, de caractersticas como:

ponto de fuso; condutibilidade trmica;

resistividade eltrica; peso atmico.

A miniaturizao de peas e componentes e a exatido requerida paraatender s necessidades atuais so outros fatores que funcionam como obstculoaos mtodos convencionais de usinagem, mas no constituem problema paraos mtodos avanados, que possibilitam a remoo de material molculapor molcula e at mesmo tomo a tomo.

Alguns desses novos mtodos baseiam-se em teorias j conhecidas h algumtempo. Porm, sua utilizao s se tornou possvel graas ao desenvolvimentode suportes tecnolgicos adequados. o caso, por exemplo, da usinagem porfeixe de eltrons, que s se tornou vivel a partir do momento em quese conseguiu maior domnio sobre a produo de cmaras de vcuo, como vocver a seguir.

Usinagem por feixe de eltrons

Este mtodo baseia-se no princpio de que o bombardeamento de eltronsgera energia, ou seja, quando os eltrons so acelerados e concentrados em umfeixe, uma intensa energia cintica produzida.

Quando o feixe assim concentrado choca-se contra uma superfcie bemdefinida, o impacto faz com que a energia cintica transforme-se em energiatrmica, alcanando altssimas temperaturas, capazes de fundir praticamentetodos os tipos de materiais conhecidos.

O mecanismo pelo qual os feixes concentrados penetram na pea ainda no completamente conhecido. Entretanto, sabe-se que a energia altamente con-centrada do feixe de eltrons vaporiza instantaneamente o material no ponto deimpacto. O material derretido ao redor do ponto de impacto rapidamenteejetado pela presso do vapor sendo, dessa forma, removido do material.

Nossa aula


3/10

77

A U L A Este processo foi inicialmente utilizado por volta dos anos 50, na rea desoldagem, quando as primeiras construes nucleares passaram a exigir asoldagem isenta de oxidao, de materiais reativos como o titnio e o zircnio.

O desenvolvimento das cmaras de vcuo trouxe a soluo para o problemaanterior e ainda permitiu um maior aproveitamento do potencial de energia doseltrons acelerados. Isso porque, numa cmara de vcuo possvel concentrar aenergia que seria dispersada pelo atrito dos eltrons com as molculas de ar, de

modo que se produza uma grande convergncia do feixe, com reduo das zonastermicamente afetadas. O vcuo, alm de evitar a disperso do feixe, possibilitaobteno de elevadas densidades de energia e maior capacidade de penetraono material a ser usinado.

A convergncia do feixe pode ser ajustada por meio de lentes magnticas.Dependendo do modo como o feixe aplicado sobre a pea, pode ser usado paraoutras finalidades, alm da soldagem, como o tratamento trmico, o corte demateriais e a microusinagem.

A figura a seguir mostra como a localizao do ponto de foco possibilitaa obteno de diferentes aplicaes do feixe.

As aplicaes que mais nos interessam, nesta aula, so o corte, a furaoe a microusinagem.

Equipamento bsico para produo do feixe de eltrons

O pioneiro na utilizao de feixes de eltrons foi Steigerwald, que projetouuma mquina prottipo em 1947. As modernas mquinas de feixe de eltronsfuncionam pelos mesmos princpios, at hoje.

Analise a figura a seguir. Ela mostra uma representao esquemtica de umamquina industrial para produo de feixes de eltrons. Os componentes

bsicos, presentes em todas as mquinas, so: canho emissor de eltrons, lentesde focalizao e sistema de ajuste de foco. Estes componentes esto alojadosnuma cmara de vcuocmara de vcuocmara de vcuocmara de vcuocmara de vcuo, que atinge at 10-4 TorrTorrTorrTorrTorr.Torr:

unidade de medida

de presso.

Equivale a 1/760 da

atmosfera normal.

O nome uma

homenagem ao

italiano Torricelli,

que desenvolveu os

estudos pioneiros

nessa rea.


