INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO. CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO. CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPOS Luiz Fellipe Venâncio Dos Reis Vitor Fernando Farias Jonatas Kelvin Honorato Martins da Silva Otavio Vinicius Arnaldo de Albuquerque Processo de Fabricação da Tubeira Programa Integrador apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo Campus São José dos Campos, como requisito para obtenção do Título de Técnico em Mecânica sob orientação do Professor Ricardo Becker Mendes de Oliveira. São José dos Campos 2016

2 BANCA EXAMINADORA Projeto Integrador (PI) defendido e aprovado em 02 de Junho de 2016, pela banca examinadora constituída pelos professores: Prof. Me. Ricardo Becker Mendes de Oliveira Orientador (a) Prof. Dr. Irineu Yassuda Banca Prof. Me. Neimar Sousa Silveira Banca

3 SUMÁRIO 1 Introdução Objetivo Objetivo Especifico Justificativa Funcionamento da Tubeira Referencia Teórica Material do dispositivo Comando Numérico Computadorizado Usinagem Serramento Torneamento Furação Materiais e Métodos Material (aço 1045) Plano de Fabricação Softwares Utilizados CAD Torno CNC Torno convencional Serra Fita Resultados e Discussões Referencias

4 AGRADECIMENTOS A Deus, por tudo que conquistei e porque até aqui a tua mão tem nos sustentado. Ao Professor Neimar Souza Silveira, agradecemos pela sua paciência na orientação e incentivo para conclusão deste trabalho. Ao Professor Ricardo Becker, agradecemos por ter nos apresentado esse projeto e nos auxiliar em decorrer do processo. Ao Professor Fernando Henrique, por nos auxilia na compra dos materiais e na fabricação da tubeira. Ao Professor Ever Grisol, por nos ensinar diversas teorias em relação a tubeira. Ao Professor Leonardo Oliva, por ter compartilhado seus conhecimentos com todo o grupo. Ao Instituto Federal de São Paulo, por nos fornecer os espaços e recursos necessários para a realização do projeto. Agradecemos de maneira geral a todos os professores e servidores do Campus que nos ajudaram, e nos incentivaram ao decorrer de todo projeto. Agradecemos nossas famílias por ter nos apoiado e incentivando desde o principio do curso

5 O pessimista vê dificuldade em cada oportunidade, o otimista vê oportunidade em cada dificuldade. Winston Churchill - 3 -

6 RESUMO O processo de fabricação de uma tubeira, consiste em um componente com o objetivo de acelerar os gases produzidos na câmara de combustão à velocidades supersônicas, saindo dainércia, levando a aceleração gradativa aumentando a aceleração do foguete. Os gasesproduzidos na câmara de combustão, provenientes da combustão do propelente, devem apresentar como propriedades uma alta velocidade supersônica, elevada pressão temperatura elevada, e obter um bom estudo de casos da tubeira. Palavras chaves: Tubeira, usinagem, Foguete

7 1 INTRODUÇÃO Este estudo busca apresentar de forma clara e técnica a produção de uma tubeira, localizada na parte inferior do foguete, sendo o ultimo componente do dispositivo. Comestetrabalho iremos demonstrar inteiramente, os estágios do processo exibindo os conceitos técnicos para sua realização, também expressaà estrutura do projeto ressaltando seus princípios e sua importância. A sua fabricação teve como principal motivo demonstrar as etapas do seu processo. Como visto em ambientes acadêmicos, a construção do foguete por si só representará inspiração para os futuros alunos, a fim de estimular o interesse pela tecnologia. Os fundamentos adquiridos ao longo do curso foram fundamentais para o embasamento científico e tecnológico para ser aplicado no projeto. 2 OBJETIVO A proposta deste trabalho consiste em obter um estudo de caso, em função da fabricação da tubeira, realizando código G, desenhos técnicos, para fabrica-la.o Componente que tem como objetivo acelerar os gases produzidos na câmara de combustão à velocidade supersônica levando o seu movimento a uma aceleração que aumenta de forma gradativa. 2.1 OBJETIVO ESPECÍFICO Apresentar de forma clara a função da tubeira, e apresentar seu plano de fabricação, expondo seus componentes, funcionalidade e sua importância no andamento do conjunto como um todo, a fim de obter um projeto que possa estimular interesse em outros alunos, e posteriormente, dar-se continuidade no processo de um foguete, e conforme a aplicação do conhecimento adquirido ao longo do curso, na fabricação, usinagem, linguagem ISO, desenho técnico e utilização de softwares. A fim de obter experiências durante a realização do projeto em grupo e no trabalho escrito

