MATERIAL E GEOMETRIA DA PEÇA
5.2. Geometria da Peça
A seleção dos processos de usinagem é feita com base na análise da capacidade do processo de executar o formato geométrico da peça com exatidão e acabamento requeridos.
Processos de usinagem diferentes podem ser usados na usinagem de uma mesma superfície. Os fatores principais a serem considerados na seleção de um processo de usinagem são a forma, o tamanho, a precisão e o acabamento superficial da superfície, além da estrutura global da peça, seu peso e material, volume de produção, condições do chão-de-fábrica, etc.
Inicialmente selecionam-se os grupos de processos compatíveis com o tamanho e a forma geométrica da peça a ser usinada (axissimétrica ou prismática5) e com as possíveis características adicionais (furos, roscas, cavidades etc.). A Tabela 5.1 mostra os grupos conforme o formato superficial.
Uma vez selecionado o grupo de processos de usinagem, a seleção final será feita com base no acabamento superficial e também nas tolerâncias dimensionais e geométricas requeridas.
A geometria de uma peça (tamanho e forma) pode ser gerada através de processos anteriores, ou pode ser selecionada a partir da matéria-prima padrão para usinagem. Geralmente estas variáveis influenciam diretamente no processo de usinagem ou nos parâmetros que são selecionados, como por exemplo, a profundidade de corte.
Não se pode esquecer jamais que as dimensões da área de trabalho da máquina-ferramenta devem ser maiores do que as maiores dimensões da peça.
5 Uma seção transversal que, ao girar em torno de um eixo, origina um sólido de revolução que corresponde a uma peça axissimétrica. Uma superfície prismática é aquela gerada por uma reta que se desloca paralelamente a si mesma acompanhando uma linha poligonal aberta ou fechada; prisma é o sólido limitado por uma superfície prismática fechada e por dois planos paralelos.
Tabela 5.1 – Grupos de processos de usinagem de acordo com o formato desejado da peça organizar o Sistema de Produção. A este conceito dá-se o nome de Tecnologia de Grupo (TG).
5.2.1. Peças similares a sólidos de revolução
Peças axissimétricas – similares a sólidos de revolução (eixos, engrenagens, polias, tampas) – são as que, por exemplo, podem ser submetidas às operações de desbaste e acabamento em torneamento.
Os fatores que devem ser considerados na escolha entre uma peça forjada ou de barra na confecção desses elementos de máquinas (sólidos de revolução) são: o cálculo dimensional; o sobrematerial a ser removido; a disponibilidade da máquina-ferramenta.
Exemplos de peças axissimétricas com relação L/D (comprimento/diâmetro) grande: eixos, pinos e varões. Exemplos com L/D pequeno: engrenagens, polias, volantes e buchas.
A Figura 5.4 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser obtidas através de operações de torneamento.
Figura 5.4 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por torneamento.
5.2.2. Peças não similares a sólidos de revolução
Peças não similares a sólidos de revolução são aquelas que, após a usinagem, apresentam superfícies prismáticas, ou seja, peças formadas por superfícies planas e/ou não axissimétricas. Exemplos de peças não similares a sólidos de revolução: carcaças, tampas e garfos.
A Figura 5.5 mostra diferentes geometrias e superfícies de peças e componentes que podem ser obtidas através de operações de fresamento.
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Figura 5.5 – Possíveis geometrias de peças fabricadas por fresamento.
5.2.3. Peças especiais
As usinagens de materiais nas escalas micro e nanométrica estão sendo consideradas por muitos a chave para as futuras tecnologias. Além dos já conhecidos processos de litografia usados na fabricação de dispositivos eletrônicos, as tecnologias de micro e nanousinagem desempenham um papel importante na miniaturização das máquinas, com usos destacados em aplicações biológicas e médicas, sensores eletromecânicos, atuadores e microreatores químicos, entre outros (Fig. 5.6a).
Por outro lado, a usinagem de peças muito grandes exige máquinas-ferramentas de grande porte e toda a rotina de trabalho diferenciada. Como parte desta rotina, podem-se citar as dificuldades de movimentação das peças em função da localização das faces e diâmetros a serem usinados com auxílio de operações com ponte rolante. Outro fator a ser considerado é que as peças são geralmente estruturas mecano-soldadas, necessitando de montagem posterior. A Figura 5.6b mostra um rotor de hidrelétrica fabricado a partir de um disco fundido maciço de aço inox martensítico; após a usinagem do perfil hidráulico, as meias-conchas que complementam a peça são fixadas por solda ao disco principal.
(a) (b)
Figura 5.6 – Tamanhos e geometrias especiais obtidas em usinagem: (a) nanousinagem; (b) rotor de hidrelétrica.
5.2.4. Tecnologia de Grupo
Na fabricação por usinagem, milhares de itens são produzidos anualmente. Quando se observa as peças que constituem um produto, o número é excepcionalmente elevado. Cada peça possui forma, tamanho e função diferentes. Entretanto, podem-se identificar similaridades entre estas peças. Por exemplo, engrenagens de dentes retos de tamanhos diferentes sofrem os mesmos processos de fabricação.
Portanto, percebe-se que peças podem ser classificadas em famílias e isso propicia uma base de dados conveniente para ser gerenciada.
Pode-se dizer que a Tecnologia de Grupo (TG) é “a percepção de que muitos problemas são similares, e que agrupando problemas similares, uma solução única pode ser encontrada para um conjunto de problemas, poupando-se assim tempo e esforço”.
TG pode ser aplicada em áreas diferentes, tais como: projeto, planejamento da produção, planejamento do processo, escalonamento, inspeção, armazenamento, etc. No projeto de peças, inúmeras peças podem possuir uma forma similar (Fig. 5.7), e estas peças podem ser agrupadas numa família de projeto. Usando este conceito, pode-se identificar “peças compostas”, que englobam todas as “features”
de projeto de uma família de projeto. Exemplo de peças compostas é dado na Figura 5.8.
Figura 5.7 – Família de projeto.
Figura 5.8 – Peças compostas.
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Com relação à fabricação, peças que não são similares na forma podem, entretanto, ser fabricadas por processos de fabricação semelhantes. Um exemplo é dado na Figura 5.9. Esta família é chamada de
“família de produção”, e dela o planejamento do processo pode ser facilitado. Como processos de fabricação similares são necessários para todos os membros da família, uma célula pode ser agrupada para fabricar uma família de peças. Isto torna o planejamento e controle da produção bem mais simples, pois somente peças similares são fabricadas em cada célula. Este layout é chamado de “layout celular”.
Figura 5.9 – Família de produção.
Cada célula consiste de alguns equipamentos, como máquinas-ferramentas com comando numérico, máquinas de medição por coordenadas, robôs, esteiras. Estas máquinas são agrupadas fisicamente para formar uma célula, e escalonadas como uma entidade. Uma célula pode ser considerada como uma fábrica, na qual entra a matéria-prima, e sai a peça (ou produto) acabado.
Maiores detalhes na disciplina (ENG03387) SISTEMAS DE FABRICAÇÃO.
Prof. André João de Souza