4/10

77

A U L AO canho emissor de eltronscanho emissor de eltronscanho emissor de eltronscanho emissor de eltronscanho emissor de eltrons, que sempre trabalha em alto vcuo (10-4 Torr), o dispositivo que gera os eltrons. composto, basicamente, de um mecanismode emisso e acelerao dos eltrons, constitudo pelo ctodoctodoctodoctodoctodo e pelo nodonodonodonodonodo.

O ctodo, que montado dentro de uma vlvula conhecida por Wehnelt, feito de um filamento de tungstnio, e quando aquecido at 2.500C ou 3.000C,liberta eltrons.

A alimentao do canho feita por um transformador especial de alta-tenso, que produz uma grande diferena de potencial (ddp) entre o ctodoe o nodo, da ordem de 150kV, suficiente para acelerar os eltrons em direo pea a ser usinada. Os eltrons assim acelerados chegam a atingir de 0,2 a 0,7da velocidade da luz.

Os eltrons acelerados so direcionados para o nodo e o atravessam saindopor um orifcio na extremidade. Na sada do nodo, os eltrons aceleradospassam pelo diafragma que serve para fazer convergir o feixe . Mesmo no vcuo,o feixe tende a dispersar-se. Para evitar essa disperso, ele conduzido atravsde um conjunto de lentes magnticas.

O sistema de controle para ajuste de focosistema de controle para ajuste de focosistema de controle para ajuste de focosistema de controle para ajuste de focosistema de controle para ajuste de foco, que permite manter a direo dofeixe para a pea usinada, constitudo por um conjunto de bobinas de deflexodeflexodeflexodeflexodeflexo,por dentro das quais passa o feixe de eltrons. Por essas bobinas passa umacorrente eltrica, que gera um campo magntico. Este campo magntico interfereno feixe, para permitir o ajuste de foco, nas posies xxxxx e yyyyy.

A uma distncia determinada das bobinas, obtm-se o menor dimetrode feixe (ponto focalponto focalponto focalponto focalponto focal). Nesse ponto tem-se a densidade de energia mximadensidade de energia mximadensidade de energia mximadensidade de energia mximadensidade de energia mxima,pois toda a energia do feixe est concentrada na menor rea possvel. Passandoo ponto focal, o feixe tende a divergir novamente.

Wehnelt:

palavra alem que

quer dizer vlvula.Ctodo revestido

de xido de metais

alcalinos (clcio,

estrncio e brio),

usado para

melhorar a emisso

de eltrons a

temperaturas

moderadas.

Deflexo:

mudana de

direo do

movimento de um

raio para um lado

(esquerdo ou

direito).


5/10

77

A U L A Remoo de material por feixe de eltrons

As taxas de remoo de material na usinagem por feixe de eltrons sousualmente avaliadas de acordo com o nmero de pulsos requeridos paraevaporar uma certa quantidade de material.

O uso de contadores de eltrons para registrar o nmero de pulsos permitepronto ajuste do tempo de usinagem, para produzir a profundidade de corte

requerida.Por enquanto, algumas aplicaes da usinagem por feixe de eltrons ainda

se encontram em fase experimental, no representando uma alternativa compe-titiva do ponto de vista tcnico ou econmico, quando comparadas a outrosprocessos. Mesmo assim, a industria aeroespacial, a aeronutica e a eletrnicaso exemplos de reas que j vm utilizando este processo com resultadospositivos na produo de mltiplos microfuros, litografia em semicondutorese microusinagem de peas complexas.

Mas certamente as dificuldades atuais sero superadas em decorrnciado permanente esforo de pesquisa e desenvolvimento voltado para esta rea.

Portanto, fique atento: no perca a oportunidade de conhecer melhor esteassunto e se aprofundar nele, acompanhando os eventos que divulgam tecnologiasde ponta. Enquanto isso, aproveite para conhecer os princpios bsicos de outroprocesso avanado de usinagem.

