INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SÃO PAULO. CAMPUS SÃO JOSÉ DOS CAMPO Dispositivos Ferramental para Torno mecânico São José dos Campos Junho de 2017 1
Leandro Santos da Silva 1502417 Jorge da Silva Xavier 1503502 Girlan Barros da Silva 1503219 Gustavo Martins Silva 1502662 Dispositivos Ferramental para Torno Mecânico 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 Prof. Dra. Camilla. São José dos Campos Junho de 2017 2
BANCA EXAMINADORA Projeto Integrador (PI) defendido e aprovado em 13 de junho 2017, pela banca examinadora constituída pelos professores: 3
Aos nossos pais e professores Com carinho Dedicamos este trabalho. 4
Agradecimentos: Primeiramente а Deus, qυе permitiu qυе tudo isso acontecesse ao longo desses dois anos de Instituto; A nossa orientadora Camila pelo auxilio em todos os cálculos do projeto; Aos professores Neimar e Daniella pelo auxilio na parte escrita do projeto; Ao Instituto Federal de São Paulo Campus São José dos Campos por disponibilizar os equipamentos e ferramentas do laboratório de usinagem e fabricação mecânica. 5
RESUMO O Trabalho apresenta a construção de uma ferramenta com o objetivo de fazer peças com raios, côncavos e convexos. Isso é devido à necessidade do IFSP/SJC em usinagem de peças mais complexas para facilitar o estudo do processo de usinagem para os alunos. De acordo com as folhas de processo e desenhos ilustrados, pode-se ter também um desenvolvimento em quantidade e qualidade desse tipo de ferramenta para melhor construção de futuros projetos com materiais do próprio Instituto. Palavras-chave: Dispositivo ferramental; Ferramenta de raio; Torno mecânico. 6
SUMARIO 1 INTRODUÇÃO...8 2 OBJETIVO E JUSTIFICATIVA...8 3 REVISÃO TEORICA...8 3.1Torno mecânico...9 3.2Ferramenta de raio...10 4 PARAMETROS DE USINAGEM...11 4.1 EQUAÇÃO DE TORNEAMENTO E FRESAMENTO...11 4.2 EQUAÇÃO DE ROLAMENTO...12 4.3 CALCULO DE ROLAMENTO...13 4.4 INSTRUÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO DISPOSITIVO...13 5 DESENVOLVIMENTO...13 6 RESULTADOS E CONCLUSÃO...14 7 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...14 8 DESENHOS DAS PEÇAS USINADAS...15 ANEXO I...15 ANEXO II...16 ANEXO III...17 ANEXO IV...18 ANEXO V...19 ANEXO VI...20 9 PLANO DE TRABALHO DAS PEÇAS...21 ANEXO I...21 ANEXO II...22 ANEXO III...23 ANEXO IV...24 ANEXO V...25 10 IMAGEM FINAL E FERRAMENTAS COMPRADAS...26 ANEXO I...26 ANEXO II...27 ANEXO III...28 7
1 INTRODUÇÃO O dispositivo desenvolvido pelo grupo é um conjunto mecânico formado por suas seguintes partes base quadrada, base cilíndrica com eixo, rolamento, pastilha, anel de retenção, manipulo esfera e porta ferramentas. Sua funcionalidade criar peças côncavas, convexas, raios etc. Com isso também dando forma em peças de maneiras mais complexas. O presente trabalho aborda sobre dispositivo ferramental para torno mecânico. Foi procurado aqui apresentar seus principais componentes, no qual foram envolvidos na sua construção, na fabricação e montagem do mesmo. Utilizamos basicamente em sua construção um dos processos mais usados na indústria metal mecânico que é a usinagem (Wiedenhoft 2010). 2 OBJETIVO E JUSTIFICATIVA O objetivo deste trabalho foi a fabricação de um dispositivo ferramental para torno mecânico. Este trabalho foi desenvolvido devido a necessidade da instituição por ferramentas para o processo de usinagem. Muitos alunos da disciplina de processo de fabricação ficaram limitados nos seus projetos por falta de ferramentas especiais. Com a fabricação deste dispositivo ferramental os alunos do Instituto Federal de São José dos Campos, terão recursos para execução de alguns de seus projetos que eram limitados. O dispositivo será um recurso que ficará disponível para benefício dos alunos e do próprio Instituto que na nossa unidade é um campus novo, com muito potencial para desenvolver-se. Essa ferramenta é uma das nossas pequenas contribuições para o crescimento dá instituição na nossa região. 3 REVISÃO TEORICA Este trabalho teve por finalidade a fabricação de um dispositivo ferramental para torno mecânico. As ferramentas foram a maneira que o homem encontrou para ampliar a 8
