Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Instituto de Engenharia de Produção e Gestão (IEPG) EME005 Tecnologia de Fabricação IV Parte 4 Operação de Corte Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior Prof. Marcos Aurélio de Souza Revisão 8-2013 1
Parte 4 Operação de corte 4.1 Introdução O corte de metais e outros materiais é uma das operações mais largamente 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. Existem diversas formas de se realizar uma operação de corte, que dependem das características do material. Processos que utilizam oxiacetilênio, laser, plasma, jato d água (puro ou com abrasivos) são tratados como processos não convencionais de usinagem pois não usam cunha cortante, e não serão abordados. Com exceção do oxiacetilênio são processos de alto custo e de aplicação em circunstâncias específicas. 4.2 Corte com lâminas sem dentes Para chapas finas (até 1 mm) emprega-se a tesoura manual. Há tesouras específicas para efetuar cortes retos e outras para cortes curvos. Para chapas entre 1 e 1,5 mm utiliza-se a tesoura de bancada. Para chapas acima de 1,5 mm recomenda-se o uso de guilhotinas. A figura 4.1 apresenta estes equipamentos de corte de chapas. Figura 4.1 Tesoura reta, tesoura curva, tesoura de bancada e guilhotina Revisão 8-2013 2
4.3 Corte com lâminas dentadas (serras) Em trabalhos de manutenção a operação de serrar pode ser feita à mão, com um serrote (madeira) ou com um arco de serra (figura 4.2). O uso de cinzel (ou talhadeira) também pode ocorrer. Figura 4.2 Arco de serra Situações de maior produtividade, mais comuns na indústria, necessitam do auxílio de máquinas. As máquinas podem utilizar três tipos de lâminas dentadas, como mostra a figura 4.3. São elas a serra circular, a serra de fita e a lâmina de serrar. Figura 4.3 Lâminas dentadas para uso em máquinas 4.4 Classificação das máquinas de serrar As máquinas de cortar podem ser classificadas de acordo com a tabela 4.1. Tabela 4.1 Classificação das máquinas de corte Serras alternativas Serras circulares Retilínea contínua Horizontal ou Vertical Metálicas Guia retilínea Braço oscilante Disco abrasivo Serra de fita Horizontal Vertical Fita de fricção Horizontal Vertical Revisão 8-2013 3
4.4.1 Serras alternativas A figura 4.4 apresenta o aspecto geral de uma serra alternativa. A peça é fixada através de uma morsa de grande faixa de ajuste. A lâmina é presa ao arco sob tensão. Normalmente há um batente ajustável para posicionar a matéria prima sempre no mesmo comprimento. Figura 4.4 Serra alternativa Um dispositivo regulável possibilita ajustar o momento do desligamento da máquina, permitindo que cortes incompletos sejam executados. Após o encerramento do corte a lâmina volta para a posição inicial. Durante o corte, além do movimento alternativo, observa-se que durante o avanço a lâmina é pressionada contra a peça e durante o retorno a lâmina é levemente afastada. Desta forma reduz-se o atrito desnecessário, aumentando a vida útil da lâmina. 4.4.2 Serra circular A serra circular consiste em um eixo animado de movimento de rotação sobre o qual gira um disco dentado. A serra pode ser fixa, e neste caso o movimento de avanço é realizado com a peça. Em outra situação a serra é que fornece o movimento de avanço, e nesta situação a peça é que é fixa. A figura 4.5 ilustra a aparência geral de uma serra circular além de apresentar em seu lado esquerdo duas formas de se movimentar a serra: guia retilínea e braço oscilante. Figura 4.5 Serra circular e formas de movimentação da serra Revisão 8-2013 4
