UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
RAFAEL EDUARDO BRAZ
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA ALIMENTAÇÃO DE CHAPAS EM UMA FERRAMENTA DE ESTAMPO
Panambi 2018
RAFAEL EDUARDO BRAZ
PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA ALIMENTAÇÃO DE CHAPAS EM UMA FERRAMENTA DE ESTAMPO
Trabalho de Conclusão de curso apresentado a banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ.
Orientador: Prof. Me. Cristiano Rafael Lopes
Panambi 2018
UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul DCEEng – Departamento de Ciências Exatas e Engenharias
TERMO DE CIÊNCIA DO(A) ORIENTADOR(A) CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Eu, Cristiano Rafael Lopes na condição de professor(a) orientador(a) declaro estar ciente da entrega da Versão Final do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica, elaborado e apresentado pelo (a) estudante Rafael Eduardo Braz, declaro que o Trabalho de Conclusão do Curso intitulado PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UM DISPOSITIVO PARA ALIMENTAÇÃO DE CHAPAS EM UMA FERRAMENTA DE ESTAMPO, atendeu as recomendações/sugestões da banca examinadora e segue a metodologia científica, de acordo com as regras da ABNT, bem como o Regulamento da Normalização de Trabalhos Acadêmicos da UNIJUÍ.
Panambi/RS, 04 de julho de 2018.
RESUMO
Através da necessidade de aumentar a velocidade de produção, melhorar o processo produtivo e proporcionar maior segurança ao operador, surgiu a necessidade de construir um dispositivo de alimentação de chapas, acoplado a uma ferramenta de estampo. O presente trabalho aborda, o projeto do circuito pneumático, dimensionamento dos componentes, levantamento dos custos, construção do dispositivo e testes. O projeto do circuito é definido a partir da definição da sequência em que os cilindros devem operar, feito isso, segue com cálculos de vazão de ar e força pneumática, para definição dos componentes pneumáticos, definido os itens necessários, segue para a aquisição de todos os equipamentos, sendo feito análise de custos, fabricação e testes.
ABSTRACT
Due to the need to increase the speed of production, improve the production process and provide greater safety to the operator, a need has arisen to construct a sheet feeding device coupled to a stamping tool. The present work deals with pneumatic circuit design, component sizing, costing, device construction and testing. The design of the circuit is defined from the definition of the sequence in which the cylinders must operate. This is followed by calculations of air flow and pneumatic force to define the pneumatic components, define the necessary items, follow for the acquisition of all the equipment, being made cost analysis, manufacturing and testing.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxograma das atividades... 13
Figura 2 - Cilindro Pneumático de ação simples com retorno por mola. ... 16
Figura 3 - Esquema de um Cilindro de ação dupla com haste simples ... 17
Figura 4 - Esquema de um Cilindro de Haste Passante ... 18
Figura 5 -Válvula direcional 4vias 2 posições ... 19
Figura 6 - Esquema de quadros para posições das válvulas direcionais ... 20
Figura 7 - Esquema representativo das vias em uma válvula. ... 20
Figura 8 - Esquema representativo da função das vias de uma válvula ... 21
Figura 9 - Tipos de acionamentos de válvulas segundo simbologia ISO 1219-1... 22
Figura 10 - Circuito pneumático com uso de válvula controladora de fluxo. ... 23
Figura 11 - Válvula reguladora de pressão com a simbologia ISO ... 24
Figura 12 - Gráfico Trajeto-passo ... 26
Figura 13 - Diagrama Funcional ... 27
Figura 14 - Vista superior matriz de estampo da ferramenta de aeração ... 28
Figura 15 - Chapa de aeração de silo ... 29
Figura 16 - Desenho do Dispositivo de alimentação de chapas acoplado a ferramenta de estampo. ... 30
Figura 17 - Detalhe dos cilindros pneumáticos. ... 31
Figura 18 - Diagrama Funcional ... 34
Figura 19 - Circuito Pneumático do Dispositivo Conforme Norma ISO 1219 ... 35
Figura 20–Montagem dos componentes mecânicos do dispositivo. ... 45
Figura 21 - Montagem do circuito pneumático no dispositivo. ... 46
Figura 22 - Instalação das grades de proteção na prensa conforme NR12. ... 46
Figura 23 - Dispositivo instalado na prensa. ... 47
Figura 24 - Erro no passo de avanço do dispositivo. ... 48
Figura 25 - Problema gerado durante o estampo causado por parafuso mal posicionado da ferramenta. ... 48
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Gráfico Trajeto-Passo do dispositivo de alimentação de chapas. ... 33
Tabela 2 - Coeficientes de Atrito ... 38
Tabela 3 - Relação entre as roscas de conexão e a vazão das válvulas direcionais. ... 41
Tabela 4 - Itens para a construção do dispositivo ... 42
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
𝑚 Massa kg
𝜌 Densidade kg/m³
𝑉 Volume m³
𝐹 Força de Atrito N
𝜇 Coeficiente de atrito estático
𝑁 Força normal, ou força gravitacional em N
𝐹 Força N
𝑃 Pressão N/cm²
𝐴 Área cm²
𝜋 Pi 3,14159
𝑄𝑛 Consumo de ar no cilindro l/min
𝑉𝑐 Volume de ar necessário para preencher o cilindro pneumático l 𝑅𝑐 Razão de compressão;
𝑛 Número de ciclos por minuto. 𝑟 Raio da circunferência
𝑎 Aceleração da massa m/s²
𝑣 Velocidade final desejada em regime permanente m/s
𝑡 Tempo para atingir a velocidade s
𝑒 Espaço disponível para atingir a velocidade m
𝐹 Força de aceleração da massa total N
𝐹 Força útil a ser executada (furar, dobrar, prensar, etc..) N
𝑝 Pressão N/cm²
𝜂 Eficiência
𝐴 Área cm²
CNC Comando Numérico Computadorizado CLP Controlador Lógico Programável
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 10 1.1 GENERALIDADES ... 10 1.2 OBJETIVOS ... 11 1.2.1 Objetivo Geral ... 11 1.2.2 Objetivos Específicos ... 11 1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO ... 11 1.4 METODOLOGIA ... 12 2 EMBASAMENTO TEÓRICO ... 14 2.1 AUTOMAÇÃO PNEUMÁTICA ... 14 2.1.1 Aplicação ... 14 2.2 CILINDRO PNEUMÁTICO ... 15
2.2.1 Tipos de cilindros Pneumáticos ... 15
2.2.1.1 Cilindros de ação simples ... 16
2.2.1.2 Cilindros de ação dupla ... 16
2.2.1.3 Cilindros de Haste Passante ... 17
2.3 VÁLVULAS DIRECIONAIS E DE CONTROLE ... 18
2.3.1 Válvulas Direcionais ... 18 2.3.1.1 Número de posições... 19 2.3.1.2 Número de vias ... 20 2.3.1.3 Posição normal... 21 2.3.1.4 Tipo de acionamento ... 21 2.3.2 Válvulas de Controle ... 22 2.3.2.1 Válvulas de Bloqueio ... 22