8 3 JUSTIFICATIVA A realização deste trabalho tem como finalidade demonstrar o funcionamento da tubeira, e também na fabricação dela,estudando vários métodos para sua fabricação. Despertando interesse em outros alunosparaacontinuidadedotrabalhoou na realização de novos projetos, relacionados a tal, criando outros equipamentos ou realizando análises em maquinários já existentes. 4 FUNCIONAMENTO DA TUBEIRA O funcionamento da tubeira não é algo simples, envolve bastante estudo e contem muitas teorias em cima de seu funcionamento, ela é responsável por acelerar os gases da câmara de combustão. A tubeira é composta por três partes, a convergente, garganta e por ultimo divergente. A sessão convergente tem o objetivo de gerar uma alta pressão nos gases, para na seqüência, passar pela sessão da garganta e tem o objetivo de liberar a alta pressão gerada anteriormente na sessão convergente, com isso aumentando sua velocidade, e consequentemente sendo liberada na sessão divergente.a seguir uma figura (4.1) demostrando seu funcionamento. Figura 4.1 Sessões da tubeira

9 5 REFERENCIAS TEORICAS Serão apresentados métodos que estamos utilizando para a realização do projetonecessários para realizar as análises e para o estudo e aplicação. 5.1 MATERIAIS (AÇO 1045) O aço SAE 1045 é um aço para beneficiamento com temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção transversal. Possui uma boa relação entre resistência mecânica e tenacidade, é utilizada em geral. Para grandes seções utilizar o tratamento térmico de normalização. É utilizado na fabricação de componentes de uso geral onde seja necessária uma resistência mecânica superior a dos aços de baixo carbono convencionais. Aplicado principalmente em eixos em geral, pinos, cilindros, ferrolho, parafusos, grampos, braçadeiras, pinças, cilindros, pregos, colunas, entre outros, é utilizado na fabricação de peças para indústria mecânica em geral. Há vários tipos de aços que são utilizados industrialmente (O aço é um tipo de material que é amplamente utilizado na indústria metal mecânica), mais para este projeto utilizaremos o aço SAE 1045 por ser um aço, que oferece uma temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção transversal, e também possui uma boa relação entre resistência mecânica e resistência à fratura. 5.2 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO É um sistema que permite o controle de máquinas, sendo utilizado principalmente em tornos e centros de usinagem. Permite o controle simultâneo de vários eixos, através de uma relação de movimentos escrita num código específico (Controle Numérico Computadorizado). Um breve histórico do CNC, as primeiras máquinas CN (Comando Numérico) foram construídas na década de 50 e rodavam através de cartões perfurados. Enquanto o conceito dessa forma de controlar máquinas ferramentas provou que reduziria os custos das indústrias, as fabricantes demoraram em dar atenção a esta invenção. Para promover uma rápida adoção - 7 -