4.4.3 Serras de fita A serra de fita, também chamada de fita dentada, normalmente é adquirida em rolos e cortada no tamanho desejado. São muito utilizadas, pois além de cortar em linha reta, como nos outros tipos de serra, podem serrar contornos. Possui dispositivos para cortar, soldar, revenir e retificar a fita que pode se romper com relativa facilidade. A figura 4.6 exibe uma máquina vertical à esquerda (com detalhe ao centro) e uma horizontal à direita. Observe que na máquina vertical o avanço é da peça contra a serra, e por meio de esforço do operador. Já, na máquina horizontal, a peça é fixada em uma morsa e um sistema hidráulico realiza o avanço da serra contra o material. Pode-se executar operações de polimento através da substituição da fita dentada por uma fita abrasiva, mostrando que este equipamento é bastante versátil. Figura 4.6 Máquinas para serra de fita. Vertical à direita e horizontal à esquerda Deve-se dar preferência para as fitas mais largas, pois são mais resistentes e permitem que a operação seja efetuada de forma mais rápida. Mas a largura da serra de fita depende do menor raio a serrar. A tabela 4.2 apresenta a indicação de um fabricante. Tabela 4.2 Relação entre a espessura da serra e o raio mínimo Raio mínimo Largura da serra de fita 3.2 mm (1/8 ) 3.2 mm (1/8 ) 7.9 mm (5/16 ) 4.8 mm (3/16 ) 15.9 mm (5/8 ) 6.35 mm (1/4") 36.5 mm (1 7/16 ) 9.5 mm (3/8 ) 63.5 mm (2 1/2") 12.7 mm (1/2") Revisão 8-2013 5
4.5 Serras Como toda ferramenta, a serra deve possuir um tratamento para aumento de sua resistência e durabilidade. Tem-se serras totalmente temperadas, que são indicadas para peças forjadas, ferro fundido, latão e peças de grandes dimensões. Também são disponíveis serras com apenas os dentes temperados, que são indicadas para perfis leves (U, T, L), tubos e peças vazadas. 4.5.1 Forma dos dentes A forma dos dentes depende do tipo de serra. Em serras de lâmina e de fita temse os dentes travados enquanto que nas serras circulares tem-se dentes chanfrados (postiços ou não). O travamento dos dentes faz com que a largura de corte seja maior do que a espessura do corpo da lâmina, reduzindo o atrito e melhorando o rendimento da operação. Como mostra a figura 4.7 há três tipos de travamento: Figura 4.7 Tipos de travamento Travamento alternado: possui um dente à direita seguido por um dente à esquerda. Indicado para materiais como latão, bronze, borracha, plástico, alumínio, zinco e cobre. Travamento ancinho: possui um dente alinhado seguido por um dente à direita que por sua vez é seguido por um dente à esquerda. Utilizado para cortar aços especiais. Travamento ondulado: possui 1 dente alinhado, 3 dentes à esquerda, 1 dente alinhado e 3 dentes à direita. Em cada seqüência de 3 dentes o dente central possui maior inclinação. Indicado para cortar aços ferramenta e ferro fundido. Revisão 8-2013 6
Nas serras em disco os dentes são chanfrados, e sua finalidade é a mesma que a do travamento, ou seja, reduzir o atrito. Pode-se encontrar serras com chanfros alternados onde um dente possui chanfro do lado esquerdo e o dente seguinte no lado direito. Outro tipo é o duplamente chanfrado, que possui este nome por ter um dente com chanfro nos dois lados após cada par de dentes com apenas um chanfro. A figura 4.8 ilustra os dois tipos de chanframentos citados. Figura 4.8 Tipos de chanframentos para discos de serra Também nas serras de disco pode-se encontrar os dentes postiços, que são feitos de materiais mais resistentes e podem ser facilmente substituídos quando se desgastam ou quebram. São indicados para operações que exigem alto desempenho. Observando a figura 4.9 pode-se observar que os dentes postiços também são chanfrados, mas de forma diferente do chanframento já apresentado. Neste caso um dente possui chanfros nos dois lados enquanto o dente seguinte possui chanfro no topo. Figura 4.9 Dentes postiços para disco de serra Revisão 8-2013 7
