PROCESSO DE CORTE POR CISALHAMENTO ROTATIVO

O processo de corte rotativo caracteriza-se pelo movimento de rotação da ferramenta de corte, que é diferente do conceito do corte por cisalhamento convencional, onde o corte acorre com o movimento de translação da ferramenta. Uma ferramenta de corte rotativo consiste basicamente de um rolo porta punções e de um rolo porta matrizes. Entre os rolos a chapa de metal em tira é introduzida e o par punção e matriz realizam o corte através do encravamento na chapa. Os rolos giram em sentidos opostos realizando o corte sincronizado através de uma transmissão por engrenagens (Figura 43).

O processo de corte rotativo segundo a norma alemã DIN 8588 – Processos de Separação é considerado como um processo de corte por cisalhamento. Este processo não possui uma classificação definida, mas através da forma como o corte é realizado, pode ser considerado como uma mistura do processo de corte convencional e do processo de corte por guilhotina rotativa ou Slitter (Figura 42).

Figura 42 - Demonstração das características cinemáticas das ferramentas de corte rotativo em conformidade com a norma DIN 8588. [10]

Figura 43 - Princípio da ferramenta de corte rotativo.

• Origem e Aplicações do Processo

O processo de corte rotativo teve sua origem no processamento de papel e impressão digital. Por exemplo, para furar, cortar e imprimir de forma contínua trabalhos publicitários como embalagens, rótulos, revistas e jornais, é utilizado exclusivamente máquinas rotativas (Figura 44). Com essa tecnologia é possível velocidades de deslocação do papel de até 400 m/min.

No processamento de metais, durante muitos anos as ferramentas de corte rotativo limitaram-se à utilização para o corte longitudinal ou transversal de chapas. Linhas de corte longitudinal são utilizadas para a separação de várias tiras de chapa de uma bobina enrolada. Conforme apresentado anteriormente este processo é chamado de guilhotina rotativa ou Slitter e cortam de forma contínua as tiras de chapas na mesma direção. A velocidade de produção de linhas de corte longitudinal é entre 100 e 500 m/min.

O uso industrial de ferramentas de corte rotativo para perfuração e corte de tiras de material é ainda muito recente. Atualmente são conhecidos dois modelos fabricados por empresas do Estados Unidos e Alemanha, respectivamente Hill Enginnering e Baust Gruppe. Existem sistemas desenvolvidos em outros países que são baseados em tecnologias existentes nos dois países. Desde o início dos anos noventa, a empresa pioneira Baust trabalha na construção de máquinas de corte rotativo para o processamento de metal (Figura 45).

Uma aplicação típica para sistemas de corte rotativo é a produção de perfis perfurados de tiras de chapas metálicas de até 2 mm de espessura, conforme exemplos da Figura 46. Alguns produtos podem ser citados como: calhas para suporte de cabos elétricos, componentes de prateleiras e sistemas de aeração. Hoje grande parte das peças perfuradas tradicionalmente com prensas convencionais, poderiam implementar o sistema de corte rotativo. Os materiais processáveis por este processo são chapas de aço ao carbono, aço inoxidável, galvanizadas, alumínio e outros metais não ferrosos, até plásticos.

Na indústria moderna, para aumentar a velocidade dos processos de estampagem e baixar o custo dos produtos manufaturados, se combinam os dois processos de perfurar e perfilar, que se denomina uma linha de perfilação completa ou combinada (Figura 47). A maioria dos produtos conformados é fabricado em grandes lotes ou em massa, e por conseguinte requer a utilização de sistemas de alto desempenho e com alta velocidade, geralmente prensas mecânicas, chamadas de prensas de alta velocidade. [9]

Figura 45 - Modelos de máquinas fabricadas pela empresa Baust Gruppe. [20]

Figura 47 - Linha de produção convencional para fabricação de perfilados. [9]

Em uma linha de produção convencional a tira de chapa é alimentada a partir do desbobinador (a) e por um endireitador (b), onde a chapa curvada é trazida para uma forma plana. Em seguida a peça de trabalho é perfurada na prensa de alta velocidade (c) e passa através do perfilador (d), no qual a tira de chapa plana com o auxílio de rolos é conformada em um perfil. Nesta linha não é mostrado um possível dispositivo para cortar os perfis no comprimento desejado. A velocidade de avanço média de uma linha de perfilação convencional é entre 10 e 40 m/min. Uma linha de perfilação completa conforme o exemplo mostrado, exige o manuseio de várias ferramentas e equipamentos modernos que encarecem o sistema e requerem muito espaço físico para seu uso.