2.3.2.2 Válvulas de Controle de Fluxo ... 23
2.3.2.3 Válvulas de Controle de Pressão ... 24
2.4 PROJETO DE COMANDOS SEQUÊNCIAIS ... 25
2.4.1 Análise do Comando Sequêncial ... 25
3 PROJETO DO DISPOSITIVO ... 28
3.3 PROJETO DO COMANDO SEQUENCIAL ... 32
3.4 DIMENSIONAMENTO DOSCOMPONENTES PNEUMÁTICOS ... 36
3.4.1 Força total exercida sobre o cilindro ... 36
3.4.2 Calculo de massa a ser deslocada ... 36
3.4.3 Força de atrito ... 37
3.4.4 Força de aceleração ... 38
3.4.5 Cálculo do diâmetro do cilindro ... 39
3.4.6 Cálculo de consumo de ar ... 40
3.4.7 Especificação das válvulas ... 41
4 CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO E TESTES ... 42
4.1 MATERIAIS UTILIZADOS ... 42
4.2 IMPACTO NO PREÇO DO PRODUTO FINAL ... 44
4.3 MONTAGEM DAS PEÇAS E INSTALAÇÃO NA PRENSA ... 45
4.4 TESTES ... 47
5 CONCLUSÃO ... 50
REFERÊNCIAS ... 51
ANEXO A: CATALOGO CILINDRO COMPACTO CDB ISO 21287 PÁGINA 1 ... 53
ANEXO B: CATALOGO CILINDRO COMPACTO CDB ISO 21287 PÁGINA 2 ... 54
ANEXO C: CATALOGO VÁLVULA DIRECIONAL VN14 G 1/4"PÁGINA 1 ... 55
ANEXO D: CATALOGO VÁLVULA DIRECIONAL VN14 G 1/4" PÁGINA 2 ... 56
ANEXO E: CATALOGO VÁLVULA DIRECIONAL VN14 G 1/4" PÁGINA 3 ... 57
ANEXO F: CATALOGO VÁLVULA DIRECIONAL VN14 G 1/4" PÁGINA 4... 58
1 INTRODUÇÃO 1.1 GENERALIDADES
Segundo FESTO (1998) a preocupação com a produtividade tem sido um dos fatores de propulsão do desenvolvimento tecnológico e da crescente automatização dos processos industriais. Essas inovações permitiram a criação de equipamentos que não só substituíram a força muscular do homem, mas também tem a condição de analisar opções e corrigir erros.
Com o aumento da competitividade do mercado e a rigidez das normas de segurança das máquinas a automação industrial se tornou indispensável para uma indústria que deseja ser competitiva. Em especial no setor metal mecânico, onde os processos de conformação de chapas metálicas apresentam inúmeras aplicações de grandes lotes de produção, com normas específicas de dimensionamento e qualidade da matéria prima.
A movimentação de peças dentro de uma fábrica sempre foi um problema, pois gera custos e não agrega valor ao produto, na alimentação de matéria prima para as máquinas, o uso da força manual sempre foi prático, porém em situações com grandes lotes de produção, esta tarefa se torna repetitiva e acaba fadigando o trabalhador, causando acidentes e baixa produtividade.
Riscos ergonômicos no trabalho podem gerar distúrbios psicológicos e fisiológicos, alterando o organismo e o estado emocional dos trabalhadores o que afeta, a sua saúde, segurança e produtividade. (LAPA, 2016).
Segundo dados da Previdência Social do Brasil, em 2016 foi registrado no país 578.935 acidentes de trabalho. As lesões por esforços repetitivos são considerados acidentes e são muito frequentes (LAPA, 2016).
Tendo em vista tais fatores se tem a justificativa da necessidade da automação industrial, em razão de produtividade e qualidade, as acima de tudo a segurança ao trabalhador.
1.2 OBJETIVOS 1.2.1 Objetivo Geral
Projetar e construir um dispositivo de alimentação de chapas para uma ferramenta de estampo, que seja seguro e eficiente, com um baixo custo de fabricação.
1.2.2 Objetivos Específicos
Como objetivos específicos se tem:
Revisar a bibliografia sobre o tema do assunto; Projetar um modelo detalhadamente;
Calcular os cilindros pneumáticos; Definir as válvulas de controle; Projetar um circuito pneumático; Fabricar e montar o equipamento;
Testar e analisar os resultados práticos com os teóricos.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
O trabalho esta dividido em cinco capítulos,1 Introdução, 2 Embasamento teórico, 3 Projeto do dispositivo, 4 Construção do dispositivo e testes e 5 Conclusão.
A Introdução apresenta uma justificativa e os objetivos do trabalhando, abordando uma síntese do assunto e a metodologia.
O capítulo 2 apresenta uma pesquisa sobre o tema, elaboradas por autores conceituados na área, contendo as ferramentas para a elaboração do projeto, no qual se tem os equipamentos pneumáticos de automação industrial, e ferramentas de projeto para lógica sequencial.
O capítulo 3 aborda a execução das ferramentas teóricas, tendo em seu conteúdo os cálculos de dimensionamento necessários para a construção do dispositivo.
Em seguida no capítulo 4 é apresentado a construção do dispositivo, tendo feito um levantamento dos materiais necessários para a fabricação, e as etapas de montagem e testes.
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O capítulo 5 é a conclusão, aonde se tem a análise de satisfação dos resultados teóricos e práticos obtidos.
1.4 METODOLOGIA
A metodologia aplicada consiste em um projeto de um dispositivo. Primeiramente, realizou-se a revisão bibliográfica sobre o assunto, para levantar dados de autores e estudiosos da área sobre os tipos de sistemas e soluções para o problema de automação pneumática. Nesse estudo levantou-se dados sobre tipos de cilindros e válvulas, além de ferramentas que auxiliam no projeto de um circuito lógico.
O objetivo é projetar um circuito pneumático de um dispositivo de alimentação automática para uma ferramenta de estampo, dimensionar os cilindros e válvulas, fazer o projeto de uma garra de alimentação, e um levantamento dos custos de compra e fabricação.
Afim de ordenar as etapas do desenvolvimento do projeto se desenvolveu um cronograma das etapas de construção do presente trabalho, que se apresenta da seguinte maneira:
Identificação do problema.
Revisão bibliográfica envolvendo os conceitos de pneumática que serão usados para o desenvolvimento do equipamento.
Projeto conceitual, preliminar e detalhado, definição da estrutura mecânica do equipamento e projeto do circuito pneumático, dentro da norma ISO 1219, utilizando o software FluidSIM-P disponibilizado pela empresa Festo, fabricante de equipamentos pneumáticos.
Dimensionamento teórico dos equipamentos necessários para a movimentação das peças, como cálculos de dimensionamento de cilindros e válvulas.
Construção do equipamento, fabricação, compra e montagem dos itens necessários para a estrutura, envolvendo compra de matéria prima, e equipamentos pneumáticos, além de serviços como usinagem, solda, etc. Levantamento dos custos totais de aquisição e serviços.
