Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP 88040-970 - Florianópolis - SC - BRASIL www.emc.ufsc.br/estagiomecanica estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: de 10/05/2010 a 28/06/2010 HEINRICH GEORG GMBH MASCHINENFABRIK Nome do aluno: Leandro Fischer Nome do supervisor: Thomas Weber Nome do orientador: Rolf Bertrand Schroeter Kreuztal, 28 de junho de 2010
SUMÁRIO 1. Introdução... 3 2. Atividades Realizadas... 4 2.1 Introdução... 4 2.2 Máquinas... 4 2.2.1 TBA 400... 6 2.2.2 TBA 1000... 10 3. Conclusão... 16 4. Referências... 17
1. INTRODUÇÃO O presente documento é o segundo de três relatórios que relatam as atividades desenvolvidas pelo aluno para o cumprimento do requisito EMC5522 Estágio Profissional em Engenharia Mecânica. As atividades aqui descritas são referentes ao período do estágio realizado no setor de montagem das máquinas.
2. ATIVIDADES REALIZADAS 2.1 Introdução De acordo com o programa de atividades do estágio, as primeiras três semanas desse período seriam no setor de usinagem da empresa, porém a pedido do supervisor desse setor o estagiário realizará as atividades nesse setor apenas no próximo período. Assim todas as atividades realizadas no período compreendido por este relatório foram realizadas no setor de montagem das máquinas e linhas fabricadas pela empresa. Além disso, apesar de inicialmente o estagiário realizar suas atividades na divisão de Linhas de Processamento de Bobinas, devido à maior quantidade de pedidos na divisão de transformadores, concluiu-se que seria mais proveitoso ao aluno participar da montagem de máquinas dessa divisão. 2.2 Máquinas Nas duas máquinas em que o aluno esteve envolvido são produzidos núcleos de transformadores. Apesar de serem da divisão de transformadores, estas poderiam ser consideradas projetos especiais da linha de processamento de bobinas, visto que os processos são muito semelhantes. Um exemplo do produto final pode ser visto abaixo: Figura 2.1 Núcleo de transformadores fabricados por máquinas GEORG Como é possível notar na foto, o produto final nada mais é do que um conjunto de pequenas chapas que recebem alguns cortes específicos e são empilhadas.
O aluno participou da montagem de dois modelos diferentes: TBA-400 TBA-1000 Os dois modelos efetuam processos semelhantes e um esquema pode ser visto abaixo: Figura 2.2 Esquema da linha TBA Pode-se dividir a linha acima em três partes principais: 1. Na primeira parte a bobina é desenrolada, endireitada e segue para a região de corte 2. Na segunda parte ocorrem os cortes definidos pelo programa para cada tipo de chapa necessária para a fabricação dos núcleos 3. Na terceira parte ocorre o empilhamento das chapas Abaixo algumas ilustrações de cada uma das partes: Primeira parte Segunda parte Terceira parte Figura 2.3 Partes de uma linha TBA
Todas as atividades do estagiário nesse período foram na terceira parte dessas linhas, ou seja, na região em que ocorre o empilhamento. 2.2.1 TBA 400 A primeira máquina montada foi uma TBA 400, um modelo um pouco menor do que o normalmente montado e um projeto novo. Por ser um projeto novo, apesar de apresentar várias semelhanças com os modelos normalmente montados, foram encontradas várias pequenas dificuldades durante a montagem, principalmente interferência entre peças. Normalmente esses problemas são resolvidos na montagem com corte de alguma parte que não afete o funcionamento ou procedimento semelhante, porém algumas modificações dependem de autorização do engenheiro responsável pelo projeto. Mesmo as modificações feitas sem consulta ao engenheiro são informadas ao setor de engenharia diariamente, buscando assim facilitar montagens futuras. As máquinas aqui citadas são relativamente complexas, sendo assim compreensível que em um novo projeto ocorram tantos problemas, pois normalmente o projeto é dividido em partes para mais de um engenheiro e muitas vezes não ocorrem consultas às outras partes do projeto, surgindo assim essas interferências. Cabe aqui a observação que todos os problemas desse tipo encontrados durante a montagem foram de fácil resolução, como por exemplo, um suporte em que fica um dos sensores foi cortado em um de seus lados pois este ficava sobre uma das conexões de um cilindro pneumático, ou seja, no momento do projeto o engenheiro teve a preocupação com o espaço ocupado pelo cilindro, mas acabou não notando em que lado ficariam as conexões. A montagem iniciou-se por uma espécie de mesa de saída. Para uma maior produtividade são feitas duas pilhas simultaneamente, assim são necessárias duas mesas de saída e as próximas partes serão todas montadas duas vezes. A mesa pode ser vista abaixo já montada na estrutura da máquina:
Figura 2.4 Mesa de saída das chapas É uma estrutura que tem na sua parte superior chapas e sobre essas chapas uma esteira que movimenta o produto até a parte em que será empilhado. Um detalhe importante é a entrada dessa estrutura. Tem-se uma peça em forma de triângulo que possui um eixo soldado, esse é ligado a uma alavanca que é acionada por um cilindro pneumático. Assim durante o processo o cilindro atua de forma que uma chapa vai para a mesa superior e a próxima para a mesa inferior. Abaixo uma vista frontal do detalhe citado: Figura 2.5 Vista frontal da mesa de saída
