UNIVERSIDADE DE TAUBAT Vicente Jos Fernandes Costa Ferreira
Sistema de regulagem do esforo de corte em chapas metlicas com variao de espessuras
Taubat SP 2005
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UNIVERSIDADE DE TAUBAT Vicente Jos Fernandes Costa Ferreira
Sistema de regulagem do esforo de corte em chapas metlicas com variao de espessuras
Dissertao apresentada para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Taubat. rea de Concentrao: Automao e Controle Industrial Orientador: Prof.Dr.Jos Rui Camargo
Taubat SP 2005
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VICENTE JOS FERNANDES COSTA FERREIRA
SISTEMA DE REGULAGEM DO ESFORO DE CORTE EM CHAPAS METLICAS COM VARIAO DE ESPESSURAS
Dissertao apresentada para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Taubat. rea de Concentrao: Automao e Controle Industrial
Data:.................................................
Resultado:.........................................
BANCA EXAMINADORA
Prof.Dr. Jos Rui Camargo Universidade de Taubat
Assinatura:...............................................................................................................
Prof.Dr. Francisco Jos Grandinetti Universidade de Taubat
Assinatura:................................................................................................................
Prof.Dr. Jos Geraldo Trani Brando Universidade Estadual Paulista
Assinatura:................................................................................................................
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Dedico esta Dissertao a minha noiva, Patrcia, pela pacincia; a meus pais ngelo e Elaine, pelo apoio; e ao meu av Alverne, que na saudade eterna fortaleceu a determinao.
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AGRADECIMENTOS
A Deus, pela fora nos momentos mais difceis permitindo sade, sabedoria e perseverana.
Ao meu orientador Prof. Dr. Jos Rui Camargo, Chefe do Departamento de Engenharia Mecnica pelo total apoio, conhecimento dos assuntos abordados, colaborao, boa vontade, motivao, permisso para uso do laboratrio, os quais foram imprescindveis realizao deste trabalho.
Aos assistentes do laboratrio Flvio e Joo, pela colaborao e disposio de seu tempo no auxlio de montagem do circuito.
biblioteca da UNITAU, pelo auxlio na consulta de seu acervo. Aos amigos dson, Fabrcio Kawakami e Nilo Sampaio, pelo incentivo e
colaborao neste trabalho. Aos tcnicos de manuteno, automao e eltrica da fbrica: Jos Augusto,
Lourival, Ccero, pelos esclarecimentos daqueles que vivem o prtico no dia- a- dia. Ao Eng.Eduardo Motta da Cunha, diretor da empresa Metta Automao de
Resende RJ, pela sua colaborao . Ao Sr. Waldemir Amaro, colega de Mestrado, pelas dvidas esclarecidas e auxlio
nos circuitos.
A empresa Parker pelo fornecimento dos cilindros pneumticos, pois no seria possvel a realizao do ensaio sem os acessrios principais.
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LISTA DE SMBOLOS
Fator de correo (N) C Capacitncia (kg.m2/ N) D Dimetro da matriz (mm) d Dimetro do puno (mm) e Espessura da chapa (mm) E Mdulo de elasticidade (N/mm2) Fc Fora de corte (N) fs Fator de segurana adimensional H Espessura da matriz circular (mm) J Momento de inrcia seo circular (mm4) L Comprimento de flambagem (mm) P Permetro de corte (mm2) p0 Presso inicial (Pa) Pi Presso resultante ( Pa) R Constante universal dos gases ( 8,31 Pa.m3.mol-1.K-1) S rea de flambagem (mm2) ndice de esbeltez adimensional f Carga de flambagem ( N/mm2) C Tenso de cisalhamento (N/ mm2)
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 5.1 A DISPOSIO DO CIRCUITO EM BANCADA FIGURA 5.2 O ESQUEMA ELETROPNEUMTICO REALIZADO FIGURA 5.3 BANCADA EXPERIMENTAL FIGURA 5.4 DETALHE DO DISPOSITIVO MEDIDOR E CILINDROS FIGURA 5.5 O PROGRAMA DO CLP PARA A MOVIMENTAO DOS CILINDROS
52 55 56 56 59
FIGURA 1.1- CROQUI DA BANCADA DE ENSAIO FIGURA 2.1 ESTAMPO DE CORTE E SUAS PARTES
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FIGURA 2.2 GRFICO DA FOLGA DO PUNO COM A MATRIZ 23 FIGURA 2.3 O PUNO EM DETALHE 25 FIGURA 2.4 A MATRIZ CIRCULAR EM DETALHE 26 FIGURA 2.5 BASE E ESTAMPO EM DETALHE 27 FIGURA 2.6 PORTA PUNO E COLUNA GUIA EM DETALHE 28 FIGURA 2.7 VISTA SUPERIOR MONTAGEM DAS BASES 30
FIGURA 2.8 VISTA TRIDIMENSIONAL DA PUNCIONADEIRA 30 FIGURA 3.1 VISTA TRIDIMENSIONAL DOS ATUADORES ALIMENTA-
DORES
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FIGURA 3.2 ESQUEMA SENSOR INDUTIVO 35 FIGURA 3.3 VLVULA PROPORCIONAL REGULADORA DE PRESSO PARKER
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FIGURA 3.4 DETECTOR DE ESPESSURA DE CHAPAS 37
FIGURA 3.5 CROQUI DA DISPOSIO DOS ATUADORES 38 FIGURA 3.6 O ESQUEMA PNEUMTICO DOS ATUADORES 40 FIGURA 3.7 O REL E SEUS CONTATOS 40 FIGURA 3.8 ESQUEMA ELTRICO 41 FIGURA 3.9 O ESQUEMA PNEUMTICO DOS ATUADORES 43 FIGURA 3.10 O ESQUEMA ELTRICO DAS ENTRADAS E SADAS 44 FIGURA 4.1 O DIAGRAMA SEQUENCIAL DA PUNCIONADEIRA 46 FIGURA 4.2 DIAGRAMA LGICO SEQUENCIAL 47
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LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1 CARACTERSTICAS DOS MATERIAIS DE UM ESTAMPO DE CORTE
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TABELA 3.1 FATOR DE CORREO EM ATUADORES PNEUMTICOS 32 TABELA 3.2 ESPECIFICAO ATUADORES PNEUMTICOS 33 TABELA 3.3 ETAPAS DE MOVIMENTAO DOS ATUADORES TABELA 3.4 ETAPAS DE MOVIMENTAO DOS ATUADORES E SENSORES
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43 TABELA 4.1 ELEMENTOS DE ENTRADA E SADA DO CIRCUITO TABELA 5.1 SEQNCIA DA OPERAO TABELA 5.2 SENSORES E CILINDROS UTILIZADOS
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54 55
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NOMENCLATURA
CLP Controlador Lgico Programvel CC Corrente contnua CA Corrente alternada NA Normalmente aberto NF Normalmente fechado UCP Unidade central de processamento PID Aes de controle: Proporcional Integral-derivativo mA Miliampre
S0 Botoeira de comando S1 Sensor fim de curso 1 S2 Sensor fim de curso 2 S3 Sensor fim de curso 3 S4 Sensor fim de curso 4 S5 Sensor fim de curso 5 S6 Sensor fim de curso 6 S7 Sensor fim de curso 7 S8 Sensor fim de curso 8 S9 Sensor fim de curso 9 Y1 Vlvula solenide 1 Y2 Vlvula solenide 2 Y3 Vlvula solenide 3 Y4 Vlvula solenide 4 K Rel
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SUMRIO
LISTA DE SMBOLOS LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS LISTA DE NOMENCLATURAS
RESUMO ABSTRACT
1. INTRODUO 14 1.1 JUSTIFICATIVA 14
1.2 OBJETIVOS 14 1.3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 15 1.4 REVISO DE LITERATURA 16 2. O PROJETO MECNICO 19 2.1 PROCESSO DE CORTE 19 2.2 ESFOROS DE CORTE E A CARGA DE FLAMBAGEM 19 2.3 ESTAMPO DE CORTE 20 2.3.1 CARACTERSTICAS DOS MATERIAIS 21 2.4 FOLGA ENTRE PUNO E MATRIZ 22 2.5 DESENVOLVIMENTO MECNICO DA PUNCIONADEIRA 23 2.5.1 CLCULO DOS ESFOROS DE CORTE NAS CHAPAS ESCO- LHIDAS
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2.5.2 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES MECNICOS 24 2.5.2.1 PUNO 24 2.5.2.2 MATRIZ 25 2.5.2.3 BASE E ESTAMPO SUPERIOR 26 2.5.2.4 PORTA PUNO E COLUNAS -GUIAS 27
2.5.2.5 PRENSAS CHAPAS, BUCHAS DE GUIAS, TOPES, PS DAS MESAS, SUPORTES DE COLUNA, GUIA CHAPAS, PAINEL DO
CILINDRO E FIXADORES
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2.5.3 O SISTEMA MECNICO PARA INTERPRETAO DAS ESPESSURAS DE CHAPAS
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2.5.4 A MONTAGEM DA MQUINA E SEU ESBOO TRIDIMENSIO - 30 NAL
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3. O CIRCUITO ELETROPNEUMTICO 31 3.1 OS ATUADORES PNEUMTICOS E SEU DIMENSIONAMENTO 32 3.2 OS ELEMENTOS SENSORES 34 3.3 A VLVULA PROPORCIONAL REGULADORA DE PRESSO 36 3.4 O DETECTOR DE ESPESSURA DE CHAPAS 37 3.5 A DESCRIO DOS MOVIMENTOS DOS CILINDROS 38 3.6 O ESQUEMA DO CIRCUITO ELETROPNEUMTICO E DEMAIS COMPONENTES
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3.6.1 O CIRCUITO APLICADO COM RELS 39 3.6.2 O CIRCUITO ELETROPNEUMTICO COM O CLP 43 4. O DIAGRAMA SEQUENCIAL 45 4.1 O DIAGRAMA FUNCIONAL DO CIRCUITO 45 4.2 O CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL 49 5. A MONTAGEM DO CIRCUITO EM BANCADA 51 5.1 A COMPOSIO DO CIRCUITO 51 5.2 O ESQUEMA DE MONTAGEM DA BANCADA E A DISPOSIO DOS ELEMENTOS
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5.3 AS ADAPTAES NECESSRIAS 53 5.4 O CIRCUITO REALIZADO 54
5.5 O PROGRAMA UTILIZADO NO CLP 56 6 RESULTADOS E CONCLUSES 59 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 61
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RESUMO
Este trabalho apresenta o projeto de um sistema que possa ser aplicado sob uma operao de execuo de furos em chapas metlicas, tendo em vista atender a um dos processos mais empregados na indstria de conformao mecnica, junto com a busca de resultados mais eficientes.