Usinagem por ultra-som

A usinagem por ultra-som um processo que permite executar penetraesde formas variadas em materiais duros, frgeis e quebradios como o vidro,a cermica e o diamante, que dificilmente seriam obtidas pelos processosconvencionais.

Na usinagem por ultra-som, uma ferramenta posta para vibrar sobreuma pea mergulhada em um meio lquido com p abrasivo em suspenso,numa freqncia que pode variar de 20 kHza 100 kHz.

Fique por dentroFique por dentroFique por dentroFique por dentroFique por dentroAs freqncias de sons audveis pelo ouvido humano esto na faixa

de 20Hz a 20kHz.Os sons com freqncia abaixo de 20 Hz so chamados infra-sonsinfra-sonsinfra-sonsinfra-sonsinfra-sons.Os sons com freqncia acima de 20kHz so chamados ultra-sonsultra-sonsultra-sonsultra-sonsultra-sons.

Hertz (Hz):

unidade de medida

de freqncia. Um

Hz corresponde a

um ciclo por

segundo. O kHz

(quilohertz) um

mltiplo do Hz eequivale a 1000

ciclos por

segundo.


6/10

77

A U L A

Ondas

longitudinais: as

partculas vibram

na mesma direo

da propagao da

onda, ou seja,

oscilam em torno

de sua posio de

repouso, em uma

direo paralela

direo de

propagao.

O martelamento produzido pelas vibraes capaz de erodir o material,formando uma cavidade com a forma negativa da ferramenta. No h contatoentre a ferramenta e a pea. A usinagem feita pelos gros finos e durosdo material abrasivo, que atacam a superfcie da pea.

A ferramenta no precisa ser muito dura, podendo ser feita de material fcilde usinar, uma vez que no entra em contato com a pea.

Uma variao desse processo de usinagem obtida com o uso de umaferramenta rotativa, que aumenta a capacidade de remoo do material erodido.Quando conjugado com uma mesa do tipo CNC, o equipamento com ferramentarotativa possibilita a obteno de figuras complexas, por contorneamento.

O processo de usinagem por ultra-som aproveita a energia de vibraoenergia de vibraoenergia de vibraoenergia de vibraoenergia de vibraomecnicamecnicamecnicamecnicamecnica, comunicada aos gros de abrasivo, que vibram na mesma direodo sonotrodosonotrodosonotrodosonotrodosonotrodo.

O sonotrodosonotrodosonotrodosonotrodosonotrodo constitudo por uma barra metlica, na qual se ativam asvibraes ultra-sonoras, no sentido do seu eixo. Na ponta do sonotrodo fixadaa ferramenta, com a forma inversa da que se deseja dar pea a ser usinada.

As vibraes mecnicas s se propagam atravs de um meio material, nuncano vazio. Essas vibraes transmitem-se por excitao das molculas, queoscilam ao redor de sua posio de repouso.

Um ponto em oscilao, partindo de uma posio extrema e voltando a estaposio, completa um ciclociclociclociclociclo e tem uma amplitudeamplitudeamplitudeamplitudeamplitude (A) determinada. O nmerode ciclos efetuados por unidade de tempo, ou freqnciafreqnciafreqnciafreqnciafreqncia das oscilaes, umacaracterstica essencial das vibraes. A amplitude dada pelo mximo afasta-mento do ponto em relao a sua posio de equilbrio.

O conjunto de vibraes locais e sua propagao formam uma ondade vibraes. As ondas se propagam atravs dos materiais a uma veloci-dade constante. Esta velocidade depende da natureza do material e do tipo deonda considerado. Para as aplicaes industriais, as ondas longitudinaisondas longitudinaisondas longitudinaisondas longitudinaisondas longitudinaisso as mais utilizadas.

DicaDicaDicaDicaDica

Para saber mais sobre ondas mecnicas, consulte a Aula 2121212121 do mduloEnsaios de MateriaisEnsaios de MateriaisEnsaios de MateriaisEnsaios de MateriaisEnsaios de Materiais, que trata de ensaio por ultra-som.