O processo de corte rotativo torna-se atualmente uma opção para as empresas que necessitam reduzir os custos com ferramentas e otimizar o processo de fabricação. Na Figura 48 tem-se uma linha de produção para fabricação de perfis perfurados com uma unidade de corte rotativo. [9]

As unidades de corte rotativo consistem de um rolo porta punção e um rolo porta matriz, que giram em sentidos opostos com a mesma velocidade através de uma transmissão por engrenagens. A tira de chapa é alimentada de forma contínua a partir do desbobinador (a) e o impulso de alimentação é geralmente feito pelo perfilador (c). Os rolos possuem os punções e as matrizes dispostos em torno de sua circunferência e realizam a perfuração da tira de chapa de forma contínua. Os rolos são movidos por um servo-motor próprio e dependem da velocidade de avanço da tira.

Em comparação com uma prensa de alta velocidade o sistema de corte rotativo não precisa de um endireitador de chapas e nem de alimentadores. A unidade de corte rotativo ajusta a sua velocidade conforme a necessidade do perfilador. A linha de produção inteira requer apenas cerca de 20 m² de espaço, ao contrário da linha convencional mostrada na Figura 47 que necessita 100 m². Como mostrado na uma linha de produção com unidade de corte rotativo trabalha com uma velocidade de alimentação da chapa de 60 m/min à 100m/min e espessuras de até 2 mm. [9]

Uma comparação dos dois conceitos de linha de produção é apresentada na Tabela 5.

Tabela 5 - Comparação unidade de corte rotativo com prensas de alta velocidade. [9]

Unidade de corte rotativo Prensas de alta velocidade

Velocidade de avanço 60 à100 m/min 10 à 40 m/min

Potência 8 kW 40 à 60 KW

• Elementos e Mecanismos de Corte

Os principais componentes de uma ferramenta de corte rotativo são os rolos porta punções e porta matrizes, onde estão montados radialmente os punções e as matrizes de corte, conforme mostrado esquematicamente na Figura 49.

Figura 49 - Elementos básicos de um sistema de corte rotativo. [9]

s

r - Raio do rolo porta punção.

m

r - Raio do rolo porta matriz.

t - Posição angular dos rolos.

a - Distância entre eixos.

ref r - Raio de referência. av X - Deslocamento na direção X. av Y - Deslocamento na direção Y. ω - Velocidade angular. c

V - Velocidade de avanço da chapa.

No corte rotativo as ferramentas de corte consistem basicamente de uma matriz e de um punção, que realizam o corte por cisalhamento através do movimento entre si. O punção e a matriz possuem uma superfície com raio definido pelos rolos e entre as ferramentas existe uma folga de corte. As ferramentas de corte e seus elementos básicos são mostrados esquematicamente na Figura 50.

Figura 50 - Representação esquemática das ferramentas de corte e seus elementos básicos. [9]

Nos sistemas de corte rotativo existentes, o eixo do rolo porta matriz é o acionador ou motor. O rolo porta matriz encontra-se na parte inferior da máquina e fornece a rotação e a força necessária para mover o rolo porta punção, que é o eixo acionado ou movido, localizado na parte superior da máquina.

Os rolos movimentam-se em sentidos opostos com mesma rotação através de uma transmissão por engrenagens. Para a maioria das aplicações o valor do raio dos rolos é igual, rs =rm. Em tais sistemas os rolos porta punções e matrizes

rotacionam sincronizados por uma relação de engrenagens de 1:1.

• Fases do Corte

O processo de corte rotativo pode ser dividido em quatro fases, conforme a distribuição dos esforços de corte durante a variação da posição angular dos rolos (Figura 51).

Figura 51 - Fases do processo de corte rotativo. [10]

Primeira Fase: A primeira fase é caracterizada pela entrada do punção na peça. O punção encosta na superfície da chapa com a aresta frontal e inicia o corte através de uma pressão em toda região da aresta. Isto aumenta a força de corte de forma constante até que o punção atravesse a chapa. Após a ruptura a força de corte diminui e inicia o corte das superficies laterais.

Segunda Fase: Na segunda fase as superfícies de corte laterais são cortadas progressivamente, de forma semelhante ao processo de corte Slitter. O nível de força permanece relativamente constante ao longo de todo o período de corte e ligeiramente abaixo da força máxima da primeira fase. Isto resulta em uma superfície e um perfil de corte constante.

Terceira Fase: Na terceira fase é a aresta traseira que encosta na chapa e fecha a linha de corte através de uma pressão de corte em toda região da aresta. O nível de força sobe e desce bruscamente nesta fase, da mesma forma que na entrada do punção.

Quarta Fase: Na quarta fase o punção é extraído para fora da matriz. Neste caso não há nenhuma força significativa atuando no punção.