Operação e testes, afim de analisar a eficiência do equipamento e comparar com resultados teóricos obtidos.
Com esse cronograma se desenvolveu um fluxograma para facilitar a visualização das etapas na Figura 1.
Figura 1 - Fluxograma das atividades
2 EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1 AUTOMAÇÃO PNEUMÁTICA
As aplicações dos sistemas pneumáticos na automação industrial abrangem praticamente todas as atividades industriais conhecidas, desde simples mecanismos para a substituição de trabalhos manuais até sistemas complexos de automação robotizados das células flexíveis de manufatura, (BOLLMANN, 1997)
A crescente aplicação de sistemas autônomos dentro da indústria impulsiona o desenvolvimento de novas tecnologias da parte pneumática, já que é uma das formas mais baratas e eficientes de aplicar uma automação. Outro avanço desta área, se dá à sua aplicação juntamente com controladores eletrônicos, que há uma facilidade de integração destes dispositivos, e eles geram a possibilidade de programação flexível e monitorada de sistemas pneumáticos.
A automação pneumática prove muitas vantagens em relação a outros sistemas de automação, Fialho (2011) apontou algumas das características vantajosas da pneumática:
Disponibilidade de ar; Transporte e distribuição; Armazenagem; Variações de temperatura; Segurança; Limpeza; Velocidade; Versatilidade. 2.1.1 Aplicação
Segundo Bollmann (1997) as aplicações dos sistemas pneumáticos na automação industrial abrangem todas as atividades industriais conhecidas. Desde simples mecanismos de movimentação até modernos robôs e células flexíveis de manufatura, e em ambos se tem a aplicação da pneumática.
Em uma típica aplicação, a montagem do cilindro pneumático é feita com a fixação do corpo do cilindro a uma estrutura fixa, e a haste é fixada a um elemento móvel. Uma válvula direcional é usada para direcionar o ar comprimido por entre as câmaras do cilindro, executando assim o movimento linear.
Transportes e manipulação de peças: Montagem:
Fabricação:
Caracterização de peças: Teste de equipamentos; Embalagens de produtos:
Acionamentos, manipulação e transporte de fluidos.
Além das citadas acima, uma das grandes aplicações da pneumática está na manipulação de peças para robôs de solda e máquinas CNC de grandes portes, aonde a produtividade é extremamente alta, e o uso da manipulação manual se torna insalubre e de baixa produtividade.
2.2 CILINDRO PNEUMÁTICO
Atuadores pneumáticos lineares conhecidos comumente como cilindros pneumáticos são elementos constituídos por tubos cilíndricos, tendo uma de suas extremidades fechada, a qual tem apenas uma conexão para a admissão e exaustão do ar, enquanto a outra normalmente é fechada, mas possui um furo central, pelo qual se movimenta a haste do cilindro, esta haste é presa a um embolo que se movimenta através da ação do ar no interior do tubo cilíndrico (FIALHO, 2011).
2.2.1 Tipos de cilindros Pneumáticos
Entre as variedades de modelos de cilindros pneumáticos pode se citar três que são as mais utilizadas, porém dentro das mesmas existe inúmeras diferenças de construção e design, são as seguir:
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Cilindro de ação dupla Cilindro de haste passante
2.2.1.1 Cilindros de ação simples
Os cilindros de ação simples produzem trabalho em apenas um sentido de movimento, eles avançam pela ação do ar comprimido e seu retorno é efetuado pela força de uma mola ou de alguma força externa, (ANDRIGHETTO, 2005).
Pelo motivo do retorno não ser efetuado pela ação do ar comprimido, que tem como consequência do mesmo ser mais econômico em quantidade de fluido usado, porém necessita uma pressão extra para romper a resistência da mola.
No caso dos modelos que possuem mola sua construção é limitada no comprimento, pois a mola ao ser deformada gera uma força contraria com um módulo de elasticidade constante, o que limita sua aplicação em cursos de até 100 mm. Na Figura 2 é possível observar a representação em corte de um cilindro de ação simples.
Figura 2 - Cilindro Pneumático de ação simples com retorno por mola.
Fonte: www.citisystems.com.br. Outubro, 2017.
2.2.1.2 Cilindros de ação dupla
Os cilindros de ação dupla podem produzir trabalho nos dois sentidos de movimento do êmbolo, pois a pressão do ar comprimido atua nos dois lados do mesmo, (ANDRIGHETTO, 2005).
Possui conexões de ar nas duas extremidades, uma para cada lado do embolo, sendo assim conforme a posição da válvula direcional a haste avança ou recua, alternando a entrada de ar.
Porém utiliza duas vezes mais ar comprimido que o cilindro de ação simples, então sua aplicação se dá no movimento de cargas que são movidas em ambas as direções.
Segundo Fialho (2011) esses modelos são encontrados em diâmetros comerciais, normalmente de 32 a 320 mm. Sendo alguns fabricantes com uma linha especial de 6 a 25mm de diâmetro, normalmente chamados de "Série Mini", para aplicações especiais.
Sua representação pode ser observada na Figura 3.
Figura 3 - Esquema de um Cilindro de ação dupla com haste simples
Fonte: www.citisystems.com.br. Outubro, 2017.
2.2.1.3 Cilindros de Haste Passante
O cilindro de haste passante possui duas hastes ligadas ao mesmo embolo, e no avanço de uma consequentemente se dá o retorno da outra.Como normalmente as duas faces do êmbolo possuem a mesma área, as forças de avanço e de retorno são iguais, (ANDRIGHETTO, 2005).
Este tipo de cilindro permite a execução de trabalhos alternadamente, em direções opostas, pois enquanto uma recua a outra avança. Além da igualdade de força, há também a igualdade de velocidades, pois a vazão de alimentação é a mesma, (FIALHO, 2011).
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É bastante utilizado em aplicações de movimentação de peças em linhas sequenciais, aonde o passe de avanço é igual em ambos os sentidos, este tipo de cilindro pode ser fixado pelas hastes, deixando o corpo livre, podendo deslocar mesas de máquinas operatrizes, (ANDRIGHETTO, 2005). Sua representação pode ser observada na Figura 4.
Figura 4 - Esquema de um Cilindro de Haste Passante
Fonte: www.citisystems.com.br.Outubro, 2017.
2.3 VÁLVULAS DIRECIONAIS E DE CONTROLE
2.3.1 Válvulas Direcionais
Válvulas direcionais são componentes mecânicos que ligam ou isolam uma ou mais trajetórias do fluxo de ar comprimido. Elas interferem na trajetória do fluxo de ar, desviando-o para desviando-onde fdesviando-or necessáridesviando-o em um determinaddesviando-o mdesviando-omentdesviando-o, através de um acidesviando-onamentdesviando-o externdesviando-o. Esse acionamento normalmente é do tipo muscular, mecânico, elétrico ou pneumático, (ANDRIGHETTO, 2005).
Segundo Bollmann (1997) as válvulas direcionais de um sistema pneumático são responsáveis de controlar a direção e o sentido do escoamento do ar comprimido para o cilindro, a fim de prover seu movimento.