Gerao dos ultra-sons

A maior parte dos corpos materiais possui certas propriedades elsticas.Isto quer dizer que, se uma parte do corpo forada alm de sua posio natural,a reao do corpo tende a trazer esta parte de volta para o seu lugar. Produz-se,assim, um movimento de oscilao comparvel ao de um pndulo de mola.


7/10

77

A U L A

Cada corpo tem uma freqncia prpria de vibrao. A produo dos ultra-sons utiliza essa capacidade de vibrao que os corpos apresentam.

Uma das formas possveis de produzir ultra-som vale-se do efeito Jouleefeito Jouleefeito Jouleefeito Jouleefeito Joulemagntico,magntico,magntico,magntico,magntico, tambm conhecido como magnetostriomagnetostriomagnetostriomagnetostriomagnetostrio.

Na mquina de ultra-som para usinagem, a parte mais importante da

cabea ultra-sonora, que funciona segundo o princpio da magnetostrio, constituda por uma haste em liga de nquel, que envolvida por uma bobina,percorrida por uma corrente de alta freqncia. O campo magntico geradopela passagem da corrente atravs da bobina provoca a vibrao da hastemetlica, no sentido do eixo.

Esta haste encontra-se em um banho de leo, que resfriado por umaserpentina em cobre, na qual circula gua.

O efeito assim obtido muito pequeno, mas pode ser aumentado desdeque se consiga produzir a vibrao em ressonnciaressonnciaressonnciaressonnciaressonncia com as vibraesprprias da barra.

Ressonncia:

a igualdade entre

a freqncia deuma fonte e a

freqncia prpria

de vibrao de um

corpo. Nesse caso,

a fonte cede,

progressivamente,

energia ao corpo,

que passa a oscilar

numa amplitude

cada vez maior.

Efeito Joule

(Mag): diminuio

das dimenses de

um slido quando

submetido a um

campo magntico.

O efeito muito

pequeno e tem

algumas aplicaes

prticas

importantes como

no sonar, em

fongrafos etc.


8/10

77

A U L AFique por dentroFique por dentroFique por dentroFique por dentroFique por dentroVoc sabe por que os soldados so proibidos de marchar sobre uma ponte?

A resposta tem a ver com o fenmeno da ressonncia.

A marcha consiste numa passada ritmada sobre uma estrutura, no casoa ponte, que tem uma freqncia prpria de oscilao. Se houver uma coincidn-cia entre a freqncia de vibrao das passadas e a freqncia prpria devibrao da ponte, ou seja, se as vibraes entrarem em ressonncia, a ampli-tude da vibrao pode aumentar exageradamente, causando danos pontee pondo em risco a integridade dos soldados!

Caractersticas do equipamento

Uma mquina de ultra-som para usinagem constituda, basicamente, pelosseguintes componentes:

um geradorum geradorum geradorum geradorum gerador de corrente de baixa freqncia;;;;;

um conversor eletroacsticoum conversor eletroacsticoum conversor eletroacsticoum conversor eletroacsticoum conversor eletroacstico que consiste de um transdutor eletroacstico,isto , um dispositivo que transforma as oscilaes eltricas em ondas ultra-sonoras;

um amplificadorum amplificadorum amplificadorum amplificadorum amplificador, feito geralmente de titnio, que tem por funo transmitire aumentar as amplitudes das vibraes do transdutor sobre o qual estfixado;

uma ferramenta de usinagemuma ferramenta de usinagemuma ferramenta de usinagemuma ferramenta de usinagemuma ferramenta de usinagem, facilmente intercambivel, que pode seroca ou macia.

O conjunto montado sobre uma guia de preciso, que se desloca vertical-mente, sem jogo nem atrito, e equilibrado por um sistema de contrapeso.

O equipamento inclui um dispositivo de regulagem de presso sobre a peaa ser usinada, montado na parte exterior da mquina.

