A figura acima mostra as denominações das três partes mais comuns do cilindro: CORPO PONTEIRAS BORDA DO CORPO

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1 1 - CILINDROS OU ROLOS São peças de geometria cilíndrica, que normalmente possuem duas áreas distintas : uma ÁREA DE TRABALHO denominada CORPO e outra área, de fixação, apoio e transmissão denominada PONTEIRA. O cilindro como qualquer componente mecânico de maquina requer características dimensionais, de geometria e superfície, bem como resistência mecânica Quanto à forma construtiva os cilindros podem ser MACIÇOS ou TUBOLARES dependendo de limitação de peso e resistência necessária Eixos de corpo não cilíndricos : Possuem formato semelhante ao do cilindro, PORÉM DIFERE pelo fato do corpo não possui cilindricidade 1, podendo ser cônicos, bombês, 2 Ranhurados,etc A figura acima mostra as denominações das três partes mais comuns do cilindro: CORPO PONTEIRAS BORDA DO CORPO As ponteiras são responsáveis pelo apoio e transmissão de movimento ao cilindro. O caso mais simples de ponteira deve conter ao menos dois colos de rolamento, um de cada lado normalmente de mesmo diâmetro. Pode ainda conter colos de montagem de engrenagem, buchas temperadas para rolamento de agulhas, estriados, canais de chaveta, furações para fixação tipo mosca, rosca axial para sacador de rolamento, etc. Os cilindros aqui serão tratados pela sua condição de CORPO, uma vez que a forma das ponteiras não contribuirão ou alterarão para as definições, sendo então divididos em dois grupos: - Cilindros lisos (finalidades diversas) - Cilindros gravados (finalidades específicas) 2 - CILINDROS LISOS São cilindros cujo CORPO dos mesmos NÃO POSSUEM qualquer tipo de GRAVAÇÃO OU TEXTURA. Os cilindros lisos podem ser tratados termicamente (temperado,nitretado,etc.), receber tratamento de superfície (cromo, níquel, cerâmica...) ou simplesmente sem tratamento algum (somente usinado/retificado/ acabamento superficial diferenciado espelhado etc.). Cilindros lisos não fazem parte dos produtos principais da empresa, mas é interessante ter conhecimento, pois eles estão no mesmo contexto dos cilindros gravados, ou influenciam diretamente sobre o resultado deles Exemplos de cilindros lisos : - cilindro porta clichês - cilindro limitador de cola - eixos porta facas - rolo de pressão (este caso pode ou não ser bombê) - cilindro contra pressão - Tambor central - Rolos Guias 1 Cilindricidade = característica tecnica de geometria da peça 2 Bombê é a diferença entre o diâmetro do centro do eixo e o diâmetro das bordas. Para que o eixo seja considerado bombê, a diferença deve ser simétrica em relação corpo. 4

2 O quadro a seguir exemplifica alguns cilindros lisos, sua função e sua condição superficial Informações adicionais cilindros lisos Tipo do cilindro Função Superfície Cilindro porta clichês Cilindro limitador de cola Suportar o clichê montado por intermédio de DUPLA-FACE Limitar passagem de cola na onduladeira - retificado - cromado ou sem como - retificado - cromado e polido Eixo porta facas Suportar montagem de facas - ranhurado ou não - cromado e polido (ou não) Rolo de pressão Suportar a conformação do papel entre ele e o rolo corrugador - termperado ou nitretado - cilíndrico ou bombê Cilindro contra pressão Idem ao tambor central, porém em maquina stack - retificado - cromado ou sem cromo Tambor central Suportar a impressão no substrato pelo cilindro porta clichê montado - retificado - cromado ou sem cromo 3 - CILINDROS GRAVADOS São cilindros cujo CORPO possui GRAVAÇÃO ou QUALQUER OUTRA FORMA DE TEXTURA. As fotografias a seguir exemplificam algumas formas comuns de gravação Gravação a laser em cerâmica Gravação mecânica em aço carbono Gravação a laser em cerâmica 5