Na estrutura de um comando pneutrônico a válvula direcional recebe o sinal elétrico de acionamento e transforma em energia pneumática que aciona os cilindros.
As válvulas direcionais são representadas nos circuitos pneumáticos através de símbolos gráficos, esses símbolos são padronizados pela norma ISO 1219.
Na Figura 5 é possível observar um exemplo em corte da válvula direcional.
Figura 5 -Válvula direcional 4vias 2 posições
Fonte: Bollmann (1997), P.85.
Para identificar a simbologia se deve considerar os seguintes aspectos: Número de posições;
Número de vias; Posição normal; Tipo de acionamento.
2.3.1.1 Número de posições
As válvulas são representadas graficamente por quadros, o número de quadros identifica o número de posições da válvula, uma válvula direcional possui no mínimo dois quadros, ou seja, duas posições, que é o necessário para efetuar mudança no fluxo de ar
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comprimido, (PARKER, 2001). Na Figura 6 pode se observar um exemplo dos quadros de duas e três posições.
Figura 6 - Esquema de quadros para posições das válvulas direcionais
Fonte: Parker Hannifin, 2017.
2.3.1.2 Número de vias
O número de vias de uma válvula direcional corresponde ao número de conexões possíveis que a mesma pode possuir. Geralmente se encontra válvulas com duas, três, quatro e cinco vias, (PARKER, 2001). Na Figura 7 é possível observar como é indicado na simbologia o número das vias.
Figura 7 - Esquema representativo das vias em uma válvula.
Fonte: Parker Hannifin, 2017.
Conforme a Norma ISO 1219-1, na Figura 8 é representado como é expressado a função da via conforme a posição da válvula, sendo elas vias bloqueadas, de passagem ou ambas.
Figura 8 - Esquema representativo da função das vias de uma válvula
Fonte: Parker Hannifin, 2017.
Ao considerar uma válvula com mais de uma posição, deve-se considerar o número de vias de apenas um quadro da posição, pois as outras posições devem corresponder o mesmo número de vias.
2.3.1.3 Posição normal
A posição normal de uma válvula é a posição de repouso, ou seja, quando a mesma não está acionada. Esta posição normalmente é mantida por uma mola, e sua aplicação é definida pelo tipo de execução que ela irá fornecer ao circuito, (PARKER, 2001).
2.3.1.4 Tipo de acionamento
O tipo de acionamento de uma válvula direcional, normalmente, define a sua aplicação no circuito, esse tipo de acionamento pode ser por força manual, mecânica, hidráulica ou elétrica, (PARKER, 2001). Na Figura 9 é possível observar os diferentes modelos de acionamento de uma válvula com sua simbologia de acordo com a norma ISO 1219-1.
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Figura 9 - Tipos de acionamentos de válvulas segundo simbologia ISO 1219-1.
Fonte: Parker Hannifin, 2017.
2.3.2 Válvulas de Controle
As válvulas de Controle servem para controlar o fluxo a pressão e bloquear o ar comprimido em um sistema. Normalmente usadas juntamente com a unidade de preparação de ar comprimido, que visa estabelecer uma determinada pressão, vazão e um certo limite de pureza do ar.
São classificadas de acordo com o tipo de conexão, tamanho e faixa de operação. O princípio de funcionamento dessas válvulas é o balanço entre pressão e força da mola, a válvula pode assumir várias posições entre os limites de totalmente fechada a totalmente aberta (PARKER, 2001).
Segundo PAVANI (2010), as válvulas de bloqueio impedem o Fluxo de ar comprimido em um sentido determinado, possibilitando livre fluxo no sentido oposto, são encontradas normalmente em quatro modelos:
De Escape Rápido; De Retenção; De Simultaneidade; De Isolamento.
2.3.2.2 Válvulas de Controle de Fluxo
A válvula controladora de fluxo é usada para diminuir a quantidade de fluido que passa por uma tubulação, que é muito utilizada para controlar a velocidade de avanço e recuo de um cilindro. Esse tipo de válvula pode ser unidirecional ou bidirecional, (PAVANI, 2010).
A válvula de controle bidirecional restringe a passagem em ambas as direções, e as unidirecionais permitem a passagem livre em uma direção e restringe na oposta.
Na Figura 10 é representado um circuito pneumático com a aplicação de uma válvula de controle de fluxo.
Figura 10 - Circuito pneumático com uso de válvula controladora de fluxo.
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2.3.2.3 Válvulas de Controle de Pressão
Essa válvula tem a função de estabilizar constantemente a pressão de um equipamento. Ela somente funciona quando a pressão a ser regulada for inferior a pressão de alimentação da rede, assim essa válvula pode reduzir a pressão e jamais aumentá-la, (SILVA, 2002).
As válvulas controladoras de pressão influenciam ou são influenciadas pelo nível de pressão de um sistema. Podem ser usadas para reduzir, limitar ou contrabalancear a pressão, (PARKER, 2001).
Limitadora: Não permite um aumento de pressão no sistema, acima da pressão máxima ajustada na válvula.
Reguladora ou Redutora com escape: Mantém a pressão de trabalho constante independente da pressão de entrada.
De contrabalanço: Quando a pressão de entrada vence a força opositora da carga, a válvula é aberta, permitindo o fluxo para o orifício de saída, nivelando o sistema.
Na Figura 11 é se tem o esquema de uma válvula controladora de pressão.
Figura 11 - Válvula reguladora de pressão com a simbologia ISO
2.4 PROJETO DE COMANDOS SEQUÊNCIAIS
Antes de se chegar ao comando sequencial, deve-se iniciar uma análise do sistema e do comando desejado, através de esquemas e da formulação verbal do problema, para em seguida sistematizar estas informações com alguma forma de representação gráfica.
Para melhor definir a sequência se utiliza três modos de separação, dos quis são, ação, passo e transição.
A ação é uma das manifestações do comando, como por exemplo, fixar uma peça, acender uma lâmpada, acionar um motor.
O passo é uma das partes que pode ser divido o comando sequencial, a qual pode se associar um conjunto de ações, como por exemplo um passo de furar, que consiste nas ações de fixar a peça, acionar o motor e avançar a broca.
Já a transição é a passagem de um passo a outro, para que ela ocorra é necessário que o passo anterior esteja completo.(Bollmann, 1997).
2.4.1 Análise do Comando Sequêncial
Segundo Bollmann (1997) a análise do comando a ser projetado deve esclarecer todas as tarefas, na sequência e no tempo, bem como acrescentar informações sobre as condições de trabalho que possam influir na escolha dos componentes, tais como temperatura, umidade, impurezas, etc.
Primeiramente deve-se ter um esquema do processo que vise familiarizar o projetista com a tecnologia da máquina ou do processo a ser efetuado, dar condições espaciais e mais clareza a formulação do problema.
Em seguida uma formulação verbal do problema, como as que seguem: Quais ações devem ocorrer?
Qual a sequência destas ações?