O objetivo propor um sistema eletropneumtico, que seja capaz de escolher por meio de um dispositivo mecnico medidor de espessuras de chapas, com um sensor em sua extremidade, a presso exercida sobre um atuador pneumtico que simula o puno de corte na chapa, sendo o sistema capaz de regular esforos de corte aplicados em espessuras distintas de chapas, no caso, duas chapas metlicas de diferentes espessuras e suas respectivas regulagens de presso operando sob uma mesma mquina, obtendo um resultado otimizado de produo.
A primeira etapa do projeto consiste no dimensionamento mecnico da mquina de corte das chapas, onde so efetuados os clculos dos esforos de cortes necessrios para atender as respectivas espessuras, levando em considerao s foras de cortes, as cargas de flambagem. Um modelo virtual desenvolvido no intuito de se obter a montagem da mquina, lembrando que os furos so circulares e de mesmo dimetro e as espessuras de chapas so de 1 mm e 3mm respectivamente.
Para o reconhecimento da espessura das chapas um dispositivo mecnico elaborado, sendo composto de uma haste que se movimenta a partir de uma mola, tendo na extremidade do dispositivo um sensor que atua assim que a chapa de maior espessura passa pela haste; j a de menor espessura faz com que o sensor no atue.
Na etapa prtica elaborado o circuito em uma bancada, de maneira a atender ao projeto em suas etapas, seja a pneumtica, a eltrica, a mecnica e a automao dos elementos utilizando um controlador lgico programvel. O programa em ladder realizado no CLP controla as movimentaes das chapas e a seleo de presso nas vlvulas solenides. Durante a fase de montagem os sensores e as vlvulas so ligadas com base nos esquemas desenvolvidos.
Palavras-Chave: Sistema eletropneumtico, esforos de corte, medidor de espessuras de chapas.
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ABSTRACT
This work presents the project of a system that can be applied under a punching operation with different thickness metal plates and the pressure variation, knowing that is one of the most used process in the mechanical industry conformation, it reaches the most efficient results applied to the studied process.
The main is to consider a electropneumatic system that is capable to choose the pressure in the pneumatic actuator, measuring the thickness metal plates using a
thicknesses mechanical measurement device, which can recognize the different thickness with a sensor in its extremity, the pressure exerted on a pneumatic actuator that simulates the punching operation, being the system capable to regulate and applied the cutting efforts according the distinct thicknesses plates; in the case, two metallic plates of different thicknesses and its respective regulations of pressure operating under one same machine, getting an optimized result of production.
The first stage of the project consists to make the mechanical sizing of the punching machine, where the cutting efforts necessary to the process can be calculated and applied to each thickness variation. A virtual model is developed in the intention to get the assembly of the machine, remembering that the holes are circular and same diameter and the thicknesses plates are 1mm and 3mm respectively.
For the recognition of the gauge a mechanical device is elaborated, being composed of a connecting rod that it puts into motion from a spring, having in the extremity of the device a sensor, that acts directly in the 3mm thickness plate and it measures exactly when it passes the connecting rod; otherwise when the 1mm thickness plate passes, the sensor do not actuate and not send any signal.
In the practical the electro circuit is developed, in its stages, either the pneumatic, the electric one, the mechanics and the element automation using a logical controller programmable .The program in ladder is charged in the PLC, controlling the plates movements and making the pressure selection in the solenoid valves. During the assembly phase the sensors and the valves are the most essential elements in the project. In the execution of the essay was possible to prove the application of the pressures in the recognition of the thicknesses.
Key-words: Eletropneumatic system, cutting efforts cut, thickness measurement,
punching.
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CAPTULO 1: INTRODUO
1.1 Justificativa
A presena da engenharia de automao torna-se cada vez mais constante na indstria, onde a manufatura busca melhores resultados de produo, qualidade nos processos e rentabilidade.
Em especial no setor mecnico industrial, o processo de cortes em chapas metlicas apresenta inmeras aplicaes e especificaes de tolerncias, ajustes, tipo de material a ser empregado. A importncia de solues automatizadas para os processos torna-se essencial na medida em que a demanda aumenta, bem como a exigncia do mercado. Por isto a necessidade de novas pesquisas que visualizem a aplicao da automao dentro dos processos de fabricao.
Neste trabalho foi escolhido o processo de corte por puno no desenvolvimento de uma puncionadeira automtica com regulagem de presso em funo da variao de espessura em chapas finas, conceituando a aplicao mecnica com o dinamismo da automao.
1.2 Objetivos
Este trabalho busca desenvolver um sistema de escolha de presso de um atuador pneumtico para uma puncionadeira, quando variam as espessuras de chapas associadas ao corte, e dimensionar um equipamento mecnico com as seguintes variveis : a) a espessura das chapas; b) a presso no cilindro pneumtico, necessrio para executar os furos nas duas condies de espessuras de chapas empregadas; c) o monitoramento das espessuras das chapas atravs de sensores; d) a utilizao dos componentes mecnicos com os automticos, para a execuo do equipamento; e concluses finais quanto ao desempenho do ciclo da mquina como um todo.Tem como nfase avaliar o comportamento do leitor de espessura de chapas para a regulagem de esforo de corte junto ao cilindro pneumtico, de forma a garantir a proposta deste projeto.
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1.3 Desenvolvimento do trabalho
Para o desenvolvimento, o trabalho foi elaborado em duas etapas: na primeira parte, considera-se o projeto mecnico do equipamento, no qual dimensionada cada etapa da estrutura, tais como: o puno, porta-puno, guias, colunas, matriz, base, estampo, parafusos, com base nas frmulas de clculo dos esforos para corte com puno, flambagem da estrutura, espessuras dos perfis, sendo algumas medidas extradas de catlogos e tabelas padronizadas com suas respectivas especificaes e caractersticas, alm do desenvolvimento dos desenhos mecnicos propriamente ditos.
Na segunda etapa, especifica-se o sistema de automao eletropneumtica mediante as especificaes dos cilindros pneumticos, dos sensores indutivos, que, associados a um sistema de brao de alavanca de molas e vlvulas direcionais permitem a realizao da leitura das espessuras de chapas e a variao da presso no cilindro.
Como o trabalho tem o enfoque na realizao do monitoramento da espessura das chapas finas, no qual so analisadas duas destas (uma de 1.0 mm e outra de 3.0 mm) e a regulagem da presso no cilindro pneumtico atuando no puno, fazendo aplicar a fora de corte necessria para cada diferena de espessura de chapa. A presso inicial da puncionadeira ser regulada para fora de corte em chapa de 1.0 mm. A avaliao dos resultados dos ensaios tem como fator principal este monitoramento nas espessuras de chapas e sua importncia como soluo na aplicao da automao.
Figura 1.1: Croqui da bancada de ensaio
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1.4 Reviso de literatura
Para a elaborao desta dissertao foram consultadas vrias obras supra mencionadas:
KACZMAREK (1954) apresentou diversos desenvolvimentos de clculos de dimensionamento de estampagem e cortes, tais como comprimento do puno, foras de cortes, dimenses de ferramentas.
ROSSI (1964) descreveu os principais conceitos de operaes de estamparia como as de corte em chapas atravs de puno em mquinas prensas, suas principais caractersticas tcnicas e aplicaes em processos.
MURATA et al (1995) desenvolveram um processo de execuo de furos circulares sem puno, em chapas metlicas de espessuras finas, utilizando um gs altamente pressurizado em um circuito pneumtico previamente ensaiado. Nesta pesquisa proposta a substituio do tradicional mtodo de matriz e puno por uma furao de chapas de pequenas espessuras com gs altamente pressurizado.
BRITO (1999) descreveu sobre o dimensionamento do estampo de corte, os esforos, seus componentes e suas aplicaes tcnicas.
YASUHIRO et al (1999) realizaram um ensaio de execuo de furos circulares em chapas metlicas, a partir de um prottipo de alumnio utilizando-se do impulso obtido da presso hidrulica.
SORLI et al (1999) realizaram uma anlise dinmica dos atuadores de dupla ao, ambos lineares e rotatrios. Numa modelagem mecnica do circuito pneumtico composto de um atuador de dupla ao e uma vlvula digital, dois comportamentos so avaliados, o termodinmico e a equao de energia. So apresentadas as modelagens matemticas, seus ciclos e o diagrama em blocos.
SORLI et PASTORELLI (1999) estudaram a avaliao de desempenho de um servo sistema de controle de fora em um atuador pneumtico, em particular, a variao da atuao da fora desejada ,que controlada.
WANG et al (1999) descreveram sobre um controle de atuadores pneumticos de dupla ao, empregando a acelerao da alimentao, ao invs da presso de alimentao na construo de um sistema de atuao pneumtica.
NAZEER et al (2000) analisaram o comportamento elstico das chapas finas sendo perfuradas com puno circular, propondo um modelo matemtico nas fases da deformao durante a aplicao da fora na chapa e o incio da indentao; a fase de pr
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furao da chapa, j ocasionando a leve ruptura do material; a fase da perfurao origina uma flexo no material da chapa e a anlise do esforo aplicado ao longo da superfcie do furo executado,criando, desta forma, um modelo matemtico aplicado s chapas finas de alumnio de diferentes espessuras.
GUGUEN et al (2000) apresentaram um novo mecanismo que prope especificar duas extenses de uso do GRAFCET, em solues de sistemas complexos com semntica lgica definida, criando o uso de um mtodo definido como enclosing steps e o segundo como stored actions.
ELKINS et al (2001) desenvolveram um sensor para efetuar a medio do ngulo de dobra de chapas em prensas com base na medio de espessura de chapas e da caracterstica do material.
WATARI et al (2002) desenvolveram um mtodo de furar chapas finas com o uso de um puno base de uretano que permite aplicar em diversas dimenses e formas de furos circulares, com uma ferramenta mais elstica, propiciando um resultado de furo com mais qualidade.
OHO (2003) pesquisou e ensaiou uma tcnica de preciso para a execuo de furos circulares em chapas finas. Mesmo aps o trmino da operao, estas chapas j com furos, devem passar por processos de retrabalho para garantir a qualidade, tais como o limar, lixar, a fim de se remover as rebarbas provenientes do mesmo. Para contornar tais procedimentos, foi proposta uma tcnica denominada de CVJ (constant velocity joint) , sendo atribudo trs princpios bsicos em furos circulares de chapas finas: (a) supresso da deformao do trabalho realizado; (b)a reduo da tolerncia entre o puno e a matriz e (c) a aplicao de foras de compresso na rea de trabalho controlada, capaz de atender as condies acima descritas.Com esta tcnica, ocorre como resultado o efeito de otimizar o dimetro da matriz para resultar numa preciso do puno ao longo de seu corte.