força e destreza do seu corpo. As máquinas possibilitaram a multiplicação destes princípios por milhões de vezes. 3.1 Torno mecânico O Torno foi provavelmente uma das primeiras tecnologias desenvolvidas para a produção em grande escala. Segundo Machado Rocha et al (2011), com a Revolução Industrial, novos e mais resistentes materiais apareceram a indústria Metalmecânica, já no final do século XVIII e no início do século XIX. Em 1797, Henry Maudslay desenvolveu o primeiro torno com avanço automático, permitido a produção de roscas com passo definido. Chamado de Máquina Ferramenta Fundamental, foi a partir dele que se originaram todas as demais ferramentas, o Torno pode executar maior número de operações que qualquer outra máquina ferramenta. De acordo com Vicente Chiaverini, (1986), o torno executa trabalho em superfície de revolução uma vez que a peça que se trabalha tem o movimento de avanço e translação. Permite usinar qualquer obra que deva ter seção circular e combinações de tais seções. O trabalho abrange obras como eixos, polias, pinos e roscas. Além de tornear superfícies cilíndricas externas e internas, o Torno poderá usinar superfícies planas no topo das peças, facear, abrir rasgos ou entalhes de qualquer forma, ressaltos e golas, superfície cônicas, esféricas e perfiladas. Qualquer tipo de peça com rosca, interna ou externa, pode ser executado no Torno. Além dessas operações primárias ou comuns, o Torno pode ser usado para furar, alargar, recartilhar, enrolar molas, etc. O Torno também pode ser empregado para polir peças empregando-se uma lima fina, lixas etc. O processo que se baseia no movimento da peça em torno de seu próprio eixo chama-se torneamento. O torneamento é uma operação de usinagem que permite trabalhar peças cilíndricas movidas por um movimento uniforme de rotação em torno de um eixo fixo CHIAVERINE (1986). O torneamento, como todos os demais trabalhos executados com máquinas-ferramenta, acontece mediante a retirada progressiva do cavaco da peça a ser trabalhada. O cavaco é cortado por uma ferramenta de um só gume cortante, que deve ter dureza superior à do material a ser cortado. 9
No torneamento, a ferramenta penetra na peça, cujo movimento rotativo uniforme ao redor do eixo A permite o corte contínuo e regular do material. A força necessária para retirar o cavaco é feita sobre a peça, enquanto a ferramenta, firmemente presa à porta-ferramenta, contrabalança a reação desta força. FERRARESI (970). Para executar o torneamento, são necessários três movimentos relativos entre a peça e a ferramenta: 1-Movimento de corte: é o movimento principal que permite cortar o material. O movimento é rotativo e realizado pela peça. 2- Movimento de avanço: é o movimento que desloca a ferramenta ao longo da superfície da peça. 3- Movimento de penetração é o movimento que determina a profundidade de corte ao empurrar a ferramenta em direção ao interior da peça e assim regular a profundidade do passe e a espessura do cavaco. Variando os movimentos, a posição e o formato da ferramenta, é possível realizar uma grande variedade de operações: 1. Tornear superfícies cilíndricas externas e internas. 2. Tornear superfícies cônicas externas e internas. 3. Rosca superfícies externas e internas. 4. Perfilar superfícies. Além dessas operações, é também possível furar, alargar, recartilhar, rosca com machos e cossinetes, mediante o uso de acessórios próprios para a máquina-ferramenta FERRARESI, (1970). 