3 As gravacoes podem ser de BAIXO RELEVO (interna) e a ALTO RELEVO (externa). Gravação baixo relevo (interna-cavidade) Gravação trihelicoidal Alternância de alto e baixo relevo) Gravação de alto relevo (externa-ressalto) A gravação no corpo do cilindro pode ocorrer pelos seguintes processos, ou pela combinação destes: mecânica (TENSAO MECANICA) química (REAÇAO QUIMICA) eletroquímica (ELETROLISE) eletromecânica (TENSAO MECANICA ) laser (REMOCAO POR VAPORIZAÇAO À LASER ) etc Cada um dos processos tem suas particularidades e aplicações, em função de limitação de processo de fabricação e/ou aplicabilidade na utilização. O quadro a seguir exemplifica alguns produtos, suas limitações de processo e aplicações típicas EXEMPLOS : PRODUTO Nicroanilox cromado Nicroanilox cerâmico gravado mecanicamente Gravado quimicamente LIMITAÇAO DE PROCESSO DE FABRICAÇAO Lineatura maxima 240 l/cm Lineatura máxima 160 l/cm Lineatura máxima Imagens com emendas LIMITACOES NA UTILIZAÇÃO - Não aplicavel a algumas cromias (limitação de lineatura disponível) - Não é possível utilizar com doctor blade (desgaste prematuro) - Máquinas com alta velocidade de trabalho com sistema de limitação doctor blade (desgaste prematuro) - Não pode receber revestimento cerâmico portanto não é possível para uso com doctor blade Os cilindros gravados podem ou não receber tratamentos de superfície. O mais comum é que recebam, pois aumentam a resistência ao desgaste e à corrosão. Os tratamentos de superfície podem ser aplicados antes ou após a gravação, e os mais comuns são: Revestimento cerâmico aplicado pelo processo Plasma spray ou Hipersônico (HVOF) Cromo duro aplicado Por eletrodeposição, Níquel aplicado pelo processo químico ou eletrolítico Níquel seguido de cromo, aplicados eletroliticamente Nitretação gasosa, liquida ou a plasma PVD (Physical Vapor Deposition) : Alem disto, um cilindro pode receber mais que um tratamento de superfície em função de particularidades de processos de fabricação e/ou necessidades de utilização 6

4 O quadro a seguir apresenta alguns cilindros típicos,suas características de superfície e aplicações Tipo de cilindro Processos aplicados Vista em corte Cilindros gráficos - cobreamento - cromagem Nicroanilox cromado - retifica - gravação - cromagem Nicroanilox cerâmico Gravado Mecanicamente - retifica - gravação - cerâmica NICROANILOX CERÂMICO GRAVADO À LASER - aplicação de flash inox (plasma spray) - aplicação cerâmica (plasma spray) - retifica - superfinish (espelhamento) - gravação a laser sobre a cerâmica NICROANILOX CERÂMICO GRAVADO À LASER - aplicação de inox camada (arco submerso) - aplicação cerâmica (plasma spray) - retifica - superfinish (espelhamento) - gravação a laser sobre a cerâmica Impressor /anilox Gravado quimicamente cromado - cobreamenro - polimento - gravaçao - cromagem Impressor/anilox Gravado quimicamente niquelado e cromado - cobreamento - polimento - gravaçao - niquelamento - cromagem Cilindros com tratamento térmico e tratamento de superfície - retifica - tempera ou nitretacao - cromagem ou PVD 7