BIENKOWSKI et al (2004) apresentaram a construo de sensores magnetoelsticos para medio de tenso e fora, levando em considerao as propriedades e o efeito magnetoelstico Villari , quando a energia total livre de um material magntico resultante da influncia de uma tenso ocasionada por fora externa,sendo desenvolvido um mtodo especfico de fora de compresso sobre o centro do elemento sensor, de maneira a distribuir uniformemente a tenso aplicada e o elemento magnetoelstico a atuar.
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FIALHO (2003) descreveu sobre a automao pneumtica e eletropneumtica com desenvolvimento de projetos, dimensionamento e anlise de circuitos, enfocando com objetividade os principais elementos que atuam nos circuitos.
SHIMIZU et TAYA (2004) desenvolveram um sistema de furao de chapas finas de alta velocidade usando um par de peas circulares rotacionais entre si (semelhantes a uma engrenagem) influenciando a velocidade de execuo da operao, garantindo a qualidade e a produtividade do processo analisado. Aplicando os ensaios de execuo de furos circulares em chapas finas, este processo prope a substituio da tradicional tcnica de estampo com matriz e o martelo ou puno, por um sistema de matriz macho-fmea circular, uma engrenagem superior como macho e uma inferior
como fmea, a chapa fina que passa entre os dois rolos matrizes onde, ento, o furo circular efetuado.
ROMANO E GUIMARES (1999) apresentaram um projeto de alimentador pneumtico para automao de processo de alimentao de chapas em prensas, no qual a tecnologia de comando baseia-se essencialmente na lgica binria associada lgebra de BOOLE. A tecnologia operativa adotada a pneumtica, por caracterizar-se tambm como um sistema binrio.
Neste trabalho ainda proposto um diagrama de funo seqencial em GRAFCET.
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CAPTULO 2: O PROJETO MECNICO
2.1 O processo de corte
A palavra corte, em seu sentido mais geral, significa uma operao que separa de lado a lado, em linha reta, uma tira, uma chapa, ou uma barra. Especialmente, o corte por puno uma operao mecnica na qual se consegue separar uma parte metlica de outra por intermdio de ferramentas especiais, obtendo-se instantaneamente uma figura determinada.
Uma chapa cortada entre um puno e uma matriz. O puno tem o mesmo formato da matriz, sendo que ligeiramente menor que a abertura da matriz. Este espao chamado de vo de quebra. O puno, ao descer, empurra o material para dentro da abertura da matriz. A mxima tenso que o material sofre situa-se na borda do puno e da abertura da matriz e, neste trecho, inicia-se a ruptura. Se o vo de quebra for correto, a trinca de ruptura superior e inferior se encontrar, tendo a quebra da pea.
medida que o puno adentra-se no metal, a fora exercida por este aumenta. Se o vo de quebra estiver dimensionado corretamente, o material se romper repentinamente, isto quando o puno atingir uma penetrao definida.
2.2 Os esforos de corte e a carga de flambagem
Segundo Brito (1999), a fora necessria para o corte depende de muitos fatores do material, entre os quais: espessura do material, permetro a ser cortado, a resistncia do material, folga e estado de afiao do puno, da matriz, etc. Denominando Fora de Corte (Fc), para o seu desenvolvimento sero utilizados apenas: o permetro de corte P, a espessura mxima do material (espessura nominal + tolerncia), e a tenso de cisalhamento do material C em Kgf/ mm2. Logo, a Fora de corte ser pela frmula (1):
Fc = P. e. C (1.1)
Outro fator importante a ser considerado a carga de flambagem, que considerada a menor fora axial capaz de manter a haste em equilbrio na posio deformada. A carga que provoca a flambagem determinada pela frmula de EULER, que vlida para valores onde o ndice de esbeltez for maior que 100, no
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caso de ao em geral, e para este tipo de carga podemos considerar igual fora de corte. Tm-se pelas frmulas (1.2), (1.3), (1.4):
f = pi2. E / 2 (1.2)
= L / i (1.3)
i = J/S (1.4)
Substituindo as equaes (1.3) e (1.4) em (1.2), tem-se (1.5):
f = Fc / S (1.5)
Assim, a frmula do comprimento mximo de cada puno :
L = pi2. E. J / Fc (1.6)
Segundo PFEIL (1976), ressalta-se o uso do coeficiente de segurana, no caso de puno guiado, multiplica-se o termo do divisor da raiz por 2. Assim, tem-se:
L = 2. pi2. E. J / Fc . fs (1.7)
2.3 O Estampo de Corte
O puno e a matriz so duas das partes mais importantes do estampo, uma vez que, para obter-se o produto desejado, necessita-se do funcionamento do conjunto, no qual se destacam os acessrios.
De acordo com a figura. 2.1, tem-se um estampo simples e seus componentes, que so constitudos pelos seguintes: puno, matriz, base, cabeote, espiga, porta-puno, guia do puno, coluna, suportes da coluna e buchas.
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Figura 2.1 Estampo de corte e suas partes
A base a parte do estampo que fixa o conjunto mesa da prensa e tambm elimina o choque direto entre a matriz e a mesa.
O cabeote e a espiga sustentam todo o conjunto mvel do estampo, sendo que a espiga, alm de ser fixa no martelo da prensa, centraliza todo o conjunto na prensa.
O porta puno e as suas guias so utilizados conforme indicam suas prprias nomenclaturas.
A coluna utilizada para que se tenha um perfeito encaixe entre o puno e a matriz. A bucha serve para guiar a coluna. No decorrer do trabalho ser apresentado cada componente efetivamente empregado no dimensionamento da mquina.
2.3.1 Caractersticas dos materiais
necessrio, no molde de corte, tanto a dureza do puno quanto a da matriz, a fim de se conservar o fio, pois, quanto maior a dureza, maior a srie de peas que se tem de produzir. O ao empregado no puno e na matriz deve apresentar uma boa resistncia aplicao de tenses, pois, quanto mais complicada for a pea a ser construda, a condio de deformao do material aumentar. Para a matriz de corte de alto rendimento poder ser aplicada uma pea de metal duro. O puno de corte feito de ao que no costuma se deformar e, caso seja de alto rendimento, pode ser feito com a parte cortante postia e de metal duro, como por exemplo, para o porta - puno, a
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guia do puno, os eixos do porta-puno, assim como todas as peas que no sejam muito grandes e no sejam submetidas a esforos especiais.
As bases, contraplacas e outros elementos de sustentao costumam ser feitos de ao doce comum. As colunas de guias devem ser feitas de ao semiduro temperado e retificado. Os componentes de um estampo de corte e seus respectivos materiais podem ser especificados conforme tabela abaixo, segundo PROVENZA (1984 ).
Tabela 2.1 Caractersticas dos materiais de um estampo de corte
DENOMINAO MATERIAL FUNO ESPIGA
AO 1010 cementado AO 1020/ 40
Fixar o cabeote ao martelo da prensa.
CABEOTE OU BASE SUPERIOR
Ferro fundido Ao laminado 1010/20 Ao Villares VFC
Suportar toda a parte superior do estampo Espessura : >= 20mm.
PLACA DE CHOQUE
Ao 1040/50 Distribuir a presso dos punes, evitando a penetrao dos mesmos no cabeote. Espessura : >= 5 mm.
PORTA- PUNES
Ao 1040/50 Fixar os punes no cabeote
PUNES Ao 1040/50 VC 131-VC130 Ve 130 VPCW
Elementos fundamentais que, junto com a matriz, confirmam a chapa plana em produtos. puno >= e chapa
BUCHAS Ao VM40 Ao 1020 temp,cem e ret. Bronze ou ferro fundido
Favorecer o deslizamento do cabeote sobre as colunas.
PARAFUSO DE FIXAO Ao liga Unir os vrios elementos entre si e com as bases.
PINOS Ao prata Elementos de fixao MATRIZ Mesmo material dos
punes Pea importante que, juntamente com o puno, conforma o produto.
BASE INFERIOR Ao 1010 /1020 Servir de apoio matriz Espessura>=25mm
2.4 Folga entre puno e matriz
O motivo de se construir o puno e a matriz com uma determinada folga entre si decorrem da necessidade de:
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1) Reduzir a fora de corte. 2) Aumentar a durabilidade do estampo. 3) Produzir peas com relativas tolerncias. A folga entre a matriz e o puno proporciona uma reduo significativa na fora
de corte. Para alm desta condio, a fora de corte aumenta consideravelmente, e o corte do contorno sair defeituoso, podendo at mesmo ocasionar a ruptura.
Outro fator a espessura do material que varia em uma faixa de 2% a 7%, assim, quanto maior a espessura, maior a folga. O tipo de material tambm exerce influncia nesta questo. Mediante o diagrama abaixo, na figura 2.2, possvel estabelecer a folga entre puno e matriz relacionando a espessura do material com a tenso de cisalhamento.
Fonte: Estampos de Corte.Osmar de Brito
Figura 2.2 Grfico de folga do puno e da matriz
2.5 O Desenvolvimento mecnico da puncionadeira
O desenvolvimento mecnico da puncionadeira consiste no clculo dos esforos de corte e, das dimenses dos componentes do equipamento, tais como: a matriz, o puno, porta-puno, as bases etc. Os itens a seguir demonstram tais clculos.
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2.5.1 O clculo dos esforos de corte nas chapas escolhidas
O primeiro passo foi definir os esforos de cortes com base nas dimenses adotadas nas chapas finas escolhidas, sendo considerada duas situaes, uma para chapas de espessuras de 1 mm e, a segunda, para chapas de 3 mm, ambas de mesmas dimenses (100mm x 100 mm), para um dimetro de furo de 2.5 mm.Adotando-se como resistncia ao cisalhamento, para chapas de ao com teor de 0,2% C, o valor de tenso de cisalhamento, de acordo com BRITO (1999), de 32 kgf/mm2 . Aplicando a frmula de corte (1.1)
, obtm-se os seguintes resultados:
Situao 1) espessura de chapa de 1 mm: P = 2.pi. r = 2.pi .1,25 = 7,85 mm.
C = 32 kgf/mm2 .
FC = 7,85 mm.1.32 kgf/mm2 = 251,2 Kgf = 2461,7 N
Situao 2) espessura de chapa de 3 mm: P = 2.pi. r = 2.pi .1,25 = 7,85 mm.
C = 32 kgf/mm2 .