4.5.2 Ferramentas especiais Serra copo: é um acessório de furadeiras que permite obter furos de grande diâmetro em tempo reduzido. É guiada por uma broca, como ilustra a figura 4.10 Figura 4.10 Serra copo As serras copo de um determinado fabricante possuem diâmetros que variam de 15 a 152 mm (9/16 a 6 ) e que podem serrar até uma profundidade de 29 mm (1 1/8 ). Pode-se ainda adaptar uma mola ejetora dentro da serra para remover a parte cortada da serra, caso fique presa. A tabela 4.3 apresenta alguns problemas e suas possíveis soluções envolvendo a serra copo. Tabela 4.3 Problemas com serra copo e suas soluções Problema Causa Solução A serra produz vibração durante o corte A serra não acompanha o centro da broca piloto. Aquecimento excessivo da serra Quebra de dentes Folga no eixo da furadeira. Rotação excessiva. Falta de refrigeração. Pressão excessiva ou muito prolongada, entupindo a garganta dos dentes pelo cavaco. Substituir os rolamentos e/ou buchas do eixo da furadeira. Veja tabela de rotação. Use refrigeração adequada. Aplique pressão moderada, recuando a serra seguidamente para limpar o corte. Disco abrasivo: discos sem dentes recobertos por material abrasivo que cortam o material por fusão. São acessórios de máquinas de serra a disco. Revisão 8-2013 8
4.6 Fixação para corte A peça deve ser fixada com firmeza para evitar torção da serra e, consequentemente, sua quebra. A figura 4.11 apresenta várias maneiras de fixação, sendo algumas delas iguais a fixações realizadas no fresamento. Algumas máquinas já possuem dispositivos de fixação próprios. Figura 4.11 Exemplos de fixação para corte. 4.7 Uso correto de serras Existem diversas regras que devem ser obedecidas para obter o máximo aproveitamento das serras. A regra mais importante diz que deve-se ter pelo menos 3 dentes em contato com a peça em sua parte mais fina, como mostra a figura 4.12. Desta forma, para se serrar chapas, tubos e perfis deve-se utilizar uma serra com dentes pequenos. Figura 4.12 Regra dos três dentes. Revisão 8-2013 9
Outra regra está relacionada com a dureza do material. Quanto mais duro o material menor será o tamanho do dente, e consequentemente ter-se-á mais dentes por unidade de comprimento. Caso seja utilizada uma serra de dentes grandes o corte será mais demorado. Seguindo o mesmo raciocínio, para materiais macios deve-se utilizar serras de dentes grandes. Se o vão dos dentes forem muito pequenos não irão oferecer espaço suficiente para arrastar o cavaco até a saída, dificultando o movimento da serra e diminuindo o corte. Figura 4.13. Figura 4.13 Regra da dureza do material Também deve-se observar o comprimento da seção da peça. Grandes seções necessitam de serras de dentes grandes (para arrastar mais cavaco até a área de saída). Se a serra possuir dentes pequenos, como mostra a figura 4.14, o corte será dificultado pelo travamento da serra pelos cavacos. Figura 4.14 Regra do comprimento da seção e tamanho do dente Para serras de fita e lâminas é comum encontrar as seguintes dentições (dentes por polegada): 1 1/4, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 14, 18, 24 e 32. Mas há também fitas especiais com passo variável dos dentes, como por exemplo: 2-3, 3-4, 4-6, 5-8, 6-10, 10-14, A tabela 4.4 apresenta algumas dificuldades que se pode encontrar na operação de corte relacionadas com suas possíveis causas. Revisão 8-2013 10