5 3.1 - FUNÇÕES Os cilindros gravados são como qualquer outro componente ele tem funções a ser por ele executado. Eles têm normalmente duas funções : (e não são simultâneas) sendo elas : - TRANSPORTAR MATERIAIS LIQUIDOS - EXECUTAR MARCAÇÕES. Ou seja temos dois grandes grupos de cilindros gravados: Os cilindros de transferência (Aplicação), Os cilindros de Gofragem (marcação) Os cilindros de aplicação normalmente são com gravação de baixo relevo e os de gofragem, são se alto relevo, porém há exceções. Exemplo de cilindros gravados em diferentes áreas de aplicação e suas respectivas funções e relevo de gravação Área Cilindro Função Relevo Impressão flexográfica Nicroanilox Transportar tinta Baixo relevo Gofragem de materiais Gofrador Executar marcação Alto relevo Baixo relevo Acabamento de couros Multiponto Transportar tinta Baixo relevo Alto relevo Impressão rotogravura Impressor Transportar tinta Baixo relevo Exemplos de cilindros gravados e suas utilizações. - Cilindro Nicroanilox cerâmico e cromado (impressão flexográfica ) - Cilindro Gofrador (Marcaçao e gofragem de plásticos, papel e guardanapos) - Cilindro Multiponto (acabamento em industria de couro) - Cilindro Impressor (impressão industria moveleira e rotogravura) - Cilindro Aplicador de cola (aplicação de cola em industria de papel e papelão ondulado) - Cilindro de laminadora com solvente (laminação de filmes plásticos) - Cilindro Aplicador de coating (aplicador de coting) Funções semelhantes : Os nomes comerciais dos cilindros às vezes geram confusão, há cilindros com funções semelhantes com nomes diferentes devido a área de uso, questões históricas de equipamento, nome comercial etc. Segue tabela agrupada de funções, note alguns cilindros são idênticos funcionalmente, porém com nomes diferentes. Função Área Impressão flexografica Nome comercial Nicroanilox cromado Nicroanilox cerâmico Nicroanilox laser Transportar/Aplicar fluido Laminação Cilindro de laminação (Cilindros de Transferência) Acabamento de Couros Cilindro Multiponto Aplicação de cola Aplicador de cola Aplicação de coating Aplicador Marcação / Gofragem Filmes Plásticos Papel e guardanapo Cilindro gofrador continuo / (Cilindros de Gofragem) Couro personalizado 8

6 3.2 - FORMA CONSTRUTIVA : Quanto a forma construtiva os cilindros podem ser maciços ou tubulares em função de limitação de peso ou necessidade de projeto/utilização. Sendo que os tubulares podem ser com forma para refrigeração/aquecimento ou sem Cargas que agem no cilindro Um cilindro em repouso, está carregado pelo seu peso próprio que impõe aos colos de rolamento uma determinada carga estática (reação de apoios). Ao entrar em movimento e feito o contato com outro cilindro, adiciona-se a carga localizada de transmissão (engrenagem) carga distribuída (contato com outro cilindro). Estas são as forças que estarão atuando sobre o cilindro que lhe causarão movimento e deformação. Forças que agem no Cilindro em repouso Forças adicionais que passam a agir no Cilindro quando entra em movimento Os efeitos do batimento radial dos cilindros somados ao desbalanceamento e as forcas de contato descontinuas durante a operação que são as forcas externas periódicas que resultam os efeitos de vibração. As amplitudes de vibração são minimizadas quando o amortecimento aumenta, como mostrado no gráfico a seguir. A = amplitude de oscilação forcada F 0 = forca externa periódica ω = freqüência angular força externa ω 0 = freqüência angular próprias do sistema γ = constante de amortecimento Quando não há possibilidade de aumentar o amortecimento, efeitos da vibração (amplitude) são minimizados. Para diminuir os efeitos da vibração se um sistema já constituído,temos que trabalhar em freqüências mais distantes quanto for possível da freqüência natural (freqüência de ressonância) do sistema. Quando estamos constituindo um sistema, devemos fazê-lo de forma com que sua freqüência de ressonância, esteja o mais distante possível da freqüência de trabalho. 9