Como se relacionam as ações no tempo?
Quais as condições previstas para o início do comando? Como ocorre as relações operador comando?
Quais as exigências de forças, velocidades e precisão?
Estas questões esclarecem vários pontos do projeto e torna mais claro e objetivo o estudo.
O próximo passo é a representação gráfica do comando sequencial, tal representação visa traduzir de uma forma sistemática
forma gráfica ou em tabela.
Dentro da pneumática umas das formas bastante utilizadas é o diagrama trajeto passo, que representa as posições recuadas ou avançadas das hastes dos cilindros,
passos do comando sequencial.
Na Figura 12 é possível observar um exemplo de um gráfico trajeto
Outra ferramenta muito útil é o diagrama funciona
passo, ele organiza em blocos cada passo para representar o ciclo de operação. Na Figura 1 representado um diagrama de um comando sequencial para a dobra de chapas.
O próximo passo é a representação gráfica do comando sequencial, tal representação orma sistemática a formulação verbal do problema, apresentando forma gráfica ou em tabela.
Dentro da pneumática umas das formas bastante utilizadas é o diagrama trajeto passo, que representa as posições recuadas ou avançadas das hastes dos cilindros,
passos do comando sequencial.
é possível observar um exemplo de um gráfico trajeto
Figura 12 - Gráfico Trajeto-passo
Fonte:Bollmann (1997) p.185.
Outra ferramenta muito útil é o diagrama funcional, que representa as ações de um passo, ele organiza em blocos cada passo para representar o ciclo de operação. Na Figura 1 representado um diagrama de um comando sequencial para a dobra de chapas.
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O próximo passo é a representação gráfica do comando sequencial, tal representação a formulação verbal do problema, apresentando-a de
Dentro da pneumática umas das formas bastante utilizadas é o diagrama trajeto-passo, que representa as posições recuadas ou avançadas das hastes dos cilindros, em todos os
é possível observar um exemplo de um gráfico trajeto-passo.
l, que representa as ações de um passo, ele organiza em blocos cada passo para representar o ciclo de operação. Na Figura 13 é representado um diagrama de um comando sequencial para a dobra de chapas.
Figura 13 - Diagrama Funcional
3 PROJETO DO DISPOSITIVO
3.1 Formulação do problema
A ferramenta da qual se deseja automatizar é composta por 49 punções de furação com diâmetro de 2,5mm, e o avanço da chapa a cada estampo é de 6,5mm, as chapas de aeração são fabricadas em até 3 metros de comprimento, sendo necessário mais de 450 acionamentos da prensa por peça, na Figura 14 é possível observar a matriz de estampo da ferramenta, e como é ordenado a posição dos furos.
Figura 14 - Vista superior matriz de estampo da ferramenta de aeração
Fonte: O Autor, 2018.
Na Figura 15 é possível observar uma chapa de aeração, que um dos principais processos é o de furação, ocorrido na ferramenta a qual se deseja automatizar, estas chapas são posicionadas no fundo de um silo, seja ele metálico ou armazém, e servem para permitir a passagem do ar na parte inferior dos grãos, por isso a necessidade de ter uma grande quantidade de furos, e tais furos serem de diâmetros inferiores a 2,5mm para não haver a passagem dos grãos.
Figura 15 - Chapa de aeração de silo
Fonte - O Autor, 2017.
Em processos manuais da fabricação desta peça se leva em média vinte minutos para produzir uma unidade com um metro de comprimento, além da grande demora, a possibilidade de erro é muito grande, já que a atividade gera grande repetitividade e desgaste físico ao operador.
Com um baixo avanço por estampo e grande quantidade de acionamentos, tornou-se necessário o uso automatizado no processo. A pneumática é uma opção prática, eficiente e de baixo custo para a movimentação automática de peças, ela proporciona altas velocidades de operação além de altos padrões de higiene, por usar apenas ar comprimido.
3.2 DEFINIÇÕES DO PROJETO
O presente projeto se deu pelo objetivo de automatizar uma ferramenta de estampo, e com base nisso se desenvolveu algumas condições.
Baixo custo de fabricação e manutenção Altas velocidades de operação
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Robustez
Segurança ao operador
Dentre as opções de soluções se tinha itens como: Guias lineares de máquina CNC (comprados);
Guias lineares cilíndricos com buchas de bronze (fabricados); Estrutura usinada de alumínio;
Estrutura usinada de aço;
Cortinas de laser para segurança; Telas de proteção;
CLP de comando,
Automação 100% Pneumática.
Com isso foi escolhido o sistema de automação 100% pneumático, com uma estrutura de aço 1020 usinado, com guias cilíndricos com buchas de bronze e enclausura mento de acrílico e telas de proteção e cortina laser para segurança. Na Figura 16 está representado o modelo em 3d do dispositivo de alimentação de chapas acoplado a ferramenta de estampo.O desenho em 2D pode ser observado no Apêndice A.
Figura 16 - Desenho do Dispositivo de alimentação de chapas acoplado a ferramenta de estampo.
A disposição dos cilindros pneumáticos podem ser observados na Figura 17, aonde os mesmos são denominados pelas letras A, B e C. Nota-se que há dois cilindros com as mesmas denominações, isso se dá pelo motivo da implantação de um dispositivo duplo, ou seja dos dois lados da ferramenta, para que haja a furação em toda a extensão da peça.
Figura 17 - Detalhe dos cilindros pneumáticos.
Fonte: O Autor, 2018.
Como os dois lados vão trabalhar em conjunto, o dimensionamento teórico das partes mecânicas e pneumáticas foram consideradas iguais. Na questão de força de movimentação, não foi dividido em dois, pelo motivo de que quando estiver no início da furação de uma chapa apenas um dos lados que irá fazer a movimentação da mesma, o mesmo aconteço na parte final da furação.
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3.3 PROJETO DO COMANDO SEQUENCIAL
Com o esquema do modelo do projeto já definido, segue para o dimensionamento do comando sequencial, com isso são levantadas as seguintes questões:
1. Quais ações devem ocorrer? 2. Qual a sequência destas ações?
3. Como se relacionam as ações no tempo?
4. Quais as condições previstas para o início do comando? 5. Como ocorre as relações operador comando?
6. Quais as exigências de forças, velocidades e precisão? E como respostas destas perguntas:
1. Avançar e recuar os cilindros A, B e C.
2. Primeiro avançar o cilindro B e recuar o cilindro A, em seguida avançar o cilindro C, recuar o B e avançar o A, recuar o C.
3. As ações devem ocorrer uma após a outra.
4. Para início de ciclo todos os cilindros devem estar recuados, e ter uma válvula para mudar a posição do cilindro para setup do dispositivo.
5. O operador aciona a válvula de setuppara posicionar uma chapa no dispositivo, em seguida retira da posição de setup e aciona a máquina.
6. Devido os baixos cursos dos cilindros será desconsiderado os tempos de avanço em cada etapa, a precisão é baixa por se tratar de peças que não sofreram alterações nas medidas externas, tais furos efetuados não necessitam medidas específicas.