10 deste sistema, o exército dos Estados Unidos comprou 120 máquinas CN, e as alugou para várias empresas para que elas se familiarizassem com esta tecnologia. No final da década de 50 o CN começou a emplacar, embora ainda houvesse diversas deficiências e dificuldades. Mas em 1979 os Estados Unidos e os Alemães desenvolveram o CNC (Comando Numérico Computadorizado), que é utilizado no dias de hoje. Ao longo do tempo foram aperfeiçoando, e melhorando as maquinas CNC, e seus conceitos até nos dias de hoje. ( Para um melhor entendimento da linguagem ISO de programação tem como base aplicação do deslocamento da ferramenta por acionamentos eletroeletrônicos no plano cartesiano em outras palavras, a utilização do plano espacial definidas pelo eixo X e Y, para auxílio do deslocamento da ferramenta ou peça. Elaboramos os códigos no caderno, e executamos no simulador. 5.3 USINAGEM A usinagem é um processo de fabricação que promove a retirada de material da peça por cisalhamento, o restante do material retirado por esse processo é chamado de cavaco. Existem vários tipos de classificações na usinagem como: torneamento, fresamento, furação, mandrilamento, serramento, brochamento e roscamento, entre outros. Nestas operações, assim como nos demais processos de usinagem, existe uma série de importantes parâmetros de corte a considerar. Eles descrevem quantitativamente os movimentos, as dimensões e outras características da operação de corte. Como nos outros processos de usinagem, existe uma serie de parâmetros de corte que são os movimentos, as dimensões e outras características da operação de corte. ( Frequência de rotação (n) [rpm]: É o número de voltas por unidade de tempo que a fresa dá em torno do seu eixo, pode ser calculado pela equação (1) abaixo, sendo rotação [rpm] representado pela letra n; velocidade de corte vc [m/min] e; diâmetro D [mm]

11 n = Vc 1000 rpm (1) π D Velocidade de corte (vc) [m/min]: É a velocidade instantânea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de corte, em relação a peça. Este parâmetro pode ser calculado pela equação (2) abaixo: Vc = π D n m/min (2) 1000 Velocidade de avanço (f) [mm/rpm]: É a velocidade instantânea do ponto selecionado sobre o gume, no movimento de avanço, em relação a peça. A equação (3) a seguir determina esta variável representando-a pela letra f[mm/rot], onde vf é o avanço linear [mm/min] e n é a frequência de rotação. f = vf n mm/rpm (3) Profundidade de corte (ap) [mm]: É a quantidade que a ferramenta penetra na peça, medida perpendicularmente ao plano de trabalho (na direção do eixo). 5.4 SERRAMENTO O serramento é o corte de metais e outros materiais é uma das operações mais aplicadas, sendo na maioria das vezes a primeira operação do processo de fabricação, responsável por dividir a matéria prima, que é adquirida em chapas, barras ou tarugos. ( É uma operação extremamente útilquando existe a necessidade de retirar pequenas quantidades de materiais que possuem maior volume, acelerando e facilitando o processo de fabricação, e é uma operação fundamental, visto que o corte de materiais é uma operação preliminar

12 5.5 TORNEAMENTO Torneamento é o processo de usinagem usado para fabricar peças cilíndricas, no qual a ferramenta desenvolve um deslocamento linear, enquanto a peça exerce um movimento rotacional. Normalmente executado por um Torno, o torneamento usina o diâmetro da peça até certa dimensão especificada dando-lhe um baixo índice de rugosidade propicio a um melhor acabamento. ( 5.6 FURAÇÃO A furação é um processo mecânico de usinagem destinado a obtenção de um furo geralmente cilíndrico numa peça, com o auxílio de uma ferramenta multicortante. Para tanto a ferramenta ou peça se desloca segundo uma trajetória retilínea, coincidente ou paralela ao eixo principal da máquina. ( Uma variante da furação é o alargamento de furos, onde uma ferramenta similar à broca, porém com múltiplos gumes, remove material de um furo, aumentando seu diâmetro, ao mesmo tempo conferindo-lhe um alto grau de acabamento. Este é um processo típico de acabamento ( 6 MATERIAS E MÉTODOS A metodologia apresentará os recursos que são necessários durante a elaboração do projeto, assim como os softwares que irão servir de apoio. 6.1 MATERIAIS (AÇO 1045) Há vários tipos de aços que são utilizados industrialmente (O aço é um tipo de material que é amplamente utilizado na indústria metal mecânica), mais para este projeto utilizaremos o aço SAE 1045 por ser um aço, que oferece uma temperabilidade baixa, ou seja, baixa penetração de dureza na seção transversal, e também possui uma boa relação entre resistência mecânica e resistência à fratura. A seguir tabela (5.1) com todas as composições químicas que estão compostas no material. (