7 3.2.2 MACIÇOS Os cilindros maciços normalmente têm maior resistência a flexão e menor freqüência natural de vibração.dependendo de seu perfil, isto pode não acontecer, pois de nada adianta um cilindro de corpo robusto e ponteiras longas e delgadas. Consequentemente são mais pesados o que implica em dificuldades de troca, quando elas são muito freqüentes, e também alta energia cinética de movimento (inércia) TUBOLARES A forma construtiva tubolar é utilizada em cilindros de grande porte onde inviabiliza-se o uso de cilindro maciço. Aqui temos exemplos as maquinas de papel que normalmente possuem cilindros com diâmetros variando de mm e comprimento em torno de 3000 mm. São utilizados também onde se requer redução de peso, porém deve-se tomar cuidado com relação à rigidez do mesmo que é diminuída. A RELAÇÃO IDEAL para a aplicação de um cilindro seria ALIAR A MAIOR RESISTÊNCIA A FLEXÃO,PESO MÍNIMO,ALTA INÉRCIA E ALTA RIGIDEZ A VIBRAÇÃO. Estas características são concorrentes entre si, para tanto deve-se buscar um equilíbrio entre ambas BALANCEAMENTO Os cilindros como toda peça simétrica em relação ao eixo principal apresenta diferenças de distribuição de massa, irregularidades geométricas e de posição (mesmo que dentro de limites aceitáveis) que impõe à peca um determinado grau de desbalanceamento. Quando em rotação, resulta em forcas centrífugas, vibrações e ruídos, que se intensificam com o aumento da rotação e se fazem perceber de maneira desagradável e comprometem a vida útil do equipamento. O balanceamento é feito para corrigir/minimizar o efeito destas forças BALANCEAMENTO ESTATICO A figura a seguir mostra o efeito fisico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento estático Também conhecido como balanceamento em um plano BALANCEAMENTO DE TORQUE A figura a seguir mostra o efeito físico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento de torque. O balanceamento de torque é um balanceamento em dois planos 10

8 BALANCEAMENTO DINAMICO A figura a seguir mostra o efeito físico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento dinâmico. Também é um balanceamento em dois planos CLASSES DE BALANCEAMENTO As classes de balanceamento dinâmico estão regulamentadas na norma NBR 8007/ MATERIAIS UTILIZADOS NA CONFECCAO Para confecção de cilindros normalmente são utilizados os seguintes aços estruturais Maciços em aço carbono AÇO ABNT 1045 Maciços em aço inoxidável AÇO AISI 304 Tubolares em aco inoxidável AÇO AISI 304 Tubolares em aco carbono TUBO MECÂNICO ST 52 quando as dimensões coincidem com tubos normalizados e atendem as necessidades de resistência Tubolares em barras trepanada quando o tubo mecânico não atende em termos de resistência ou dimensional utiliza-se barra de aço abnt1045 normalmente, trepanada 11

9 ENERGIA CINETICA A Energia cinética de movimento de uma cilindro esta diretamente ligado ao seu momento de inércia ou seja ÚNICO E EXCLUSIVAMENTE geometria e não ao material ao contrario do que ocorre com a rigidez a vibração que dependem do modulo de elasticidade. Considere um corpo rígido que pode girar ao redor de um eixo fixo tal como é indicado na figura. Ex: Cilindro qualquer de impressora. Suponhamos que é aplicada uma força externa F no ponto P, para mantê-lo em seu estado de movimento. O trabalho realizado por esta força a medida que o corpo gira percorrendo uma distância infinitesimal ds=rdθ, e o trabalho no tempo dt é : F senφ é a componente tangencial da força, a componente da força ao longo do deslocamento. A componente radial da força (F cosφ ) não realiza trabalho, já que é perpendicular ao deslocamento. O momento da força é o produto da componente tangencial da força pelo raio. A expressão do trabalho podemos escrever de forma alternativa O trabalho total quando o sólido gira um ângulo θ é : Ou seja : Independe da massa, ou peso especifico, depende EXCLUSIVAMENTE da variação de velocidade angular e de sua forma geométrica (I) (momento de inércia) Os materiais mais comumente utilizados são ABNT 1045/ASTM A106 ST52 quando não requerem tratamento térmico. Ou o material próprio para o tratamento adequado, quando houver. Alguns fabricantes utilizam-se de alumínio de alta resistência, o que implica em menor peso, porém a inércia e a rigidez a vibração podem ficar comprometidas em função da relações dimensionais utilizadas. Podem também ser utilizados materiais compósitos (fibras de vidro, fibra de carbono, outros)vale a mesma observação para a inércia e vibração. 12