A próxima parte a ser montada é a região onde ocorre o empilhamento. É interessante ressaltar que a máquina é completamente automatizada, necessitando apenas uma pessoa para sua completa operação. A chapa chega pela parte de cima da mesa de saída e é puxada pela parte inferior da estrutura que efetua o empilhamento. A parte que conduz a chapa é uma mesa de saída com uma construção diferente. Resumindo, a estrutura conta com dois rolos de cada lado e em um dos lados um motor. Sobre os rolos tem-se uma esteira e o interior da estrutura tem uma placa com vários ímãs que evitam a queda da chapa ao ser conduzida à região final. Quando o produto chega ao ponto que está programado e o sensor recebe o sinal, atua o sistema responsável pelo correto posicionamento de cada chapa. A máquina pode ser regulada para diferentes larguras de chapa e assim o sistema que posiciona a chapa na pilha também deve ser ajustado. O ajuste é simultâneo nas partes superior e inferior. Um servomotor localizado entre as duas partes tem em sua saída duas engrenagens paralelas. Uma engrenagem é ligada à parte superior por uma correia e outra à parte inferior. A engrenagem que é ligada ao motor tem outra engrenagem paralela e ligada ao mesmo eixo, essa é ligada a outra engrenagem por uma correia. Assim quando o motor é acionado de forma a mover os braços, uma das engrenagens é responsável pela parte frontal e a outra pela parte traseira do movimento do braço. No canto direito da figura abaixo pode-se observar o sistema citado acima. Figura 2.6 Sistema responsável pelo ajuste da largura da pilha
Na foto abaixo é possivel ver o conjunto de engrenagens e o fuso responsáveis pelo movimento da parte frontal dos braços. Vale a observação que este fuso possui um trecho com rosca direita, até o seu ponto intermediário e o restante com rosca esquerda, ou seja, ao rodá-lo, aproxima-se ou afasta-se os braços devido às roscas serem para lados diferentes. Além disso, é possível também observar a parte da estrutura responsável por conduzir à chapa até a parte final. Figura 2.7 Vista frontal do mecanismo de empilhamento Na parte traseira o mecanismo é semelhante, porém sem as engrenagens cônicas, sendo o movimento transmitido diretamente da engrenagem ligada a correia para o fuso.
2.2.2 TBA 1000 Esse modelo é o que tem maior demanda no momento. Atualmente a empresa conta com vários pedidos desse modelo em processo, alguns já em fase de empacotamento para envio e outros iniciando a pintura das estruturas. Nesse modelo o aluno atuou na montagem da mesma parte da máquina, porém participou de todas as fases da montagem. A primeira tarefa é nivelar a estrutura. Figura 2.8 Nivelamento da estrutura Assim, ajusta-se os parafusos de forma que os quatro cantos da estrutura estejam na mesma medida. A partir daí é possível a montagem. Inicialmente montase a estrutura vista abaixo e que posteriormente é colocada sobre a parte onde encontra-se a régua na foto acima. A partir dessa estrutura monta-se todo o sistema de empilhamento.
Figura 2.9 Estrutura a partir da qual monta-se o sistema de empilhamento A figura já contém os motores responsáveis pela movimentação para cima e para baixo da parte do empilhamento. São dois servomotores, um na parte inferior e outro na parte superior. O motor é ligado nos seus dois lados a caixas redutoras com uma relação de transmissão i=7. A saída dessas caixas é um fuso de esferas. A norma DIN 69 051, Parte 1, define um fuso de esferas como um elemento que converte movimento rotativo em movimento linear ou vice-versa. Figura 2.10 Fuso de esferas (Fonte: www.boschrexroth.com)
Segundo Kassouf, na aplicação mais comum, um fuso mancalizado nas extremidades recebe o giro de um motor e, por contato direto com esferas de aço que se alojam entre a castanha e o fuso, provoca o deslocamento de uma castanha (que nesse caso sustenta e movimenta toda a estrutura responsável pelo empilhamento). As esferas metálicas são, por sua vez, guiadas e realimentadas por canais de recirculação na castanha, dando linearidade e suavidade ao movimento. O rendimento de um fuso de esferas é consideravelmente superior em relação aos fusos de rosca convencionais. Assim, o torque de acionamento necessário é menor, por conseguinte, há redução na potência dos motores e menor consumo de energia. Além disso, a alta eficiência do contato por esferas permite uma pré-carga, eliminando assim por completo a folga axial. Como consequência, esse tipo de sistema apresenta um alto desempenho em ambientes sujeitos a vibrações e cargas de impacto e também quando é necessário um alto nível de precisão do posicionamento. Gráfico 2.1 Rendimento de fusos (Fonte: Catálogo Egroj) Completando o sistema responsável pela movimentação da estrutura têm-se as guias lineares. Guias lineares podem ser definidas como superfícies utilizadas para dar estabilidade e direção ao deslocamento de alguma parte ou peça e permitir um posicionamento preciso da mesma. É importante ressaltar que as guias apenas direcionam o movimento enquanto que o acionamento é feito por outra parte do mecanismo. A estrutura, movimentada pelo fuso, desliza sobre essas guias que mantém o movimento linear.