3.2 Ferramenta de raio Há uma série de ferramentas que são chamadas de ferramentas de raio. Algumas das ferramentas mais comuns referidas por este nome são máquinas que cortam em formas circulares e ferramentas que serve para aferir o raio dos círculos. Os avanços na tecnologia também criaram ferramentas computacionais de mapeamento que podem localizar lojas ou pontos de referência dentro de certos programas de computador, os quais os usuários podem acessar a partir de locais remotos. Há também ferramentas de jardim ergonomicamente projetadas para permanecer paralelas ao braço do usuário. 10
1 Na máquina, uma ferramenta de raio, também chamada de ferramenta de raio de corte, ou ferramenta de giro, é uma peça de equipamento usada para cortar círculos ou formas circulares. Por rotação de uma lâmina de corte em torno de um eixo fixo, a ferramenta de corte de raio pode criar curvas em uma variedade de materiais, incluindo madeira, metal, plástico e aço. Existem também instrumentos de raio de mão que se assemelham a uma bússola com uma lâmina de corte no final um; estes, muitas vezes, são utilizados para o trabalho de embuti mento. Para a medição do raio de círculo, existe outro tipo de ferramenta de raio disponível. O compasso de calibre digital de raio pode ser usado para medir o raio de um círculo incompleto, usando os princípios da geometria. O computador dentro desta ferramenta é capaz de calcular a circunferência de um círculo, mesmo quando apenas uma porção da circunferência é acessível ou presente. A circunferência pode, então, ser utilizada para determinar o raio. Em programas de computador para produzir mapas, uma ferramenta de raio é incluída como parte do mecanismo de busca. Para limitar os resultados da pesquisa, uma pessoa pode optar por observar empresas dentro de apenas um raio determinado de um local especificado. Isto é também utilizado em sistemas de Global Positioning System (GPS) para localizar itens dentro de um certo raio do local onde se encontra uma pessoa. 4 PARAMETROS DE USINAGEM Serão descritos os principais parâmetros de usinagem que, para este projeto e aplicação em processo, são basicamente utilizados para não só para a fabricação de peças com perfis complexos como raios externos e internos, mas de uma maneira geral em procedimentos de usinagem em geral. 4.1 EQUAÇÃO DE TORNEAMENTO E FRESAMENTO Velocidade de corte: [Vc] é a velocidade tangencial instantânea resultante 1 Este texto sobre ferramenta de raio foi retirado do site: http://www.mecanicaindustrial.com.br/775-para-que-servem-as-ferramentas-de-raio/ Acesso, 5 de maio de 2017 11
da rotação da ferramenta em torno da peça, para as operações do tipo torneamento, fresamento ou furação [...] DINIZ et al, (2001). Pode ser calculada por meio da Equação (1), (2) VC = π Dn N 1000 = ( m min ) (1) N (min) = Velocidade de corte Dm (mm) = Diâmetro da peça π = (3.14) = PI VC (m/min) = Rotação do eixo principal VC = π D1 N 1000 = ( m min ) (2) D1 (mm) = Diâmetro da Ferramenta π = (3,14) = PI N = (min) = Rotação do eixo principal VC (m/min) = velocidade de corte 4.2 EQUAÇÃO DO ROLAMENTO Para calcular as cargas dos rolamentos, deve-se determinar as forças que atuam sobre o eixo que é suportado pelos rolamentos. Estas forças incluem o peso morto inerente ao corpo giratório, a carga produzida quando a máquina realiza um trabalho e a carga produzida por ação da força dinâmica de transmissão. Teoricamente, as cargas podem ser calculadas, mas o cálculo é difícil na maioria dos casos. Pode ser calculada por meio da Equação (3), (4). Fc = Kc Ap f = ( N ) (3) P0 = FC L 10h = 106 60 n (L 0 P 0 ) p = ( Horas ) (4) C 0 = fs P 0 = (N) 12