13 Tabela (5.1). Composição química do material da tubeira. Composição Química Porcentagem Carbono (0,43% - 0,50%) Silício (0,15% - 0,35%) Magnésio (0,30% - 0,60%) Fósforo Enxofre (0,03% máx.) (0,05% máx) 6.2 PLANO DE FABRICAÇÃO A realização do plano de fabricaçãonos auxiliará no planejamento da fabricação da tubeira, com desenhos, dimensões, ferramentas a ser utilizados, avanço, softwares, para nos auxiliar durante a realização do projeto. 6.3 SOFTWARES UTILIZADOS Os softwares utilizados para ajustes e facilitação dos desenhos e para prévios testes de códigos foram: CAD Programa desenvolvido pela companhia de softwareautodesk que permite criar protótipos virtuais tridimensionais, que pode apresentar vários métodos e formas na criação de peças. O Programa a ser escolhido será o Autodesk Inventor, por oferecer, mas funções como, três dimensões diferentes, programas de projetos

14 mecânicos 3D, simulações de produtos, criação de ferramentas e comunicação de idéias de projeto, é o mais prático entre as opções de programas, favorecendo o entendimento, e também será muito útil para executar o código G SINUTRAIN Este é um simulador da Siemens que usamos para realizar simulações e os códigos do plano de fabricação da tubeira, acertando todos os erros e deixando o código da forma ideal para no final usarmos no torno CNC para realizar a usinagem. Segue abaixo figura (6.3.2) do simulador. Figura Simulador da Siemens (Sinutrain)

15 6.4 TORNO CNC Para realização da usinagem, utilizaremos como é mostrado na (fig.5.6) o torno CNC da linha VEKER LVK 175, com potencia de 7.5 KW, torque de 2 KN.m e rotação do eixo arvore rpm e o comando numérico computadorizado SIEMENS/802Duma linha de simuladores desenvolvida pela companhia para reproduzir as funcionalidades de um comando numérico computadorizado. O comprimento máximo para torneamento é de 800mm e o magazine de ferramentas é automático com capacidade para 8 ferramentas. Segue abaixo a figura (5.6) do CNC a ser utilizado no processo de usinagem. ( Figura 5.4- Centro de torneamento CNC

16 6.5 TORNO CONVENCIONAL Para o inicio do projeto utilizou-se o torno VEKER TVK 1440 ECO, como é mostrado na (fig.5.5), o torno convencional com potencia de 1.5 KW, e tem velocidade de RPM, e seu comprimento total para torneamento é de 1000 mm. ( Segue abaixo a imagem do torno convencional a ser utilizado no processo de usinagem. Figura 5.5- Torno convencional

17 6.6 SERRA FITA Iremos utilizar a serra fita da Bener, que usaremos para o corte de tarugos, para deixarmos no comprimento ideal para a usinagem, A seguira (fig 5.6) da Serra fita que será utilizado. Figura 5.6- Serra fita

18 7 Resultados e Discussões Foram pensados diversos métodos para realizar o projeto, através de análises encontramos uma maneira mais eficaz e pratica, para aplicar no projeto. O objetivo desta era a fabricação da tubeira, para dar continuidade no projeto do professor mediador. Apesar de algumas dificuldades como a falta de métodos a ser adotados, edemora na execução no processo de usinagem e na escolha do material, o projeto obteve sucesso e definimos todos os métodos do trabalho

19 8 REFERENCIAS Fonte: Bener Veker,Disponível:< /img/produtos/lvk-175-4fb658e890b40. pdf>.acesso 30 de março de 2016, as 16 horas. Fonte: Aço SAE, Disponível: </ acesso 22 de abril de 2016, as 16 horas. Fonte: Protoptimus Disponível:</ acesso 11 de maio de 2016, as 15 horas. Fonte: Mazak, Disponível </ acesso 12 de maio de 2016, às 16 horas Fonte: Unifei Disponível </ acesso 13 de maio de 2016, às 14 horas Fonte: Ifsp</sjc.ifsp.edu.br/portal/index.php/webdiario/.../1-materialdidatico? />acesso 13 de maio às 15:30 horas Fonte: cimm</ furacao#.vzydtvkrk1t/> acesso 13 de maio às 16 horas

20 Anexos