FC = 7,85 mm.3 .32 kgf/mm2 = 753,6 kgf = 7385,28 N
2.5.2 O dimensionamento dos componentes mecnicos
2.5.2.1 - O puno
Aps o clculo dos esforos de cortes, foram dimensionados os respectivos componentes da mquina, iniciando pelo puno de corte, que, pela frmula (1.7), obtm-se o comprimento mximo para o puno seguindo a fora de corte aplicada, e adotando-se como mdulo de elasticidade 2,06.105 N/mm2, sendo que a maior fora de corte a de maior espessura, logo se obtm o seguinte valor para o comprimento do puno:
E = 2,06.105 N /mm2 D = 2.5 mm J = (pi . D4) / 64 = 1,916 mm4 FC = 7385 N L = (pi2 .2,06.105.1,916/(7385) = 22,95 mm.
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A partir deste resultado, dimensionou-se o puno conforme ilustrao abaixo, com material ao Vilares VC 131:
Figura 2.3 O puno em detalhe
2.5.2.2- A Matriz
Para a matriz inferior, deve ser considerado o clculo para sua espessura, e de acordo com BRITO (1999), so apresentados sete casos distintos de espessuras de matriz: totalmente apoiada; em balano; apoiada nos extremos e o puno atuando no centro; apoiada nos extremos e o puno atuando descentrado; circular; quadrada e retangular.
Sendo de relevncia saber que a espessura mnima das matrizes no deve ser inferior a 14 mm, e para matrizes temperadas com permetro de corte superior a 50 mm, aconselhvel uma espessura mnima de 18 mm em qualquer dos sete casos citados.
No projeto, foi adotada a matriz do tipo circular cuja expresso de clculo de espessura pode ser obtida segundo BRITO (1999):
H = (2,5.Fc/f).(1-2.d/3.D) (1.8 )
Para o maior esforo de corte, a espessura ter o seguinte valor: Fc = 7385 N f = 92N / mm2, segundo PFEIL (1976) d = 2.5 mm D = 80 mm
Substiuindo-se os valores acima na equao (1.8), tem-se :
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H = (2,5.7385/92).(1 - 2.5/3.80) = 14 mm .
Adotou-se um valor mais acima por questes de segurana, no caso, de 15 mm, conforme desenho abaixo, bem como o material ao VC 131.
Figura 2.4 A matriz circular em detalhe
Outro fator importante a considerao entre a folga existente do puno e a matriz dimensionada, que obtido a partir do grfico a seguir, que relaciona a tenso de cisalhamento com a espessura do material, utilizando-se da chapa de 3 mm de espessura e tenso de cisalhamento de 392 N/mm2, obtendo-se uma folga de 0,08mm entre puno e matriz no furo de 5mm de dimetro.
2.5.2.3 - Base e Estampo Superior
Para o dimensionamento da base do estampo superior foi considerado como espessura do estampo superior um valor igual ou superior a 20 mm e, para a base inferior, o valor igual ou superior a 25 mm, segundo PROVENZA (1984), ambas com o mesmo material, ao SAE 1020.
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Figura 2.5 Base e estampo em detalhe
2.5.2.4 Porta puno e colunas - guias
A fixao do puno junto ao estampo superior realizada mediante o porta puno de material ao ABNT 1020. A espessura do porta-puno fator primordial e podemos consider-la, no mnimo 0,25 do comprimento do puno.
Quanto coluna e guia da coluna, garantem a movimentao do estampo e a linearidade da operao de estampo. So feitas de ao 1020 cementado e fixas no estampo superior. Para se determinar o dimetro da coluna no existe uma regra prtica, para esse clculo deve ser utilizado o bom senso. Os dimetros mais aplicados so os de
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30, 40, 50, 63, 80 e 100 mm, dependendo do tamanho do estampo. No projeto foi adotada a medida de 30 mm. Suas dimenses podem ser designadas conforme figura 2.6 abaixo.
Figura 2.6 Porta-puno e coluna-guia em detalhe
2.5.2.5 Prensa - chapas, buchas de guias, topes, ps das mesas, suportes de coluna, guia - chapas, painel do cilindro e fixadores
Os demais componentes mecnicos da puncionadeira representam a base para a concluso do conjunto. O prensa chapas tm como finalidade evitar, aps o retorno do puno, que a chapa no se fixe no mesmo, de forma a no perder a linearidade do processo. No equipamento foi proposta uma soluo simples de duas tiras retangulares, acopladas em dois topes laterais que serviram de encosto para a chapa no centro da matriz, alm de outras duas guias para acompanhar o trajeto das chapas finas durante o seu posicionamento, onde um sensor de presena atua garantindo a boa posio para o puno atuar. Ambas confeccionadas com ao ABNT 1020.
As buchas de guias so fundamentais para se obter uma maior preciso e facilitar a ajustagem quando da montagem ou da manuteno. Para sua confeco foi usado o ao ABNT 1020. Alm do guia - chapas, topes, pino piloto para fixar a posio da chapa ao centro no momento de sua chegada posio de operao, com acionamento pneumtico, feitos de ao ABNT 1010.
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As peas que compem os ps das mesas so tubos quadrados de dimenses 60, 60.3 mm e que apresentam 970 mm de altura, para serem soldadas s bases das mesas em sua montagem de base.
Os parafusos, cavilhas etc so constitudos de ao doce, caso no estejam submetidos a esforos especiais, porm, caso estejam normalizados, o ideal adquiri-los em casas do ramo. Como os parafusos mais comuns adotados na montagem dos estampos so os do tipo ALLEN (DIN 912), estes foram so adotados para a montagem dos elementos de fixao em geral.
Algumas consideraes quanto aos critrios de escolhas e aplicaes dos materiais devem ser observadas, tais como: a) pea que deve elaborar e, portanto, o tipo de trabalho que o molde ou estampo ter de realizar; b) o material da prpria pea que se tem de moldar; c) a temperatura em que se h de trabalhar (a frio ou a quente); d) as dimenses da ferramenta e o tipo de molde escolhido.
No painel do cilindro pneumtico que executar o movimento do estampo de corte, aplicada uma base retangular com material ABNT 1020.
2.5.3 O sistema mecnico para interpretao das espessuras de chapas
Para que as espessuras possam ser devidamente especificadas, um sistema mecnico com base em um brao de alavanca ser desenvolvido, cuja extremidade estar em contato direto com a chapa a ser alimentada, alm de uma mola e um suporte para garantir o balano da haste e sua linearidade. O comportamento previsto para o movimento mecnico da haste, conforme varia a espessura da chapa, ser o de ocasionar o deslocamento no sentido vertical, assim, a extremidade livre se movimenta para cima quando a espessura de chapa for inferior, ou para baixo quando a espessura da chapa for superior. O brao de alavanca composto de uma haste de 110 mm, um suporte com mola situado a 15 mm da extremidade de contato com a chapa, e um sistema do tipo balano para garantir a linearidade do movimento da haste como um todo. A deteco de espessura para um tipo de chapa, no caso a de espessura maior (3 mm), obtida mediante um sensor do tipo indutivo, localizado no dispositivo mecnico que atua quando h a deteco de presena, quando a haste se movimenta, servindo de sinal de entrada ao PLC e resposta de sada vlvula solenide, dosando a presso maior no atuador.
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2.5.4 A montagem da mquina e seu esboo tridimensional
Aps a usinagem dos componentes, foi realizada a montagem final do equipamento, acoplando os componentes e totalizando o conjunto final da puncionadeira. Para ilustrar a mquina no seu perfil tridimensional, pode ser visto abaixo o esboo grfico que a representa. O detalhe de montagem e o tridimensional podem ser observados nas figuras abaixo:
Figura 2.7 Vista superior da montagem das bases
Figura 2.8 Vista tridimensional da puncionadeira
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CAPTULO 03: O CIRCUITO ELETROPNEUMTICO
No desenvolvimento do circuito eletropneumtico, os elementos que o compem so detalhados com suas respectivas especificaes e suas funes, de forma a garantir o funcionamento do sistema.
Para melhor distribuio ao longo do captulo sero apresentados os seguintes subitens:
- os atuadores pneumticos e seu dimensionamento; - os elementos sensores;
- a vlvula reguladora de presso; - o desenvolvimento do leitor de espessura de chapas; - a formulao verbal do problema; - o esquema do circuito eletropneumtico e demais componentes; - funcionamento do circuito; Assim, o circuito ser definido a partir de 3 atuadores pneumticos, sendo um
atuador para fins de execuo da operao findo, ou seja, o corte de puno na chapa. Os outros dois atuadores servem para alimentar e movimentar as chapas finas que sero utilizadas para o corte. Os mesmos sero detalhados nos itens adiante.
O elemento sensor ser do tipo indutivo, sendo necessariamente aplicado para o monitoramento dos seguintes passos do circuito: para efetuar o reconhecimento da espessura de chapa a ser trabalhada; para o posicionamento centralizado da chapa na matriz de corte; e para garantir o retorno final do ciclo.
No que diz respeito ao reconhecimento da espessura da chapa, ser necessrio o uso de uma vlvula reguladora de presso para quando o sinal do sensor atuar aps o reconhecimento da espessura da chapa metlica, a mesma regule a presso no cilindro pneumtico. O uso de um controlador lgico programvel (CLP) ser apresentado e sua respectiva programao para atuar no leitor de chapas.
Alm do sistema de alimentao de ar comprimido ao sistema composto pelo compressor, um conjunto LUBRIFIL ser usado uma linha de alimentao at a bancada.
Nos itens posteriores sero detalhadas as etapas de elaborao do circuito eletropneumtico e suas caractersticas.
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3.1. Os atuadores pneumticos e seu dimensionamento
Segundo Fialho (2003), os atuadores pneumticos so elementos mecnicos que, por meio de movimentos lineares ou rotativos, transformam a energia mecnica cintica gerada pelo ar pressurizado em trabalho produzido.
Conhecidos como cilindros pneumticos, so elementos constitudos por um tubo cilndrico, tendo uma de suas extremidades fechada por uma tampa, a qual contm uma conexo para admisso e exausto do ar, e na outra extremidade, outra tampa com igual caracterstica, porm dotada de um furo central pelo qual se movimenta uma haste que, na extremidade interna do cilindro, possui um mbolo com vedao, o qual pela ao do ar expande-se no interior do tubo cilndrico e possibilita o movimento de expanso ou retrao desta haste.
Os atuadores escolhidos so do tipo linear de duplo efeito no cilindro, os quais executam a operao de furao da chapa, e dois outros, que servem para a alimentao do sistema. Para dimensionar o cilindro de atuao no corte de chapa calculada a fora necessria execuo da operao; quanto aos dimetros de haste e pisto, foi utilizado o padro comercial tabelado.