Posteriormente foi feito um gráfico projeto-passo, para definir a sequência das operações conforme o tempo, representado na Tabela 1.
Tabela 1 - Gráfico Trajeto-Passo do dispositivo de alimentação de chapas.
Componentes Tempo (s)
Passo
Designação Notação Estado 1 2 3 4 5 6 7 Cilindro de fixação fixo A Avançado
Recuado
Cilindro de fixação móvel B Avançado Recuado
Cilindro de avanço C Avançado Recuado
Fonte: O Autor, 2018.
Este gráfico identifica cada passo do ciclo, sendo o primeiro passo a posição de setup e o sétimo passo igual o segundo, aonde se inicia o ciclo.
Para melhor entendimento da sequência dos passos é montado a seguir o diagrama funcional do comando sequencial. Na Figura 18 representa-se o diagrama funcional do dispositivo.
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Figura 18 - Diagrama Funcional
Fonte: O Autor, 2018.
Com tais dados é possível montar um circuito pneumático com os itens necessários para cumprir as especificações do sistema. Para isso foi utilizado o softwareFluidSIM-P disponibilizado pela Festo, uma fabricante de equipamentos de automação industrial.
Figura 19 - Circuito Pneumático do Dispositivo Conforme Norma ISO 1219
Fonte: O Autor, 2018.
Neste circuito é representado o caminho de ar comprimido, em sequência uma unidade de preparação de ar, que serve para manter a pureza afim de não danificar os cilindros e válvulas. Posteriormente as válvulas direcionais e os cilindros.
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3.4 DIMENSIONAMENTO DOSCOMPONENTES PNEUMÁTICOS
Este tópico irá tratar do dimensionamento dos componentes pneumáticos utilizados no dispositivo, dimensionando o tamanho dos cilindros e a vazão das válvulas, o correto dimensionamento destes equipamentos garante a eficiência desejada e acaba gerando uma prevenção de possíveis erros e gastos adicionais.
3.4.1 Força total exercida sobre o cilindro
Segundo Bollmann (1997) a força real a ser exercida por um cilindro pneumático se dá pela soma das cargas externas presentes, e é expressada na equação 1:
𝐹 = 𝐹 + 𝐹 + 𝐹
( 1 ) Sendo:
𝐹 = Força útil a ser executada (furar, dobrar, prensar, etc.) (N) 𝐹 = Força de atrito (N)
𝐹 = Força de aceleração da massa total (N)
No caso da ferramenta em questão o fator“𝐹 ”são desconsiderados, pois só envolve a movimentação de uma carga.
3.4.2 Calculo de massa a ser deslocada
Para tais cálculos utiliza-se as medidas da chapa, e sua densidade que é 7860 kg/m³, que é as propriedades da chapa SAE 1008.
Largura: 332 mm Espessura: 1,55 mm Comprimento: 3000 mm
Com essas propriedades é possível achar a massa através da formula da equação 2: 𝑚 = 𝜌 . 𝑉
( 2 ) Aonde:
𝜌 = densidade (kg/m³); 𝑉 = volume (m³).
Com isso se obtém um valor de 12,13 kg
Além disso se desloca a massa do próprio puxador, construído em aço SAE 1020, com uma massa de aproximadamente 17,6 kg a ser deslocada.
Com tudo se obtém uma massa total de 29,73 kg, arredondando para simplificar os cálculos se utiliza 30 kg.
3.4.3 Força de atrito
Para o cálculo da força de atrito se utilizou a equação 3: 𝐹 = 𝜇 . 𝑁
( 3 ) Aonde:
𝜇 = Coeficiente de atrito estático (adimensional); 𝑁 = Força normal, ou força gravitacional em (N).
A força normal utilizada é a massa a ser deslocada, multiplicada pela aceleração gravitacional que é 9,81 m/s² na altitude do nível do mar. Com isso se obtém uma força normal de 291,65 N.
O coeficiente de atrito estático se dá pelos tipos de materiais a serem usados e se há algum tipo de lubrificação, como no caso é uma chapa e uma ferramenta de aço, desconsiderando a lubrificação o coeficiente tabelado fica em uma faixa de 0,5 a 0,8, conforme Tabela 2.
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Tabela 2 - Coeficientes de Atrito
Fonte: Adaptado Engineering ToolBox, (2001).
Para fins de cálculo utilizou-se o valor de coeficiente de atrito estático de 0,8. Com esses dados a força final de atrito é 235,44 N.
3.4.4 Força de aceleração
Segundo Bollmann (1997) a força de aceleração pode ser calculada levando em consideração o tempo (𝑡) em segundos, e o espaço disponível (𝑒) em metros, para a velocidade atingir seu valor final desejado (𝑣) em metros por segundo. Assim se tem a equação 4:
𝐹 = 𝑚 . 𝑎
( 4 ) Aonde a aceleração se obtém a partir da equação 5:
𝑎 =𝑣 𝑡 = 𝑣² 2 . 𝑒 ( 5 ) Sendo: 𝑎= Aceleração da massa (m/s²)
𝑣 = Velocidadefinal desejada em regime permanente (m/s) 𝑡 = tempo para atingir a velocidade (s)
𝑒 = espaço disponível para atingir a velocidade (m)
O espaço para atingir a velocidade é 0,009 m, u seja 9mm, o tempo foi adquirido a partir do número de ciclos que a presa é capaz de fazer em um minuto, que no caso de uma prensa hidráulica de 80 toneladas de força foi cronometrado e contado 17 ciclos.
Com isso se obteve um valor de 3,5 segundos por ciclo, mas sabe-se que em cada ciclo há quatro acionamentos independentes e sequênciados cilindros, sendo assim cada acionamento tem um tempo máximo de 0,8 segundos para ser efetuado.
A velocidade final desejada é bem baixa, cerca de 0,1 m/s pois se trata de cursos extremamente baixo.
Com tudo, se obteve uma aceleração de 0,125 m/s², e com isso achou-se uma força de aceleração de 3,75 N.
Voltando a formula de força total desenvolvida pelo cilindro que é a soma das forças de atrito e de aceleração da massa se tem 239,19 N.
3.4.5 Cálculo do diâmetro do cilindro
Conhecida a força, calcula-se o diâmetro do cilindro a partir da área, que é obtida a partir da equação 6: 𝐹 = 𝑝 . 𝐴 . 𝜂 ( 6 ) Aonde: 𝑝 = Pressão (N/cm²) 𝐴 = Área (cm²) 𝜂 = Eficiência (adimensional)
Usando o a eficiência como uma um fator de segurança se se utiliza o valor 0,25 A força considerada é a força final de atrito, necessária para deslocar a peça, a pressão considerada é de 5 bar, ou seja, 50N/cm².
Com isso se obtém uma área de 19,14 cm².
Aplicando a equação da área da circunferência se obtém o diâmetro do cilindro a partir da equação 7:
𝐴 = 𝜋 . 𝑟²
( 7 ) Aonde:
𝐴 = Área (cm²)
𝜋= Razão do círculo com o diâmetro (3,14159) 𝑟 = Raio (cm)
40
Ou seja, para adequar a tamanhos padrões de fabricantes conforme ANEXO B o diâmetro do cilindro é de 50mm.
