Processos não convencionaisProcessos não convencionais
�� Jato de Jato de ááguagua�� Jato de Jato de áágua com abrasivogua com abrasivo�� UltraUltra--somsom�� EletroquEletroquíímicamica�� EletroEletro--erosãoerosão�� LaserLaser�� PlasmaPlasma�� Feixe de elFeixe de eléétronstrons
ClassificaClassificaçção de acordo com a ão de acordo com a
natureza energnatureza energéética do processotica do processo
Jato de Jato de ááguagua
� Processo de fabricação onde o jato com alta pressão é expelido pelo bocal em direção ao material.
� O corte ocorre quando a força do jato supera a resistência àcompressão do material.
� Dependendo das características do material a ser cortado, o corte pode resultar de erosão, cisalhamento ou tensão localizada.
� Um sistema de movimentação permite manipular o jato em torno da peça. Esses movimentos são realizados por motores elétricos controlados por computador. Outra possibilidade de corte é a movimentação manual da peça sobre uma mesa estacionária onde passa um jato vertical de água.
ProcessoProcesso
� Tratamento da água
� Elevação da pressão da água (4000 bar)
� Agregação de material abrasivo
� Corte do material
� Coleta e descarte da água
�Pressão entre 400 MPa e
1400 MPa.
�Diâmetro da saída entre
0.05 mm e 1 mm.
�Fluxo de 0.5 l/min até 25
l/min.
�Velocidade do jato entre
590-914 m/s.
Variáveis que afetam o corte por jato de água com abrasivo
� Pressão - Quanto maior a pressão, mais fácil fica vencer a força de coesão das moléculas do material que se pretende cortar.
� Fluxo - O fluxo de água determina o índice de remoção do material. Há dois modos de aumentar o fluxo de água: aumentando a pressão da água ou aumentando o diâmetro do orifício da safira
� Diâmetro do jato – O diâmetro do bico de corte para sistemas de corte por água pura varia de 0,5 mm a 2,5 mm. Jatos de diâmetros menores também podem ser produzidos, para aplicações específicas. Para o corte de papel, o diâmetro do jato é de 0,07 mm. Quando se trata do corte por jato de água e abrasivo, os menores diâmetros situam-se em torno de 0,5 mm.
� Abrasivo – A velocidade de corte do sistema é aumentada quando se aumenta o tamanho da granulação do abrasivo. Em compensação, abrasivos com menores tamanhos de grãos produzem uma superfície cortada com melhor qualidade. Porém, partículas muito finas de abrasivo são praticamente ineficientes.
� Distância e velocidade de corte – À medida que sai do bico, o jato de água se abre. O jato de água com abrasivo apresenta maior abertura, por ser menos uniforme. Isso explica porque a distância entre o bico e o material é sempre muito pequena, abaixo de 1,5 mm. A abertura do jato pode ser reduzida, com a diminuição da velocidade de saída do fluido, com conseqüente diminuição da velocidade de corte.
VantagensVantagens
� Não produz problemas de efeito térmico� É uma tecnologia “limpa”, que não polui o meio
ambiente e é aplicável a uma vasta gama de materiais, permitindo fazer o corte em qualquer direção e nas mais variadas formas.
� É a tecnologia ideal para cortar certos materiais duros, como placas blindadas ou alguns materiais cerâmicos, que normalmente levam a grande desgaste de ferramentas nos sistemas de corte tradicionais.
� Pode ser aplicado sem problemas a materiais do tipo sanduíches de múltiplas camadas, como laminados de madeira, sem produzir delaminação.
DesvantagensDesvantagens
� Velocidade do processo� O abrasivo escolhido deve ser mais duro que o
material que irá cortar.� Chapas de metal de pequena espessura tendem a
sofrer esforços de dobramento, apresentando rebarbas na face de saída.
� Vidros temperados, projetados para quebrar a baixas pressões, também não podem ser cortados por esse sistema.