Assim, no princpio de movimento, alm da fora necessria aplicao desejada, h a fora de atrito esttico, e durante o movimento h a fora de atrito cintico, que no age apenas externamente, mas tambm internamente no atuador. Para se obter a fora de
avano do cilindro, deve-se multiplicar por um fator de correo , conforme a aplicao da carga, a natureza dos materiais, a velocidade de deslocamento da haste do atuador e seu acabamento, conforme tabela seguinte:
Tabela 3.1 Fator de correo em atuadores pneumticos
Velocidade de deslocamento da haste do atuador Exemplo Fator de correo
Lenta e carga aplicada somente no fim de curso
Operao de rebitagem 1,25
Lenta e carga aplicada em todo o desenvolvimento
Talha pneumtica 1,35
Rpida com carga aplicada somente no fim do curso
Operao de estampagem
1,35
Rpida com carga aplicada em todo o desenvolvimento
Deslocamento de mesas 1,50
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Conforme descrito anteriormente, foram selecionados 3 atuadores pneumticos, mas apenas um para fins de atuao de operao de corte em chapas; neste caso, foi utilizado um mtodo de seleo conforme padro de catlogo de fabricante.
Baseado na tabela de correo de carga, determina-se o esforo que o cilindro de corte deve atuar sobre a questo do corte circular nas chapas finas de 1 a 3 mm de espessura. Como a operao a ser executada a de estampagem, conforme apresentado acima, tem-se o valor de correo de carga em 1,35. Isto significa que, para a fora de corte atuar, necessrio multiplicar por este fator.
O cilindro adotado do catlogo de fabricante, o qual apresenta as caractersticas necessrias para atender a exigncia do esforo. H tambm a possibilidade de um segundo tipo de cilindro para esta finalidade em condies de esforos menores. Os esforos para ambos os tipos so apresentados na tabela abaixo, e a diferena entre o primeiro e o segundo que no se considera o fator de correo de carga.
Assim, tem-se a seguinte planilha de clculo de esforo, segundo a frmula de
corte: FC = P. e. C , no se esquecendo de aplicar o fator de correo anteriormente apresentado. Dessa forma, obtm-se os seguintes valores para cada espessura a ser cortada:
Tabela 3.2 Especificao dos atuadores pneumticos
Cilindro modelo I Cilindro modelo II d(mm) (N/mm2) e (mm) Fc(N) *fator de
correo
Fora do cilindro(N)
5 392,4
0,5 1231
1,35
1662
1 2462 3323 1,5 3693 4985
2 4924 6647
2,5 6155 8309
3 7386 9971
Conclui-se que, para a espessura de chapa de 1 mm, ser necessrio o cilindro com fator de carga 1,35 atuar com um esforo de 3323 N e, para a espessura de 3 mm,
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atuar um esforo com 9971 N, com base no dimensionamento do cilindro tipo II, alm do curso a ser desenvolvido at o centro de mesa, com a ordem de 200 mm .
Quanto aos outros dois atuadores, foi analisado o curso menor, pois a finalidade de ambos de garantir o abastecimento das chapas e a sada da chapa aps a operao. O cilindro adotado foi o de modelo I,pois ambas as presses esto no valor mximo de 10 bar, previsto para ser aplicado no sistema. Assim, a presso para 1 mm fica expressa em 3 bar e para 3 mm expressa em at 9 bar. Para o equipamento deste trabalho, estes dois atuadores iro movimentar a alimentao de chapas, sendo o primeiro cilindro denominado alimentador, responsvel pela movimentao inicial da chapa, at o ponto de alinhamento com o centro da puncionadeira, onde, ento, o segundo cilindro de posicionamento passar a atuar at empurrar a chapa ao centro de operao e, aps a execuo do furo pelo cilindro puncionador, o atuador de posicionamento ir retirar a chapa do centro de mesa at o trmino da operao. Conforme pode ser visto na figura ilustrativa abaixo:
Figura 3.1 Vista tridimensional dos atuadores alimentadores
3.2 Os elementos sensores
Para que a interpretao da espessura de chapas ocorra, bem como a determinao da presena ou no das chapas durante a execuo do processo, foram escolhidos dois elementos sensores do tipo indutivo.
Cilindro 2 movimentao
Cilindro 1 empurra a chapa
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O sensor de proximidade indutivo formado por um oscilador ligado a uma bobina situada na extremidade frontal, criando assim um campo magntico de alta freqncia, que se projeta sobre a superfcie externa do sensor de proximidade indutivo.
Conforme Castrucci (2001), o funcionamento dos sensores indutivos baseado no conceito fsico de induo, ou seja, variao de campo magntico,composto das seguintes partes: oscilador, bobina e amplificador. O oscilador gera, em conjunto com uma bobina com ferrite, um campo magntico alternado de alta freqncia, que emerge na superfcie externa, formando uma regio ativa. Com a introduo nesse campo de um corpo de material de conduo eltrica (metal, por exemplo), ser provocada uma tenso indutiva indesejada. A corrente parasita retirar a energia do circuito oscilante L-C(bobina condensador).
A carga do circuito oscilante do oscilador provoca uma reduo da amplitude de oscilao. A reduo de amplitude transformada em um sinal eltrico atravs de um circuito eletrnico. Dessa forma, ocorre uma comutao do sensor de proximidade.
Caso se retire o material de conduo eltrica do campo alternado, a amplitude de oscilao aumenta novamente e, atravs do sistema eletrnico, o sensor volta sua posio original. O oscilador no est atenuado.
Figura 3.2 Esquema sensor indutivo
Devido aplicao para detectar a movimentao da haste, o sensor est posicionado em sua extremidade, com uma sensibilidade de atuao at 3 mm, capaz de atuar quando a chapa de maior espessura passa no dispositivo, e no atuando quando a chapa for de menor espessura.
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3.3 - A vlvula proporcional reguladora de presso
Este um dos componentes - chave para a execuo do circuito, principalmente para ocasionar a variao de presso pretendida com o reconhecimento do leitor da espessura de chapas.
Segundo Fialho (2003), um elemento destinado a comandos de preciso, em que a presso de trabalho regulada por meio de sinais analgicos proporcionais. Ou seja, a presso de sada proporcional ao sinal analgico de entrada.
A vlvula encontrada foi de um fabricante, e possui um sistema de controle eletrnico integrado, que controla a presso de sada proporcionalmente a um sinal de controle analgico ou digital, seja atravs de tenso ou corrente.
Possui uma alimentao de tenso de 24 V e disponibiliza duas opes de sinal de controle: tenso (0 a 10V) e corrente ( 4 a 20 mA). A vlvula proporcional utiliza duas vlvulas solenides, as quais modulam a presso de sada, pressurizando ou despressurizando a servo- cmara. A alimentao de presso feita pela via P. A vlvula solenide de pressurizao aciona a servo-cmara, enviando um sinal pneumtico utilizao ( via U); j a vlvula solenide de despressurizao conecta a via E. Um sensor de presso mede a presso modulada continuamente, e fornece um sinal ao amplificador. Qualquer diferena entre o sinal de controle e o de sensor, o amplificador emite um sinal a uma das duas bobinas das vlvulas solenides para correo. A vlvula proporcional modula a presso proporcionalmente ao sinal de controle. Assim, por exemplo, para um sinal de controle de 3V tem-se os 3 bar na utilizao da vlvula, e para o controle de sinal de 12 mA, tem-se 5 bar de presso modulada.
Figura 3.3 vlvula proporcional reguladora de presso.
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3.4 O detector de espessura de chapas
Com o intuito de atender ao reconhecimento da espessura da chapa a ser furada, foi desenvolvido um dispositivo conforme ilustra a figura 3.4. O mesmo composto das seguintes partes: estrutura e suporte de fixao, haste articulada com mola, sensor e suporte do sensor.
O seu princpio de funcionamento consiste no sensor reconhecer ou no a presena da haste articulada que se movimenta na passagem da chapa. Quando a chapa passa, ocorre um contato direto com a extremidade inferior da haste; esta se encontra fixa no dispositivo e articulada pela mola. A haste opera da seguinte forma, o movimento da extremidade superior prxima do sensor proveniente do contato da chapa com a extremidade inferior, ocasionando dessa maneira o acionamento do sensor, se estiver na distncia de sensibilidade do mesmo, no caso de 2 mm.
Assim quando a chapa de maior espessura, no caso de 3 mm, passa pela haste, ocorre o seu deslocamento que resulta no acionamento do sensor por estar na faixa de sensibilidade e o que ocasiona a liberao da vlvula solenide de presso mais alta; no caso da chapa de 1mm quando passa pela haste faz com que esta se movimente, porm como no se atinge a rea de sensibilidade do sensor que se encontra no encaixe superior, o sensor no acusa presena, isto faz com que a vlvula solenide de presso mais baixa atue. Todo o sinal de entrada que vem do sensor enviado para o CLP e deste para as sadas dos solenides, fazendo o reconhecimento da espessura da chapa a partir do sinal proveniente do sensor, controlando a fora de corte na chapa em funo da menor ou maior presso a ser liberado no atuador pneumtico.
Figura 3.4 Detector de espessura de chapas
Haste articulada
Sensor e suporte do sensor
Estrutura e suporte de fixao
Chapa metlica
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3.5 - A descrio dos movimentos dos cilindros
O atuador pneumtico A, denominado cilindro alimentador, deve avanar com a chapa que se encontra no alimentador de chapas, por meio de uma pea mecnica adaptado em sua extremidade, e no estado avanado o cilindro A conduz a chapa at a entrada da prensa, posicionando a mesma no ponto de movimento do cilindro, assim, o atuador A retorna ao seu ponto inicial acionando ento o atuador pneumtico B, denominado cilindro posicionador, que tem como funo levar a chapa at o centro da prensa.
Porm, antes ocorre o reconhecimento da espessura da chapa a ser furada, sendo realizado pelo leitor de espessura de chapas, como descrito no item anterior. Assim, o sensor indutivo do dispositivo leitor de espessura, quando acusar presena, deve acionar a solenide do terceiro cilindro, mas, antes que a presso final chegue neste, h uma vlvula proporcional reguladora de presso, capaz de operar quando a tenso ou corrente utilizadas modulam a presso de sada, operando proporcionalmente ao sinal que recebe. Desse modo, quando a espessura maior for devidamente reconhecida, o sinal percebido a partir do sensor, que gera a sada na vlvula, resultando na maior presso por se tratar do maior sinal. No caso da espessura menor, ocorre uma menor presso no cilindro, em funo do sinal menos intenso recebido na vlvula.