Nas mquinas mais antigas, um relgio comparador de leitura diretapermitia controlar permanentemente a profundidade de penetrao da ferra-menta. Atualmente, esse controle feito por sistemas eletrnicos.


9/10

77

A U L A A pea a ser usinada fixada sobre o tanque de abrasivo que podeser adaptado a uma mesa de coordenadas, com movimentos comandadospor um micrmetro. Este conjunto centralizado sob a ferramenta.

Como abrasivo pode-se utilizar o carbeto de boro, de silcio, xidode alumina ou diamante em p, com tamanhos de gros variando entre 0,5 mme 0,002 mm.

O material abrasivo deve ser, no mnimo, to duro quanto a pea usinada.Mesmo assim, parte do prprio abrasivo acaba sendo erodida durante a usinagem,de modo que a rea de usinagem deve ser continuamente alimentada por umsuprimento adicional de gros. Este procedimento contribui para resfriara suspenso durante a usinagem e facilita a remoo do material erodido.

Consideraes sobre a usinagem por ultra-som

A usinagem por ultra-som permite cortes limpos, porque as vibraes ultra-snicas produzem a fuso do material e, ao mesmo tempo, soldam as pontasdas fibras cortadas.

Embora furos, ranhuras e formas irregulares possam ser usinadas por ultra-som em qualquer material, pesquisadores sugerem que o processo seja apli-cado, preferencialmente, em materiais duros e quebradios, envolvendo reasde superfcies inferiores a 1000 mm2, onde devem ser produzidas cavidadesrasas e cortes.

Em outras palavras, a usinagem por ultra-som, assim como outros mtodosde usinagem, tambm tem suas limitaes e representa um vasto campo a serpesquisado e aperfeioado.

Depois de tanta novidade, conveniente dar uma parada, refletir um poucosobre o que foi aprendido e fazer os exerccios a seguir, para ajudar na compre-enso e fixao dos assuntos estudados.

Marque com X a resposta correta.

Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Na usinagem por feixe de eltrons, os eltrons acelerados possuem:a)a)a)a)a) ( ) energia trmica que se converte em energia cintica;

b)b)b)b)b) ( ) energia cintica que se converte em energia trmica;c)c)c)c)c) ( ) energia eltrica que se converte em energia trmica;

d)d)d)d)d) ( ) energia trmica que se converte em energia eltrica.

Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2O feixe de eltrons gerado numa cmara de vcuo para evitar:a)a)a)a)a) ( ) a perda de energia dos eltrons no choque com as molculas de ar;

b)b)b)b)b) ( ) a atrao dos eltrons para os orbitais livres dos tomos de oxigniodo ar;

c)c)c)c)c) ( ) a concentrao do feixe de eltrons;d)d)d)d)d) ( ) o resfriamento do filamento de tungstnio gerador de eltrons.

Pare! Estude!Responda!


10/10

77

A U L AExerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Na usinagem por feixe de eltrons, o ponto focal o ponto:a)a)a)a)a) ( ) onde o feixe de eltrons atinge o material a ser usinado;

b)b)b)b)b) ( ) de maior densidade de energia;c)c)c)c)c) ( ) de maior disperso de energia;d)d)d)d)d) ( ) onde se encontra o maior nmero de eltrons.

Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Na usinagem por ultra-som, o corte do material se d pela ao:a)a)a)a)a) ( ) da ferramenta fixada no sonotrodo;

b)b)b)b)b) ( ) do transdutor eletroacstico;c)c)c)c)c) ( ) do amplificador de ressonncia;d)d)d)d)d) ( ) do material abrasivo.

Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Na usinagem por ultra-som, a ressonnciaa)a)a)a)a) ( ) produz um rudo desagradvel;

b)b)b)b)b) ( ) aumenta a freqncia das oscilaes do gerador;c)c)c)c)c) ( ) aumenta a amplitude da freqncia de vibrao do gerador de ultra-

som;d)d)d)d)d) ( ) diminui a freqncia das oscilaes do gerador.

Documents

Processo Fabric 77proc