UltraUltra--somsom
� Na usinagem por ultra-som, uma ferramenta é posta para vibrar sobre uma peça mergulhada em um meio líquido com pó abrasivo em suspensão, numa freqüência que pode variar de 20 kHz a 100 kHz.
� Não há contato entre a ferramenta e a peça. A usinagem é feita pelos grãos finos e duros do material abrasivo, que atacam a superfície da peça.
� Utilização de grãos abrasivos (carboneto de boro, carboneto de silício etc.) em solução aquosa
Na máquina de ultra-som para usinagem, a parte mais importante da cabeça ultra-sonora, que funciona segundo o princípio da magnetostrição, é constituída por uma haste em liga de níquel, que é envolvida por uma bobina, percorrida por uma corrente de alta freqüência.
O campo magnético gerado pela passagem da corrente através da bobina provoca a vibração da haste metálica, no sentido do eixo.
Magnetostrição ou magnetostricção é a deformação de estruturas cristalinas devido àaplicação de campos magnéticos, observada tanto em monocristais como em policristais do tipo ferromagnético.
� Utilizado em usinagem de materiais frágeis e duros
� Exemplos de materiais de peça: vidro, cerâmica técnica, metal duro, grafite, silício etc.
� Aplicações: componentes de joalheria, plaquetas de circuitos eletrônicos, furos em insertos para alocação de sensores etc.
� Excitação dos grãos pela da ferramenta de forma, que vibra ultrasonicamente através da utilização de sonotrodos e transdutores
� O indentamento dos grãos sobre a superfície da peça gera sobre esta microlascamentos e microfissuras, que somadas no tempo levam à remoção de suas partículas
� Em vista dos altos impactos, os grãos abrasivos devem ter uma dureza superior à do material da peça e alta resistência àquebra
� As ferramentas de forma normalmente são de materiais ferrosos, o que induz suas deformações elástica e plástica
� Materiais mais duros para as ferramentas de corte têm menos desgaste, mas têm custo extremamente elevado
Desgaste do Meio de Lapidação
� Caracterizado pela diminuição do tamanho médio dos grãos abrasivos e arredondamento dos seus gumes
� Tanto o cegamento quanto o lascamento dos gumes dos grãos influem na redução da remoção de material da peça
� Em vista do acréscimo de dejetos do material da peça e da ferramenta de forma ao meio de lapidação, este deve ser renovado em intervalos regulares
Desgaste da Ferramenta de Forma
� Por ser feita de material dútil, há deformações elástica e plástica da ferramenta de forma, com uma remoção de cavacos muito menor do que da peça, dura e frágil
� Há desgaste por encruamento e fadiga sobre a face da ferramenta, região mais solicitada
� A abrasão causa o arredondamento dos cantos e desgaste lateral da ferramenta
Características do equipamento
Uma máquina de ultra-som para usinagem é constituída, basicamente, pelos seguintes componentes:
� um gerador de corrente de baixa freqüência;� um conversor eletroacústico que consiste de um transdutor
eletroacústico, isto é, um dispositivo que transforma as oscilações elétricas em ondas ultrasonoras;
� um amplificador, feito geralmente de titânio, que tem por função transmitir e aumentar as amplitudes das vibrações do transdutor sobre o qual está fixado;
� uma ferramenta de usinagem, facilmente intercambiável, que pode ser oca ou maciça.
Considerações� Embora furos, ranhuras e formas irregulares possam ser usinadas
por ultrasom em qualquer material, pesquisadores sugerem que o processo seja aplicado, preferencialmente, em materiais duros e quebradiços, envolvendo áreas de superfícies inferiores a 1000 mm2, onde devem ser produzidas cavidades rasas e cortes.
Exemplos de aplicação� Usinagem de óxido de alumínio, para a fabricação de circuitos
eletrônicos. Os furos produzidos têm diâmetros entre 0,15 e 0,5 mm.