Aps a espessura ser medida, o atuador C, denominado puncionador, avana e retorna logo em seguida, simulando desta maneira a atuao do puno, de acordo com a presso recebida; logo aps o trmino, o cilindro posicionador deve avanar novamente para retirar a chapa aps furada, retornando logo em seguida para o fim de ciclo. A figura 3.5 abaixo demonstra a disposio dos cilindros.
Figura 3.5 Croqui da disposio dos atuadores
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3.6 - O esquema do circuito eletropneumtico e demais componentes
Aps a definio dos movimentos do cilindro, deve-se partir para a elaborao do circuito eletro pneumtico, que, para seu desenvolvimento, conta com uma anlise preliminar da seqncia a ser utilizada, nmero de setores empregados e rels auxiliares, alm dos sensores, solenides. tambm feito o diagrama trajeto passo do circuito e uma tabela seqenciadora dos movimentos ou aes. No caso h duas opes para o circuito movimentar com os rels ou com o uso do CLP.
3.6.1 O circuito aplicado com rels
No primeiro momento descrito o circuito com o emprego de rels, depois abordado no CLP. Ao iniciar o ciclo, o boto de partida S0 energiza o circuito, acionando o avano do cilindro A; logo em seguida, o elemento sensor S2 aciona o seu retorno. Dando seguimento a movimentao, o elemento sensor S1 dispara o primeiro avano de B, at o ponto que antecede o leitor de espessura de chapas identificar a espessura de trabalho; no passo seguinte, o elemento sensor S4 determina o avano do cilindro C que efetua o furo na chapa; o elemento sensor de fim de curso S7 garante o recuo do cilindro C; ento o elemento sensor S6 determina o segundo avano do cilindro B, retirando a chapa j furada do centro de mesa; o sensor S5 recua o atuador B, at o sensor S3, que reinicia o ciclo. Tanto o quadro de movimentao resumindo o descrito anteriormente e o circuito eletropneumtico so definidos como segue abaixo.
Tabela 3.3 etapas de movimentao dos atuadores
Passo Comando Acionamento Setor1 boto de partida S0 avano do cilindro A K12 sensor S2 retorno do cilindro A K23 sensor S1 1 avano do cilindro B K34 sensor S4 avano do cilindro C K45 sensor S7 retorno do cilindro C K56 sensor S6 2 avano cilindro B K67 sensor S5 retorno do cilindro B K78 sensor S3 reincio do ciclo K8
O esquema eletropneumtico apresentado a seguir.
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Figura 3.6 O esquema pneumtico dos atuadores
Quanto composio dos elementos que constituem o circuito, destacam-se as vlvulas direcionais, sendo duas de 5 vias e 2 posies e uma de 5 vias e 3 posies, ambas de solenides com retorno por mola, alm dos elementos sensores que se aplicam como fins de curso e as vlvulas reguladoras de fluxo.
Quanto ao esquema eltrico e seus principais elementos, foram aplicados os rels. Por definio, rel um dispositivo formado basicamente por uma bobina e por seu conjunto de contatos. Ao ser energizada a bobina K ser feita a conexo ao terminal C com os outros contatos NA, enquanto a bobina permanecer energizada ( efeito memria). Os contatos permanecero nessa posio, como relata Fialho(2003).
Figura 3.7 o rel e seus contatos
Tambm h vlvulas solenides, que basicamente tm a funo de efetuar o acionamento por meio de bobina CA ou CC, com as vlvulas de comando eltrico.
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Figura 3.8 O esquema eltrico
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A movimentao dos cilindros acontece a partir do rel que energizado quando a botoeira acionada, assim, o seu contato aberto 13/14 fecha e ocorre a ligao em srie com o rel K8, que permite a passagem de corrente eltrica, indo energizar o rel K1; seu contato 11/14 fecha, efetuando sua auto-reteno. O contato aberto 21/24 de K1, fecha e passa a habilitar o prximo rel, K2. O contato aberto 31/34 de K1 fecha e permite a passagem da corrente eltrica que atravessa o contato fechado 31/32 de K2, ligado em srie, e liga dessa maneira o solenide Y1 da vlvula direcional que comanda o avano do cilindro A. Quando o cilindro A chega ao fim do seu curso de avano, o sensor de proximidade S2, seu contato aberto 13/14 fecha e permite a passagem da corrente eltrica, que atravessa o contato 21/24 de K1, ligando o rel K2, assim, seu contato aberto 11/14 fecha, efetuando a auto - reteno de K2. Ao avanar, o sensor S1 desacionado, desta maneira o rel K2 deixa de passar corrente, desenergizando o solenide Y1, efetuando o recuo do cilindro A, at que o elemento sensor S1 seja novamente acionado efetuando o contato que religa K2 em srie, alimentando o rel K3.
Desse modo, o contato 11/14 de K3 fecha, executando a auto reteno de K3, o seu contato 21/24 fecha e permite o rel K4 se energizar.O contato 31/34 fecha e
permite a corrente passar em srie com o rel K4, possibilitando a sua auto - reteno, energizando o solenide Y2; com isso, o cilindro B avana at o sensor S4, que acionado fechando o contato 13/14, ativando em srie com K3, energizando o rel K4, que por sua vez fecha o seu contato 11/14, permitindo que seu contato 21/24 feche e ligando o rel K5, o qual efetua sua auto-reteno. Com K4 acionado, a ligao em srie com K5 energiza o solenide Y4, disparando o cilindro atuador C.
Ao avanar, o cilindro C deve desacionar o seu sensor S6, que no permite passagem de corrente ao rel K6; ao encontrar o sensor S7, este acionado e permite o contato com K5 ser efetuado, porm, o contato 31/ 32 do mesmo se abre, desenergizando a solenide, possibilitando o retorno do cilindro C at o sensor S6, que reativado e garante a passagem de corrente eltrica pelo rel K6, indo o mesmo fechar seu contato 31/34, permitindo energizar o solenide Y2. O cilindro B efetua o seu segundo avano, indo at o sensor fim de curso S5, fechando seu contato 13/14, permitindo passar a corrente eltrica em srie com K6 e energizando K7, que por sua vez fecha seu contato 31/34 alimentando o solenide Y3, fazendo o retorno do cilindro B, que por sua vez ao retornar alimenta o elemento S3, deixando passar corrente em srie com K7, energizando o rel K8, que reinicia o ciclo ao fechar seu contato com o rel K1 desenergizado.
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3.6.2 O circuito eletropneumtico com o CLP
Com o uso do CLP tem-se a mudana de configurao do sistema com relao a montagem a rels, tendo em vista a utilizao dos sinais de entradas a partir dos sensores e as respectivas sadas a partir das vlvulas solenides no circuito, tornando mais adequadas s condies propostas.
O intuito demonstrar a configurao inicial para a montagem pneumtica e eltrica, sendo o exposto do CLP apresentado mais adiante. Dessa maneira, os elementos atuadores de respostas passam a ser os seguintes:
Tabela 3.4 etapas de movimentao dos atuadores e sensores:
Passo Comando Acionamento Setor1 boto de partida S0 incio de ciclo S02 sensor 01 retorno do cilindro A S13 sensor 02 1 avano do cilindro B S24 sensor 03 medidor de espessura S35 sensor 04 retorno do cilindro C S46 sensor 05 retorno cilindro B aps 2 avano S58 chave fim de curso fim de ciclo S6
Figura 3.9 O esquema pneumtico dos atuadores
De acordo com este novo esquema, apresentado o controle da presso com o uso de duas vlvulas direcionais, sendo uma de 3/2 vias e 5/2 vias, com simples solenide e retorno por mola.
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Para que a troca de presses ocorra, proposto o seguinte: devido aplicao de duas presses diferenciadas e que so destinadas a operar sob um mesmo atuador, adotado P1 para a presso menor e P2 a presso maior, que a prpria da linha primria. Pelo circuito apresentado na figura 3.10, utilizada uma vlvula de elemento OU para realizar a seleo das presses; quando for maior, no caso a presso da prpria linha de ar comprimido, esta deve passar pela vlvula 3/2 simples solenide, e logo em seguida pela vlvula OU at ser devidamente aplicada na vlvula 5/2 simples solenide, at atuar sob o cilindro C( puncionador) . No caso da alimentao a presso menor, antes da seletora, h uma vlvula reguladora de presso que, ao ser reduzida a presso aplicada, deve ento passar pela OU e logo em seguida para a 5/2 do atuador final, resultando na presso mais baixa. Portanto, a sada da seletora deve alimentar a vlvula direcional 5/2 simples solenide, funcionando como a controladora das presses.
Dessa maneira quando a solenide Y4 atuar sozinha, estar acusando a aplicao da presso proveniente da vlvula reguladora de presso. No caso da maior, para que haja a passagem da presso neste ponto preciso que as solenides Y4 e Y5 atuem juntas. Quando for presso menor, a solenide Y5 deve estar desativada e somente a Y4 atuando, garantindo assim a seleo de presso prevista no projeto.
Quanto ao esquema eltrico que alimenta as entradas e sadas do CLP, fica conforme figura 3.11, que demonstra as entradas dos sensores e as respectivas sadas das solenides.
Figura 3.10 O esquema eltrico das entradas e sadas
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CAPTULO 4 O DIAGRAMA SEQUENCIAL
4.1 O diagrama funcional do circuito
Sua origem data da dcada de 70, onde pesquisadores e gerentes industriais franceses, envolvidos em complexos sistemas de controle discreto, reuniram-se para comparar e avaliar os mtodos para construo de sistemas de controle seqencial, da surgiu o GRAFCET, como apresenta GEORGINI (2001).
Um GRAFCET segundo SILVEIRA e SANTOS (1999), um modelo de representao grfica do comportamento da parte de comando de um sistema automatizado. Ele constitudo por uma simbologia grfica com arcos orientados que interligam etapas e transies por uma interpretao de variveis de entrada e sada da parte de comando caracterizada como receptividades e aes, e por regras de evoluo que definem formalmente o comportamento dinmico dos elementos comandados.
Tem como base em sua composio os passos, as transies, arcos, aes qualificadas e expresses booleanas, sendo desenhada verticalmente. O passo representa um estado particular do sistema que est sendo descrito e se desenha com um retngulo, como definido por CASTRUCCI (2001).Os seus elementos bsicos so as etapas e transies. As etapas so usadas para descrever a situao do sistema seqencial e so representadas por quadrados; as transies so os elementos indicadores, uma possvel evoluo da atividade entre vrias etapas.