10 3.2.6 QUADRO RESUMO DAS FORMAS CONSTRUTIVAS As formas mais comumente utilizadas estão apresentadas na sequencia : Maciço Ponteira direta Tubular Sem refrigeração Carretel Com refrigeração Camisa única Sem serpentina Camisa dupla Com serpentina 13

11 3.3 - SUPERFÍCIE : Quanto à superfície o cilindro normalmente contém tratamento térmico e/ou tratamento de superfície : As peças que requerem dureza normalmente recebem tratamento térmico ou termoquímico, já as que necessitam micro dureza superficial algum tratamento de superfície que atenda a necessidade de resistência ao desgaste e à corrosão TRATAMENTO TÉRMICO (dureza ) Os tratamentos térmicos em cilindros são aplicados quando requerem dureza superficial aliado a resistência à choques e ao esmagamento. São exemplo os cilindros de pressão em industria de papel corrugado. Os tratamentos térmicos alteram a condição estrutural do material na superfície do mesmo, não existe deposição ou camada aplicada e sim mudança das propriedades metalúrgicas. Ex : têmpera TRATAMENTO TERMOQUÍMICO (dureza) Os tratamentos termoquímicos em cilindros são aplicados quando requerem dureza superficial aliado a resistência à choques e esmagamento. São semelhantes ao tratamento térmicos porém além do ciclo térmico há reação química. São exemplos de utilização aqui também os cilindros de pressão em industria de papel corrugado. Os tratamentos termoquímicos alteram a condição estrutural do material na superfície do mesmo, não existe deposição ou camada aplicada e sim reação. Ex : nitretação, Tratamento de superfície (micro dureza) São aplicados quando se requer alta dureza superficial não necessitando/não podendo ter dureza alta no material. São exemplos o cromo duro, níquel duro, aspersão térmica etc. Os tratamentos de superfície não alteram característica do material de base, pois aqui há deposição e não reação. Tratamento de superfície Tratamento térmico/ Termoquímico Exemplos de tratamento superficial em cilindros Tipo de cilindro Trat térmico/ termoquimico Trat superficie Qual Cil porta clichê X Cromo duro Cil Anilox cromado X Cromo duro Cil de pressão X Nitretação ou tempera por indução Cil anilox laser X Aplic cerâmica plasma spray Cil porta facas X X Temperado e cromado 14

12 3.3.4 ACABAMENTO E RUGOSIDADE SUPERFICIAL peça A rugosidade superficial é uma forma de quantificação/avaliação do acabamento da superfície de uma ACABAMENTO SUPERFICIAL O acabamento da superfície quando observada em detalhes, ampliado, mostra marcas e vestígios do processo de fabricação que foi utilizado. A medida que cresce a necessidade de melhoria dimensional, leva a necessidade de aumento qualidade da superfície. O acabamento superficial interfere no desgaste da peça, aparência, resistência a fadiga,transferência de calor,propriedades óticas, escoamento de fluidos, etc RUGOSIDADE A rugosidade é a forma de medição de acabamento superficial (ABNT 6405). A figura a seguir mostra o perfil resultante de uma medição. As escalas de medição mais utilizadas são Ra,Rt e Rz e existe conversão orientativas entre elas. Para cada processo de fabricação tem-se as rugosidades mínimas e máximas. Na seqüência uma tabela orientativa de tipos de processo e suas respectivas rugosidades alcançadas. 15

13 Rugosidades obtidas em função dos processos de fabricação 16