3.4.6 Cálculo de consumo de ar
O consumo de ar comprimido usado no sistema pode ser adquirido através da equação 8:
𝑄𝑛 = 𝑉𝑐 . 𝑅𝑐 . 𝑛
( 8 ) Aonde:
𝑄𝑛 = Consumo de ar no cilindro (l/min.);
𝑉𝑐 = Volume de ar necessário para preencher o cilindro pneumático (l); 𝑅𝑐 = Razão de compressão;
𝑛 = Número de ciclos por minuto.
O volume de ar para preencher o cilindro “𝑉𝑐” é obtido através do diâmetro do cilindro e do curso a ser deslocado que de acordo com o catalogo é cerca de 20 cm³, e mais 18 cm³ na câmara do lado da haste, isso dá um total de 38 cm³ em um ciclo de avanço e recuo.
Além desse fator para se determinar o “𝑉𝑐” é necessário considerar todos os cilindros que serão usados, que no total são seis, isso leva a um resultado de 228 cm³ ou 0,228 litros.
A razão de compressão (𝑅𝑐) é encontrada a partir da equação 9. 𝑅𝑐 =𝑃 + 1,01325
1,01325
( 9 ) Aonde:
𝑃 = Pressão de trabalho (bar)
A pressão a ser usada no sistema é de 5 bar, a pressão atmosférica considerada é de 1 bar.
Com isso se tem um 𝑅𝑐 = 5,93
O número de ciclos “𝑛” é obtido através da cronometragem da prensa, que igualmente utilizado no cálculo da força de aceleração é de 17 por minuto.
3.4.7 Especificação das válvulas
Na seleção de válvulas direcionais pneumáticas deve-se cuidar os seguintes fatores: Pressão de trabalho;
Vazão mínima necessária;
Pressão mínima para a pilotagem de válvulas piloto; Roscas das conexões da válvula.
Hasebrink (1975) relaciona o tamanho das conexões da válvula direcional com a sua vazão nominal, a partir de uma comparação feita entre válvulas de diversos fabricantes através da Tabela 3.
Tabela 3 - Relação entre as roscas de conexão e a vazão das válvulas direcionais. Roscas das conexões " Vazão ( l/min)
M5 60 a 180 G 1/8 150 a 400 G 1/4 600 a 1200 G 1/2 2000 a 4000 G 3/4 4500 a 8500 Fonte: (HASEBRINK, 1975).
De acordo com a configuração do circuito pneumático, as válvulas que irão fazer a movimentação dos cilindros são direcionais 5/2 vias de duplo piloto pneumático.
Devido a possíveis alterações futuras de projeto, como alteração do curso do cilindro, o dimensionamento da vazão da válvula foi superdimensionado, fazendo com que a válvula selecionada tenha uma vazão de 1600 l/min conforme catálogo do fabricante ANEXO E.
Com isso se garante a máxima velocidade de avanço dos cilindros, diminuindo a possibilidade de falha na operação.
4 CONSTRUÇÃO DO DISPOSITIVO E TESTES
4.1 MATERIAIS UTILIZADOS
Após feito o projeto do modelo e a análise dos itens essenciais para a execução das tarefas desenvolveu-se uma lista de materiais para a construção do modelo, tendo nela os itens para a fabricação estrutural e dos componentes pneumáticos conforme Tabela 4.
Tabela 4 - Itens para a construção do dispositivo
N° Item Quantidade Un
1 Barra de aço SAE 1020 30 x 40 x 400mm 08 PC
2 Barra de aço SAE 1020 30 x 60 x 450mm 02 PC
3 Barra de aço SAE 1020 80 x 40 x 400mm 04 PC
4 Barra de aço SAE 1045 trefilado redondo Ø35 x 180mm 04 PC 5 Barra de aço SAE 1045 trefilado redondo Ø20 x 180mm 08 PC
6 Barra de bronze Ø35 furo Ø20 x 30mm 16 PC
7 Barra de bronze Ø55 furo Ø35 x 40mm 04 PC
8 Parafuso allen M12 x 50 16 PC
9 Parafuso allen M10 x 60 10 PC
10 Parafuso allen M10 x 50 06 PC
11 Parafuso allen M8 x 60 15 PC
12 Parafuso allen M16 x 50 10 PC
13 Parafuso fenda M5 x 50 c/ porca e arruelas 20 PC
14 Válvula G 1/4" 5/2V Pil/Pil 02 PC
15 Válvula Seletora Circuito "OU" G 1/8" 01 PC
16 Válvula G 1/8" 3/2V Alav/Trv 01 PC
17 Cilindro Compacto 50 x 10mm RI 04 PC
18 Cilindro Compacto 50 x 20mm RI 02 PC
19 Válvula G 1/8" 3/2V Gat/Mol 01 PC
20 Válvula G 1/8" 3/2V Rol/Mol 01 PC
N° Item Quantidade Un
22 Conexão Reta G 1/4" x 8mm Mod K 08 PC
23 Conexão Girat "L" G 1/8" x 6mm Mod K 06 PC
24 Conexão Reta G 1/8" x 6mm Mod K 10 PC
25 Conexão Girat "L" G 1/8" x 8mm Mod K 12 PC
26 Distrib Régua G 1/4" x 8mm Mod K 01 PC
27 Silenciador G 1/4" 04 PC
28 Tubo Poliuretano 8mm Ext. 10 M
29 Tubo Poliuretano 6mm Ext. 06 M
30 União "T" Fixo 6mm Mod K 04 PC
Fonte: O Autor. 2018.
Após o processo de levantamento de material foi efetuado a compra dos itens, com fabricantes e revendedores com os melhores preços e prazos de entrega. Com isso se desenvolveu a Tabela 05, com os preços e fornecedores de cada item.
Tabela 05 - Custos dos itens para a construção do dispositivo
N° do Item Fornecedor Preço Un R$ Preço Total R$
1 Metalúrgica Visage RS 29,10 232,80 2 Metalúrgica Visage RS 49,11 98,22 3 Metalúrgica Visage RS 77,60 310,40 4 Siderúrgica Sidersul 2,20 8,80 5 Siderúrgica Sidersul 0,80 6,40 6 Casa do Torneiro 11,25 180,00 7 Casa do Torneiro 22,50 90,00 8 Cotripal Agropecuária 1,80 28,80 9 Cotripal Agropecuária 1,50 15,00 10 Cotripal Agropecuária 1,35 8,10 11 Cotripal Agropecuária 0,99 14,85 12 Cotripal Agropecuária 2,90 29,00 13 Cotripal Agropecuária 0,37 7,40 14 Belton Pneumática 75,80 151,60
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N° do Item Fornecedor Preço Un R$ Preço Total R$
15 Belton Pneumática 30,18 30,18 16 Belton Pneumática 80,13 80,13 17 Belton Pneumática 187,60 750,40 18 Belton Pneumática 203,03 406,06 19 Belton Pneumática 101,63 101,63 20 Belton Pneumática 77,55 77,55 21 Belton Pneumática 4,80 28,80 22 Belton Pneumática 2,99 23,92 23 Belton Pneumática 3,54 21,24 24 Belton Pneumática 2,61 21,60 25 Belton Pneumática 4,90 58,80 26 Belton Pneumática 38,77 38,77 27 Belton Pneumática 4,86 19,44 28 Belton Pneumática 2,50 25,00 29 Belton Pneumática 1,48 8,88 30 Belton Pneumática 3,36 13,44 Total (R$) 2891,71 Fonte: O Autor. 2018.