Segundo GEORGINI (2003), o diagrama funcional seqencial denominado SFC( Sequential Function Chart), aplicado neste trabalho, tem seus elementos caracterizados abaixo:
- etapas s quais so associadas as aes; - transies s quais so associadas as condies; - ligaes orientadas que conectam as etapas s transies e estas as etapas. A combinao destes elementos proporciona uma representao esttica do
Sistema Automatizado. Romano e Guimares (1999) apresentam um projeto de automao em
GRAFCET para alimentador de prensas, e apresentam como definio um diagrama de funo seqencial com uma representao bsica de um conjunto de retngulos que representam cada etapa de um comando seqencial. Estes so interligados por meio de setas indicando as transies entre as etapas, alm do GRAFCET descritivo, que
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permite uma facilidade na intercomunicao indicando os elementos de comando e sensores com suas lgicas seqenciais.
Existem tambm as aes que podem ser qualificadas, cuja simbologia pode ser feita com um retngulo que descreve a ao associada etapa, sendo caracterizada ou qualificada como ao mantida ou continuada ( S); ao atrasada ( D)aps decorrido o tempo especificado; ao limitada (L) ; ao condicional (C).
Para determinar o sequenciamento do processo automatizado da puncionadeira, adotado na teoria o diagrama funcional com as etapas e transies de forma descritiva e lgica, considerando a movimentao dos atuadores e o monitoramento de espessura de chapas. A seguir, pode ser visto o diagrama completo e suas principais etapas funcionais.
Figura 4.1 O diagrama sequencial da puncionadeira
E2
E5
E6
E4
E3
E2
E0
E1
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No projeto foi adotado o GRAFCET do tipo descritivo, na qual para cada etapa especificado sua respectiva ao e elemento lgico associado e caracterizado diretamente pelos seus elementos sensores que compem a lgica do sistema.
O seu funcionamento se d quando a botoeira devidamente acionada inicia o circuito, fazendo com que a etapa seguinte possa ser efetuada.
Assim, no primeiro movimento que est representado na etapa 02, pode ser observado que o cilindro A realiza o seu primeiro avano conduzindo a chapa at o elemento sensor E1.
Na etapa 03, aps o elemento sensor E1 ter sido acionado, fazendo com que a chapa seja corretamente posicionada, ocorrendo o recuo do cilindro A at o elemento sensor E0.
Na etapa 04, aps o sensor E0 ativar, o atuador B avana buscando a chapa e a conduzindo at o elemento sensor E2, onde o movimento do cilindro B interrompido, mas posicionando a chapa ao centro de atuao do cilindro puncionador.
Para as etapas 05 e 06 serem concretizadas, antes necessrio que o sensor E3 entre em ao para que a chapa seja reconhecida em sua espessura, isto por meio do dispositivo mecnico acionado por mola, reconhecedor de espessura com o sensor E3 em sua extremidade, fazendo com que a vlvula reguladora de presso possa controlar a presso especfica no atuador C, ocasionando o avano do mesmo conforme a presso estabelecida para a espessura de chapa. Na etapa 07, o sensor E4 garante o recuo do atuador C aps a operao de furao.
Inicia-se a oitava, nona e dcima etapas, quando o atuador B efetua o seu segundo avano at a retirada da chapa j furada, at o seu recuo ao incio de seu curso, garantindo o reincio do ciclo.
Portanto, podem ser observadas as aes e suas respectivas lgicas com seus elementos fins de curso definindo os momentos de atuao e execuo das atividades.
Outra etapa definir a combinao seqencial por meio de comandos combinatrios e seqenciais, que, por Romano e Guimares (1999), compem o diagrama lgico do sistema, sendo que, para os comandos seqenciais, associa-se a cada etapa um modo lgico correspondente, sendo o mtodo passo a passo adotado para associar a uma memria do tipo Set-Reset..
Os comandos seqenciais so comandos de sistemas que produzem uma seqncia predeterminada de aes, cuja passagem de uma para a outra se d em funo
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do cumprimento de condies de prosseguimento, sendo originados por sinais de entradas E e internas I, segundo a programao.
S = f (E,I) (4.1)
Para melhor diviso, so representados no quadro abaixo os elementos de entrada e sada :
TABELA 4.1 ELEMENTOS DE ENTRADA E SADA DO CIRCUITO ELEMENTOS DE ENTRADA ELEMENTOS DE SADA
SENSOR E0SENSOR E1SENSOR E2SENSOR E6SENSOR E5SENSOR E3SENSOR E4SENSOR E3 VLVULA REGULADORA DE PRESSO
ATUADOR PNEUMTICO A
ATUADOR PNEUMTICO B
ATUADOR PNEUMTICO C
Com esta diviso, mais fcil visualizar o diagrama lgico que apresentado na seqncia de execuo.
Cada passo do comando seqencial representado por um mdulo lgico de memria RS intertravada seqencialmente com os mdulos de memrias de passos anterior e posterior, ressaltando que, no uso de sadas Mn dos mdulos de memria RS, podem-se acionar os atuadores externos, como os rels amplificadores , bem como os prprios CLPs como representantes de elementos de sada.
Os passos combinacionais refletem diretamente a lgica empregada, assim como no caso do diagrama logo a seguir, e sua representao fica assim resumida:
Passo 01: aciona o atuador A para avanar; Passo 02: aciona o recuo do atuador A; Passo 03: aciona o atuador B para avanar a ponto intermedirio e atua o sensor leitor de chapas; Passo 04: aps a atuao da vlvula reguladora de presso , o atuador C avana; Passo 05: cilindro C recua; Passo 06: cilindro B efetua segundo avano e aps retorno;
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Pode ser observada a elaborao do diagrama lgico que compe as fases de atuao dos atuadores pneumticos em suas respectivas etapas.
passo 01B -
SE0
R A+A -E9
passo 02A+
L SE2
R A -B1E9
passo 03A -
SE1
R B +C +E9
passo 04B+E8 SE4
R C +C -E9
passo 05C +
SE7
R C -B ++
B-E9
passo 06C -
S SE6
R B ++ R B -E3E9
&
> =1
&
> =1
&
> =1
&
> =1
> =1
&
&
> =1
&
Figura 4.2 Diagrama lgico seqencial.
O elemento que aparece E9 a emergncia para ser acionado quando necessrio.
4.2 - O Controlador Lgico Programvel
Com o objetivo de realizar o reconhecimento de sinal a partir do sensor, regular a fora de corte quando diferentes espessuras so aplicadas, ser necessrio o uso de um
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CLP- Controlador Lgico Programvel que, segundo Georgini, pode ser definido como um dispositivo de estado slido um computador industrial , capaz de armazenar instrues para implementao de funes de controle( seqncia lgica, temporizao e contagem, por exemplo), alm de realizar operaes lgicas e aritmticas, manipulao de dados e comunicao em rede, sendo utilizado no controle de sistemas automatizados.
De acordo com Fialho ( 2003), os CLPs so ideais para controlar mquinas e processos discretos e independentes, e muitas aplicaes controladas ou acionadas a rels esto migrando para estes.Dentre suas caractersticas operacionais destacam-se: a confiabilidade, a flexibilidade, as funes avanadas, alm da comunicao a outros para efeitos de monitoramento de processo,a velocidade de processamento e o diagnstico.Conforme Castrucci, um CLP constitudo basicamente de :
- fonte de alimentao; - unidade Central de Processamento( UCP); - memrias dos tipos fixo e voltil; - dispositivos de entrada e sada; - terminal de programao;
Para a sua programao, utiliza-se a linguagem Ladder, que representa um diagrama de contatos, sendo uma das formas mais claras de se apresentar uma lgica de controle. Tal linguagem evoluiu dos diagramas eltricos, com a corrente eltrica que circula pelos dispositivos de forma a completar um circuito eltrico. A programao em Ladder do trabalho demonstrada na descrio da montagem da bancada.
Tendo como base o GrafCet e o diagrama lgico seqencial desenvolvido anteriormente, so geradas as linhas de comando Ladder capazes de possibilitar a interpretao das dosagens de presso no cilindro em funo das espessuras de chapas, e os movimentos do cilindro em termos de uma soluo pneutrnica com o uso do CLP.
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CAPTULO 05 A MONTAGEM DO CIRCUITO EM BANCADA
5.1 A composio do circuito
Com a finalidade de efetuar a etapa prtica apresentada neste trabalho, foi escolhido o circuito aplicado numa bancada para fins de constatao dos resultados.
A construo mecnica efetiva deste equipamento apresentada somente para fins de dimensionamento, mas na prtica se optou pela construo da mesma, por questes de investimento e prazo de execuo.
Desta maneira, optou-se por montar o circuito eletropneumtico, com o elemento
sensor leitor de espessura de chapas e a vlvula reguladora de presso, mas sem a execuo fsica do furo sobre as chapas, e para fins de simulao da operao, a presso de corte apenas medida no manmetro, comprovando a alterao da mesma quando da variao de espessura de chapas.
Esta bancada conta com os seguintes componentes para sua realizao: -01 mesa retangular em madeira do tipo bancada; -02 atuadores pneumticos lineares de curso at 300 mm, para fins de alimentao
da chapa no circuito; -01 atuador pneumtico de alta presso que trabalha com a execuo do furo na
chapa;
-01 dispositivo mecnico com haste mvel acionada por molas para a deteco da espessura de chapas durante o seu movimento, com um sensor indutivo em sua extremidade;
- conjunto de sensores fins de curso para a execuo dos atuadores pneumticos; - 04 vlvulas eletropneumticas direcionais; - 01 vlvula reguladora de presso; - 01 botoeira de acionamento do circuito; - 01 manmetro para medir a variao de presso no atuador pneumtico de furo; - 04 chapas de ensaio com 2 espessuras ( 02 de 01 mm e 02 de 03 mm); - 01 dispositivo empurrador de chapas adaptado na extremidade do cilindro e uma
porta-chapa.
As alimentaes so feitas por ar comprimido, a partir de um compressor e, ainda, h a alimentao eltrica.
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5.2 O esquema de montagem da bancada e a disposio dos elementos Para efeito de ilustrao o diagrama simplificado abaixo apresenta o esquema de
organizao da bancada e seu funcionamento.
Figura 5.1 A disposio do circuito em bancada
De acordo com o diagrama de blocos apresentado no captulo anterior, a ilustrao acima demonstra a montagem fsica do circuito na bancada,seguindo o mesmo princpio de funcionamento.
Os atuadores A e B so utilizados na alimentao de chapas, onde o atuador A, atravs de um dispositivo, empurra a chapa situada em sua base, avana at a posio do cilindro B; o sensor medidor de espessura atua antes do avano do atuador em B; efetuando a escolha da presso a partir da abertura dos solenides de maior ou menor presso, alm da vlvula reguladora de presso, fazendo dessa maneira a regulagem da presso de corte.