� Produção de furos com 1 mm de diâmetro e 0,3 mm de profundidade em pastilhas reversíveis para a alocação de termopares
Feixe de elFeixe de eléétronstrons
� O processo de remoção ocorre através do impacto de um feixe concentrado de elétrons sobre a superfície da peça
� Em vista da colisão do feixe, ocorre fusão e vaporização do material da peça no ponto de incidência, chamado “ponto focal”, formando um furo
� Com a combinação de um movimento de avanço transversal, o furo acompanha tal deslocamento
� Na geração de furos, estes apresentam certa conicidade, que pode ser controlada com a intensidade do feixe
� A convergência do feixe pode ser ajustada por meio de lentes magnéticas.
� Dependendo do modo como o feixe é aplicado sobre a peça, pode ser usado para outras finalidades, além da soldagem, como o tratamento térmico, o corte de materiais e a microusinagem.
� As taxas de remoção de material na usinagem por feixe de elétrons são usualmente avaliadas de acordo com o número de pulsos requeridos para evaporar uma certa quantidade de material.
� O uso de contadores de elétrons para registrar o número de pulsos permite pronto ajuste do tempo de usinagem, para produzir a profundidade de corte requerida.
� Industria aeroespacial, a aeronáutica e a eletrônica são exemplos de áreas que já vêm utilizando este processo com resultados positivos na produção de múltiplos microfuros, litografia em semicondutores e microusinagem de peças complexas.
LaserLaser
� É gerado na amplificação de luz pela emissão estimulada de irradiação
� Além do processo de corte, é empregado para soldagem e tratamento superficial
� Em vista das suas propriedades ópticas, o feixe de laser éadequado para o corte dos mais diversos materiais
� Utilizado largamente na fabricação de formas complexas, sem concorrência com outros processos em muitas aplicações da indústria automobilística
Tipos de laserTipos de laser
� EXCIMER - baixa taxa de remoção, utilizado na microusinagem de polímeros e materiais cerâmicos
� Nd:YAG - laser com até 500 W de potência, com aplicação ampla
� CO2 - possibilidade de corte com laser de vários kW de potência, com aplicação ampla
Corte por fusão
� Fusão contínua e expulsão do material da fenda de trabalho por sopro de um gás inerte ou um gás inativo
� O fluxo de gás (argônio, nitrogênio ou hélio) evita a oxidação na fenda de corte
� Exemplo de material de corte: cobre
Corte por oxidação
� Aquecimento do material a temperatura de ignição pela adição de oxigênio
� Formação de óxido de ferro com liberação complementar de energia, que é soprado para fora da fenda de corte
� Exemplo de material de corte: materiais ferrosos
Corte por sublimação
� Evaporação do material na região do corte e expulsão dos vapores pela adição de gases inertes
� O fluxo de gás no corte tem a função de expulsar o material evaporado para evitar que este se condense novamente na zona periférica
� Exemplo: materiais plásticos
Características
� As velocidades de corte obteníveis são aproximadamente proporcionais à potência do LASER e inversamente proporcionais àespessura do material
� Com o aumento do teor dos elementos de liga no material cortado, por regra, há diminuição da velocidade de corte
O laser também pode ser utilizado para:
� Soldagem.� Tratamento térmico localizado e em pequena escala de metais e
cerâmicas para modificar as propriedades mecânicas e tribológicas da superfície.
� Na marcação de peças, com letras, números e códigos. A marcação pode também ser feita por processos tais como: tinta, dispositivos mecânicos como punções, pinos, ou estampos e por gravação. Apesar da utilização do laser para marcação é mais cara que os métodos tradicionais, ela tem sido utilizada em relação de melhorias na: precisão, reprodutibilidade, flexibilidade, facilidade de automação.
� Etc..
Vantagens� Por ser uma forma de energia concentrada em pequena área, o corte a laser
proporciona cortes retos, pequena largura de corte, zona mínima afetada pelo calor, mínima distorção e arestas de excelente qualidade.
� Por ser uma luz, não entra em contato direto com a peça, não causando distorções e não se desgastando.
� É um sistema de fácil automatização, permite cortar peças de formas complexas e não requer a troca de “ferramenta de corte” cada vez que ésubstituído o material a ser cortado.