Após a compra do material se iniciou o processo de fabricação, os itens que precisaram de usinagem foram feitos na empresa Projetecno localizada no distrito industrial de Panambi RS, o custo destes serviços foi de R$ 3600,00, neste valor está incluído o custo de usinagem das peças do dispositivo e o custo de ajustes de montagem do dispositivo, o custo da ferramenta é adicional, tendo ela sido fabricada pela mesma empresa, porém em um período anterior, o valor final ficou em R$ 6.491,71.
4.2 IMPACTO NO PREÇO DO PRODUTO FINAL
O método anterior ao processo consistia na compra de chapas já perfurada, a um custo de R$ 58,40 por metro linear, ao final de todos os processos o custo de uma peça de um metro ficava em R$ 68,00 e era vendida a R$ 76,00.
Com o novo método de fabricação o custo da matéria prima é muito mais barato, ficando em cerca de R$ 21,10, com um custo final nos processos de produção de R$ 34,10.
Tendo um lucro estimado de 25% o valor final do metro linear da peça seria de R$ 42,63. Com esse novo valor de venda a empresa se torna muito mais competitiva, e o investimento logo seria abatido, no momento em que aumentar as vendas do item.
4.3 MONTAGEM DAS PEÇAS E INSTALAÇÃO NA PRENSA
Tendo em mãos todas as peças prontas, se iniciou-se o processo de montagem, na Figura 20 pode-se observar os componentes mecânicos em processo de montagem.
Figura 20–Montagem dos componentes mecânicos do dispositivo.
Fonte: O Autor. 2018.
Após feita a montagem das peças se iniciou a montagem do circuito pneumático, com a ligação das válvulas pneumáticas aos cilindros, além disso foi fabricada uma chapa para a fixação das válvulas, afim de organizá-las e deixar o dispositivo com melhor aparência.
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Figura 21 - Montagem do circuito pneumático no dispositivo.
Fonte: O Autor. 2018.
Estando revisado o circuito pneumático se deu início ao processo de testes, sendo feita a instalação da ferramenta na prensa a ligação da rede de ar comprimido e o ajuste e instalação do sistema de segurança da prensa. Na Figura 22 é possível observar a montagem das grades de proteção conforme NR 12 para segurança em máquinas.
Figura 22 - Instalação das grades de proteção na prensa conforme NR12.
Concluída a instalação se deu o processo de testes, para isso foi utilizado alguns corpos de prova para aferir o passe de avanço e eficiência ao efetuar a operação.
Na Figura 23 está representado o termino da montagem do dispositivo na prensa.
Figura 23 - Dispositivo instalado na prensa.
Fonte: O Autor. 2018.
4.4 TESTES
Após os primeiros testes notou-se dois problemas na operação, primeiro o passo regulado de avanço e segundo uma conformação indesejada na lateral da peça.
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Figura 24 - Erro no passo de avanço do dispositivo.
Fonte: O Autor. 2018.
Na Figura 25 pode-se observar a conformação indesejada que um parafuso da ferramenta causou a peça.
Figura 25 - Problema gerado durante o estampo causado por parafuso mal posicionado da ferramenta.
Após o primeiro teste o dispositivo foi corrigido, sendo refeito o ajuste do passo e removido o parafuso que causou a deformação indesejada da peça. Concluído os ajustes se efetuou novos testes que sucederam com a sucesso. Na Figura 26 pode-se observar uma peça feita no segundo teste que obteve aprovação.
Figura 26 - Teste dois da ferramenta, peça aprovada.
Fonte: O Autor. 2018.
Para obter o melhor funcionamento do dispositivo foi necessário aumentar as velocidades de avanço e recuo do martelo da prensa hidráulica, isso além de melhorar o funcionamento aumentou a capacidade produtiva, passando de um ciclo previamente calculado de 3,5 segundos para apenas 2 segundos.
5 CONCLUSÃO
Neste trabalho apresentou a sequência de desenvolvimento para a automação de uma ferramenta de estampo, com o uso de equipamentos pneumáticos, para isso foi realizado cálculos para a correta aquisição dos equipamentos necessários e feito uma análise da melhor forma estrutural a ser feita para resolver o problema.
Como algumas mudanças tiveram que ser feitas na calibragem do funcionamento do dispositivo, os resultados se tornaram ainda melhores do que os esperados, com um aumento da capacidade produtiva em relação aos cálculos, e isso sem a necessidade de investir valores não programados.
A análise final dos custos para a automatização desta ferramenta foi de R$ 6.491,71, isso contando com mão de obra de fabricação e todos os itens comprados prontos, sem a necessidade de alterações de projeto por conta de problemas nos testes.
Outro fator que realmente mudou foi a velocidade de operação, da qual a esperada fosse de 17 ciclos por minuto, porém com as novas configurações dos parâmetros da prensa passou a ser 30 ciclos por minuto, um aumento de 76,4%.
Após um teste de quatro horas de trabalho foi feita outra análise, e não houve diferença na eficiência do dispositivo ou mesma da ferramenta, tendo apenas alguns problemas de fixação da mesma na prensa, isso pelo fato do alto impacto gerado pelo processo, porem tal problema é fácil de ser resolvido, utilizando um dispositivo para fixação mais robusto.
Houve uma pequena mudança nos passes de furação das peças, porem todas dentro das faixas de tolerância dimensional.
Com tudo, ficou uma ferramenta de fácil operação, que não exige nenhum conhecimento técnico para operá-la, porém sempre lembrando das normas de segurança e cuidados com a simples sequência de operações.
Além disso a instalação da ferramenta ficou de forma fácil e rápida, pois não precisou da remoção das partes móveis da prensa, como as grades de proteção, sendo ela facilmente manipulada por um único operador com ajuda de uma empilhadeira manual.
Outro beneficio que o dispositivo proporcionou foi a segurança na operação, que além de reduzir bastante a fadiga ao operador, proporcionou um sistema totalmente enclausurando, eliminando a possibilidade de acidentes graves que um método manual proporciona.
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FESTO DIDATIC - BRASIL, SPA 1 TÉCNICAS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PARTE I, São Paul. Indústria Gráfica Senador Ltda., 1998, 188p.
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HASEBRINK, J. P e R. KOBLER, Técnica de comandos I, Fundamentos de Pneumática / Eletropneumática, Festo 7300 Esslingen 1975, 212 p.
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