Tabela 4.4 Relação efeito causa de falhas em serras Dificuldade Quebra da lâmina Quebra da lâmina nos furos de fixação Corte não reto Desgaste prematuro da serra Material mal fixado; Causas prováveis Aperto insuficiente da lâmina; Início do movimento em contato com a peça. Aperto demasiado da lâmina; Pinos gastos ou pinos pequenos. Aperto insuficiente da lâmina; Lâmina gasta; Pontos duros no material; Avanço excessivo; Desgaste e/ou desalinhamento da máquina. Velocidade excessiva; Pressão de corte excessiva; Número de dentes incorretos; Falta de refrigerante; Dentes na direção errada. A tabela 4.5 apresenta uma valores indicando a lubrificação mais adequada para alguns materiais, mas é sempre mais correto verificar no próprio catálogo do fabricante a opção recomendada. Tabela 4.5 Refrigerante mais adequados Material Lubrificante Aço, latão e cobre Água com óleo solúvel. Alumínio Querosene Ferro fundido e bronze À seco 4.7 Parâmetros de usinagem Os parâmetros de usinagem para a operação de serramento são o número de dentes (por polegada) da lâmina e a velocidade de atuação que pode ser em metros por minuto para fitas ou em golpes por minuto para máquinas alternativas. A tabela 4.6 e a tabela 4.7 apresentam alguns valores para serras alternativas. Revisão 8-2013 11
Tabela 4.6 Golpes por minuto em máquinas alternativas Material Golpes por minuto Aços/níquel 70 a 85 Aços comuns, inoxidáveis, rápidos e tipo RCC 75 a 90 Tubos e perfilados 75 a 90 Ferro fundido 90 a 115 Bronze/Cobre 95 a 135 Alumínio/Latão 100 a 140 Tabela 4.7 Seleção da serra com base na espessura do material para máquinas alternativas Espessura do material até 20 mm 20 a 40 mm 40 a 90 mm mais de 90 mm Dentes por polegada 14 10 6 4 Para serras de fita pode-se observar a tabela 4.8 que sugere o número de dentes por polegada para cada material. A tabela 4.9 indica as velocidades de corte. Tabela 4.8 Seleção de serras de fita. Material até de 6 a de 13 a acima de 6 mm 13 mm 25 mm 25 mm Aços comuns 24-18 14 10-8 6-4 Aços cromo-níquel Aços fundidos Ferros fundidos Aço rápido Aço inoxidável Aço tipo RCC Tubos e perfilados (parede grossa) 24-18 14 10 8-6 24-18 14 10 8 24-18 14 10 8-6 Tubos (parede fina) 14 14 14 14 Metais não ferrosos Alumínio Antimônio 10 8 6 4 Latão Magnésio Cobre e Zinco 14 8 6 4 Tubos de cobre, alumínio ou latão com parede fina 18-14 18-14 18-14 18-14 Revisão 8-2013 12
Tabela 4.9 Seleção da velocidade de corte para serras de fita Material até 13 mm 13 a 38 mm mais de 38 mm Aços comuns 60 50 40 Aços cromo-níquel; aços fundidos e 40 35 30 ferros fundidos Aços rápido, inoxidável e tipo RCC 30 25 20 Tubos e perfilados (parede grossa) 60 55 50 Tubos (parede fina) 75 75 75 Metais não ferrosos; alumínio; 500 400 300 Antimônio; latão e magnésio Cobre e Zinco 300 250 200 Tubos de cobre, alumínio ou latão com parede fina 600 500 400 A tabela 4.10 apresenta a quantidade de dentes para serras circulares, em função do tipo e da forma da matéria prima. Tabela 4.10 Seleção de serra circular Quantidade de dentes no Material para maior rendimento Material Maciço Parede grossa Parede fina Aço comum e aço fundido (com resistência até 85 kg/mm 2 ). 3-4 4-5 10-14 Aço comum e aço fundido (com resistência acima de 85 4-5 5-6 12-14 kg/mm 2 ). Ferro fundido 3-4 - - Latão 2-4 3-5 10-12 Cobre 2-4 3-5 10-12 Metais leves 1-2 1-2 5-8 Revisão 8-2013 13