O atuador C acionado pela vlvula e atua para a execuo de furo da chapa; como leitor de presso, tem-se o manmetro,que a traduz permitindo a leitura da presso aplicada conforme varia a espessura de chapas (1mm ou 3mm). A presso deve variar at 4 bar no caso de ser chapa de 1mm e at 10 bar no caso de 3mm.
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O circuito eletropneumtico montado e disposto ao longo da bancada e alimentado nas entradas eltricas, os rels e sensores fins de curso e suas respectivas ligaes, conforme j demonstrado no captulo 3 deste trabalho.
O CLP deve ento atuar a partir do sensor que regula a presso, ocasionando o controle da presso sob a vlvula reguladora e a ao no atuador C sob o furo na chapa.
Portanto, pretende-se atingir na execuo do experimento a obteno de resposta a esta situao de controle, confirmando a presso de regulagem conforme a variao da espessura ocorra na interface sensor e no dispositivo mecnico.
O tipo de atuador C pode vir a influenciar na presso a ser aplicada, de acordo com os dois modelos propostos de atuador apresentados no captulo 02, no qual esboado o clculo de esforo de corte de acordo com o tipo do cilindro pneumtico adotado, mas tambm no penaliza de forma alguma a funcionalidade do esquema proposto.
5.3 As adaptaes necessrias
Durante a fase de execuo do ensaio foram realizadas, algumas adaptaes na proposta original do circuito. A primeira delas a que se refere utilizao da vlvula proporcional de presso, que apesar de sua praticidade de aplicao e funcionalidade, em termos de variao do sinal de tenso ou corrente, e apresentando uma resposta rpida ao sistema a sua variao, o fator custo foi primordial para sua no aplicabilidade. Por se tratar de uma vlvula importada e de alto valor, foi preciso adaptar o sistema a uma outra situao.
Outro fator foi a questo do prprio CLP, a princpio, o nmero de entradas e sadas do equipamento, ainda no havia sido percebido face ao nmero de elementos que compem o sistema, sendo necessrio um redimensionamento no nmero de entradas e sadas do sistema. Por isso, foi adaptado ao sistema de alimentao do tipo mecnico em substituio a uma aplicao de ventosas, tendo em vista que a quantidade de solenides do sistema com o uso da ventosa no permitiria a programao das sadas, de maneira adequada, extrapolando o limite do CLP, tornando no executvel o trabalho.O modelo do CLP empregado disponibiliza 8 entradas e 6 sadas.
Pequenas alteraes quanto mecnica foram feitas, tais como peas midas que servem de guias, correo de posicionamento, a montagem completa, conciliando o ajuste mecnico ao esquema de regulagem, no caso do medidor de espessuras, com uma
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maneira de ajustar a medio da espessura das chapas, o bom posicionamento dos cilindros, enfim, um conjunto de fatores que compem todo o sistema para atingir os objetivos propostos.
5.4 O circuito realizado
Em funo das alteraes observadas associadas ao diagrama seqencial, alguns pontos mudam no que se refere seqncia da operao, tendo em vista atender as limitaes do CLP quanto ao nmero de entradas e sadas. Mas, o objetivo do trabalho permanece o mesmo, sem perder a proposta inicial, que caracterizar o controle de presso conforme variam as espessuras de chapas. A seqncia funcional do circuito passa a ser a seguinte:
Tabela 5.1 Seqncia de operao
1 ) Incio de ciclo com botoeira. 2 ) Avano do cilindro alimentador. 3 ) Posiciona a chapa para o segundo cilindro. 4 ) Recua o cilindro alimentador. 5) O cilindro posicionador avana at o ponto de medio de espessura. 6 ) Reconhecimento de espessura 7 ) Aciona o avano do cilindro puncionador com a presso devidamente aplicada. 8 ) Recua o cilindro puncionador. 9 ) Cilindro posicionador avana para seu segundo estgio. 10 ) Retorno do cilindro posicionador. 11 ) Fim do ciclo.
A disposio dos elementos tanto sensores quanto os atuadores, a mesma j apresentada, diferenciando no ltimo cilindro, onde so utilizadas duas vlvulas 3/2 vias simples solenide para atuarem de maneira alternada quando o sensor medidor de espessura de 3mm atuar, enquanto a outra solenide permanecer desativada, sendo no prprio CLP, ou melhor, se na sua programao atender a um liga desliga das solenides conforme a deteco ou no do sensor medidor; o elemento inicial do
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circuito que a botoeira, no sendo o elemento E0 apresentado no diagrama seqencial anteriormente. O esquema eltrico permanece o mesmo, sendo possvel a sua configurao sem demais alteraes. O esquema eletropneumtico fica representado na ilustrao abaixo, que apresenta a figura 5.2 :
Figura 5.2 O esquema eletropneumtico realizado
Observa-se a mudana na aplicao do cilindro puncionador C que, para poder efetuar o avano de acordo com as presses solicitadas, o trabalho com as solenides alternando suas atuaes e, lembrando o uso da vlvula reguladora de presso, na sada do solenide Y4, que determina a presso de menor valor, enquanto o solenide Y5 acionado somente quando o sensor de medio acusa presena, assim opera com a presso de linha. Quanto aos demais atuadores pneumticos, permanecem sob a mesma configurao, ressaltando o nmero de sensores que se representa de acordo com a tabela a seguir:
Tabela 5.2 Sensores e cilindros utilizados
CILINDRO A - ALIMENTADOR SENSOR S1
CILINDRO B - POSICIONADOR SENSORES S2, S5 e chave fim de curso S6
CILINDRO C - PUNCIONADOR SENSOR S4
MEDIDOR DE ESPESSURA SENSOR S3
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Figura 5.3 Bancada experimental
Figura 5.4 Detalhe do dispositivo medidor e cilindros
As fotos acima retratam a montagem fsica realizada detalhando os elementos j utilizados para o ensaio de controle de presso.
5.5 O programa utilizado no CLP A movimentao do circuito s foi obtida mediante a programao bem
executada. Apesar das limitaes iniciais no nmero de entradas e sadas, o processo adaptvel s condies e aos meios disponveis. Para isto foi realizado o diagrama LADDER do projeto, garantindo os respectivos chaveamentos eltricos das sadas e
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mantendo o sincronismo na atuao dos cilindros, de maneira a permitir o controle observado das presses, o que garantiu o fator principal a partir do dispositivo medidor de espessuras de chapas, quando da passagem da chapa pelo mesmo, at o momento de sua parada.
O sensor, ao atuar para a chapa de 3mm, emite o sinal de tenso para o CLP, que faz a sada para o solenide da vlvula de maior presso, ocasionando o movimento simulado do puno sob uma presso em torno de 8 bar, permitindo a demonstrao da aplicabilidade do controle.
J no caso do sensor no acusar presena, o outro solenide atua, porm, com a vlvula reguladora de presso que efetua uma dosagem de presso menor no atuador final. Para sua aplicao a vlvula reguladora de presso deve estar em boas condies de uso, para que permita uma regulagem correta, por se tratar de uma forma mecnica de garantir presso, sendo esta a substituio da vlvula proporcional, que opera diretamente com a tenso, mas garante a chapa de 1 mm presso de 3 a 4 bar. O programa apresentado a seguir:
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Figura 5.5 O programa do CLP para a movimentao dos cilindros
Demonstra-se o programa executado para permitir a movimentao dos cilindros atuadores e o sistema de medio das espessuras, ressaltando que ao longo do ajuste do programa muitas variveis surgem, e so ajustadas medida que cada elemento que deve atuar analisado de maneira isolada, corrigindo e acertando os desvios, para que possa ser incorporada ao contexto global do programa,compilando e executando, acompanhando cada passo que o circuito deve executar.
6 RESULTADOS E CONCLUSES
Para que todo o sistema proposto pudesse atingir o resultado que demonstra a aplicao deste tipo de controle, faz-se necessrio cumprir as etapas j descritas, priorizar as avaliaes para assegurar o bom funcionamento do circuito, o que implica desde os primeiros clculos de dimensionamento, tais como as presses, os esforos de corte, no caso das chapas com furos circulares, at desenvolver uma anlise segura dos parmetros envolvidos, tais como a variao de tenso, corrente, presso.
Dimensionaram-se os esforos de cortes conforme BRITO (1999), que demonstra as relaes de clculos de foras de corte com espessuras em chapas e a
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resistncia do material. Obtiveram-se os valores das presses calculadas para as espessuras empregadas respectivamente de 1 mm e 3 mm, nos seguintes resultados: 2,89 bar e 8,7 bar respectivamente.
Construiu-se a bancada experimental empregando os elementos sensores, atuadores, vlvulas, o controlador lgico programvel e o dispositivo medidor de espessuras das chapas.
Realizaram-se os ensaios da bancada a partir da sua montagem e a programao em Ladder do CLP, levando em considerao o perodo de ajustes e testes de instrumentaes necessrias, no caso dos sensores, das vlvulas, dos atuadores.
Observou-se quanto ao fator custo, a substituio da vlvula proporcional de presso pela reguladora de presso. Fato este que no veio a penalizar o desempenho dos testes. Desenvolveu-se o circuito com foco na otimizao de equipamentos e acessrios, no caso de um nico atuador poder trabalhar sob duas presses diferentes, com o uso de duas vlvulas solenides 3/2 vias para atender a variao da presso das espessuras ensaiadas.
Obtiveram-se os resultados dos ensaios conforme a leitura de presso no momento da passagem das chapas pelo circuito, respectivamente 1 mm e 3 mm de espessura encontrando os seguintes valores para a presso no atuador: variando em uma faixa de 3 a 4 bar para a primeira situao; variando em uma faixa de 7 a 9 bar para a segunda situao. Observou-se que ocorreram tais variaes distribudas em faixas de presses em funo de perdas ao longo da distribuio do ar, atribudas a conexes e tubos plsticos desgastados.
Comparou-se o valor calculado para a montagem experimental com o obtido nos ensaios. No caso da espessura de 1mm foi observado uma variao de presso acima do calculado, fator de influncia a questo dos ajustes dos instrumentos e o sensor que para esta espessura no atua, o que pode limitar um bom ajuste de presso; para a espessura de 3mm esta variao fica menor, em funo da atuao do sensor, que melhor define o ajuste da presso.
Este tipo de sistema possvel de ser aplicado em escala maior de um equipamento a nvel industrial, de forma a atender a questo de reduo do nmero de equipamentos necessrios para ser desenvolvido em uma manufatura de peas estampadas.
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