Figura 2.11 Guia Linear (Fonte: www.boschrexroth.com) As guias lineares associam o princípio do rolamento ao movimento linear. O contato de rolamento economiza energia de movimento, como também mantém o atrito a um nível mínimo, melhorando assim de forma significativa o desempenho das máquinas. Quando se compara uma guia linear com uma bucha linear, ambas com cargas semelhantes, é possível obter uma construção consideravelmente menor, como pode ser visto abaixo. Essa diferença deve-se ao fato de as ranhuras da régua de uma guia linear terem um raio semelhante ao raio das esferas. Tem-se assim uma condição de contato que permite uma maior carga para cada esfera. Essa condição de contato pode permitir uma carga até 13 vezes maior em cada esfera. Como a vida é proporcional ao cubo da carga permitida, esse aumento na carga permissível traduz-se em uma maior vida quando comparada com uma bucha linear. Guia Linear Carga: 14,7 kn Bucha Linear Carga: 7,35 kn Contato em guias lineares Contato em buchas lineares Figura 2.12 Comparação entre guia linear e bucha linear (Fonte: www.thk.com modificado)
Além de uma maior carga, a utilização de guias lineares proporciona uma maior precisão à máquina. O mecanismo utilizando guias lineares apresenta perdas mínimas nos movimentos. Assim, tem-se uma curva de histerese semelhante à mostrada abaixo. Gráfico 2.2 Perdas no movimento em uma guia linear (Fonte: www.thk.com modificado) É de vital importância o correto funcionamento dessa parte do processo. Cada chapa que chega e é empilhada sofre a atuação do sistema que se encontra nos braços. Para que isso ocorra, esses braços devem estar a uma altura correta da pilha de chapas, assim, a cada nova chapa colocada sobre as outras, o sistema inteiro precisa se movimentar para cima para corrigir a sua altura e é essa a função do sistema descrito acima. O uso do conjunto fuso de esferas e guias lineares permite o posicionamento com a precisão requerida. Na TBA-400 ocorre o mesmo processo, porém a diferença entre as duas máquinas é que na TBA-1000 as partes superior e inferior possuem cada uma um motor, sendo o movimento de ambas independente, enquanto que, na TBA-400 existe apenas um motor, sendo assim o movimento de ambas exatamente o mesmo. Abaixo, uma das estruturas que sustentam o mecanismo de empilhamento.
Figura 2.13 Vista da estrutura que sustenta o sistema de empilhamento É possível notar as partes amarelas, que se movimentam, onde serão montados os braços que são responsáveis pela correção da posição das chapas na pilha. O sistema de movimentação dos braços, para diferentes larguras de chapa, é semelhante ao explicado na máquina anterior. Abaixo uma foto de uma máquina pronta onde pode-se ver como fica a estrutura acima quando está pronta. Figura 2.14 Máquina em fase de testes Os braços amarelos da figura acima podem ser considerados como a última parte da máquina. Após todo o processo é necessário que a pilha seja exatamente como programada para o núcleo do transformador sair pronto da máquina. Essa é a função desse conjunto.
3. CONCLUSÄO O período do estágio realizado na montagem foi de grande valia para a formação do aluno. Ao ver vários conceitos aprendidos realmente aplicados na forma final, em uma máquina, o aluno comeca a perceber a quantidade de conhecimento adquirido no período do curso. Além disso, foi possível perceber a importância da integração entre os setores de engenharia, fabricação e montagem para um bom funcionamento da empresa. Erros de qualquer uma das partes afetam todas as outras, sendo assim necessária uma constante comunicação entre os setores.
REFERÊNCIAS FISCHER, Ulrich et al. Manual de Tecnologia Metal Mecânica. Tradução: Helga Madjderey. São Paulo: Edgard Blücher, 2008. Título Original: Tabellenbuch metall KASSOUF, Samir. Fuso de Esferas: Especificacao e Reparo. Mecatrônica Atual, versao online, 22 jan. 2009. Disponível em: http://www.mecatronicaatual.com.br/secoes/leitura/363.com. Acesso em: julho, 2010 Kugelgewindetriebe Katalog, Disponivel em www.boschrexroth.com. Acesso em julho, 2010 Catálogo EGROJ, Disponível em http://www.egroj.com.br/catalogos.htm. Acesso em julho, 2010 Sítio Georg, http://www.georg.com acesso em julho, 2010 Sítio THK, http://www.thk.com/br/ - acesso em julho, 2010