Fc = Carga dinâmica do rolamento L 10h = Vida nominal C 0 = Capacidade de carga estática 4.3 CALCULO DE ROLAMENTO F C = 3600 0,25 03 = 270 N L 10h = 106 2 5400 (6550 270 ) = 2,618262 h C 0 = 2,5 270 = 675 N 4.4 INSTRUÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO DISPOSITIVO 1- Identificar o centro da peça com tinta de traçagem; 2- Marcar o centro; 3- Zerar o eixo X, com o auxílio do goniômetro para achar a perpendicularidade do eixo; 4- Travar o carrinho para não andar no eixo Y; 5- Afastar a ferramenta manualmente para zerar o eixo Y, até encostar no centro da circunferência; 6- Aperta os parafusos da ferramenta; 7- Afastar ferramenta e verificar se as arestas vão bater; 8- Na situação das arestas não se baterem destrave o carrinho e desloque o eixo Y; 9- Após isso de início a usinagem. 5 DESENVOLVIMENTO Nosso trabalho consistiu na realização de várias etapas. Na primeira etapa pesquisamos materiais, custo benefício, durabilidade, usinabilidade etc. 13
Segunda etapa caracterizou-se pelo desenvolvimento do projeto com desenho detalhados de cada componente do projeto: 1-Geração das folhas de processo e desenhos. (Anexo) 2-Corte do material para início do processo de fabricação. 3-Utilização da fresa para esquadrejamento das peças da base quadrada, e o porta ferramenta. 4-Utilização do torno mecânico para fabricação da base cilíndrica utilizando ferramentas especificas, indicadas na folha de processo, fazer canal para prender anel de retenção. 5-Utilização da fresa para fazer o canal para a porta ferramenta, e o rebaixo lateral para fazer as furações na base cilíndrica. 7-Utilizar macho M6 para fazer a rosca laterais para prender a porta ferramenta, e o macho M10 para fazer a rosca e o acoplamento do manipulo. 8-Utilizar torno para usinar manipulo e fabricação da rosca M10. 9-Montagem final do projeto com todos os seus componentes. Obs.: A esfera do manipulo foi fabricada com o próprio dispositivo já mostrando a sua funcionalidade. 6 RESULTADOS E CONCLUSÃO No decorrer do desenvolvimento deste projeto colocamos todo o conhecimento teórico que adquirimos no decorrer do curso em prática e, a cada etapa deste projeto, aprendemos mais, com riquezas de detalhes teóricos e práticos, já que, se ocorria alguma dificuldade, absorvíamos todas as necessidades e corrigíamos no mesmo momento. Acreditamos que este projeto será de grande utilidade para o nosso campus, para alunos e professores e fará a diferença em várias etapas dos processos de usinagem. O resultado do nosso projeto ficou dentro das expectativas do grupo, com necessidade apenas de alguns ajustes finais no momento do teste. Com o objetivo de comprovar que os resultados foram satisfatórios produzimos a esfera do manípulo com o próprio dispositivo fabricado. 14
7 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica: Materiais de Construção Mecânica. Vol III, 2ª Ed., McGraw-Hill, 1986. DINIZ, ANSELMO, MARCONDES, FRANCISCO C, COPPINI, NIVALDO L, livro -Tecnologia da Usinagem dos Metais, 6ª ed. São Paulo: Artliber Editora, 2008. FERRARESI, D., (1970), Livro - Fundamentos da usinagem dos metais, 12ª edição, São Paulo, editora Edgard Blucher. STOETERAU, R., Fundamentos dos Processos e usinagem, São Paulo SP, 2003. TRENT, E. M., livro - Metal cutting / Edward M. Trent, Paul K. Wright. 4th ed.p. (2000), cm.includes bibliographical references and index. ISBN 0-7506- 7069-X. WIEDENHOFT ALDONI, movimento em usinagem e terminologia de ferramentas, Alegrete RS, 2010. 15
8 DESENHOS DAS PEÇAS USINADAS ANEXO I 16
ANEXO II 17
ANEXO III 18
ANEXO IV 19
ANEXO V 20
ANEXO VI 21
9 PLANO DE TRABALHO DAS PEÇAS ANEXO I 22
ANEXO II 23
ANEXO III 24
ANEXO IV 25
ANEXO V 26
10 IMAGEM FINAL E FERRAMENTAS COMPRADAS ANEXO I 27
ANEXO II 28
ANEXO III DISPOSITIVO FERRAMENTAL PARA TORNO MECANICO, FABRICADO NO INSTITUTO FEDERAL DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 29