Desvantagens� o alto custo inicial do sistema;� a pequena variedade de potências disponíveis, que limitam o corte a
espessuras relativamente baixas e a materiais que apresentem baixa reflexão da luz;
� a formação de depósitos de fuligem na superfície, no corte de materiais não-metálicos, como madeira e couro; a formação de produtos tóxicos (ácido clorídrico), no corte de PVC.
PlasmaPlasma
O plasma é um condutor elétrico, e quanto menor for o local em que ele se encontrar, tanto maior será sua temperatura.
Características do arco plasma
As características do arco plasma variam de acordo com:
� o tipo de gás de corte;� a quantidade de vazão;� o diâmetro do bocal (bico de corte);� a tensão do arco elétrico.
� Se é usada uma baixa vazão de gás, o jato de plasma apresenta alta temperatura e concentra grande quantidade de calor na superfície. Esta éa situação ideal para soldagem.
� Se a vazão de gás é aumentada, a velocidade do jato de plasma é tão grande que empurra o metal fundido através da peça de trabalho, provocando o corte do material.
EletroerosãoEletroerosão
� A eletroerosão baseia-se na destruição de partículas metálicas por meio de descargas elétricas.
� Na usinagem por eletroerosão, a peça permanece submersa em um líquido e, portanto, há rápida dissipação do calor gerado no processo.
� Na eletroerosão não existe força de corte, pois não há contato entre a ferramenta e a peça. Por isso não se formam as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem.
� No processo de eletroerosão, é possível um controle rigoroso da ação da ferramenta sobre a peça usinada, graças a um servomecanismo que reage rapidamente às pequenas variações de intensidade de corrente.
Quando o espaço entre a peça e a
ferramenta é diminuído até uma distância determinada, o dielétrico passa a atuar como condutor, formando uma “ponte” de íons entre o eletrodo e a peça.
Produz-se, então, uma centelha
que superaquece a superfície do
material
dentro do campo de descarga,
fundindo-a. Estima-se que, dependendo da intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da centelha possa variar entre 2.500°C e 50.000°C.
� O processo de erosão ocorre simultaneamente na peça e no eletrodo. Com ajustes convenientes da máquina, épossível controlar a erosão, de modo que se obtenha até 99,5% de erosão na peça e 0,5% no eletrodo.
O tamanho do GAP pode determinar a rugosidade da superfície da peça.
�Com um GAP alto, o tempo de usinagem é menor, mas a rugosidade émaior.
�Já um GAP mais baixo implica maior tempo de usinagem e menor rugosidade de superfície.
UsinagemUsinagem ququíímicamica
� Processo de usinagem dos metais pela sua dissolução em uma solução agressiva, ácida ou básica.
Etapas do processoAs principais etapas de execução da usinagem química são:
� preparação da superfície do metal� confecção da máscara e revestimento da peça� usinagem química propriamente dita e� limpeza
Vantagens� Proporciona peças sem rebarbas, sem deformação e
estruturalmente íntegras, pois esse método de usinagem não se baseia no impacto ou no arranque de material à força.
� O tempo de produção de uma peça frágil, de formas complexas, com tolerâncias apertadas, é muito menor por usinagem química que por meio mecânico
Desvantagens� Recorte não é rigorosamente perpendicular à superfície e os
ângulos obtidos são mal reproduzidos.� A execução da máscara, nas dimensões ideais, é uma tarefa
complicada, que só chega a bom termo após várias tentativas e aproximações
UsinagemUsinagem eletroqueletroquíímicamica
Cuba cheia de eletrólito (solução aquosa de cloreto de sódio) com dois eletrodos de ferro, mergulhados na solução
Vantagens:� qualquer material condutor pode ser usinado por este método;� a velocidade de retirada do material permite a obtenção de
estados de superfície rigorosos, sem danos à estrutura do metal;� formas complexas podem ser reproduzidas por este método;� não há desgaste da ferramenta;� é possível controlar a quantidade de material removido.
Inconvenientes:� problemas devidos à corrosão;� dificuldades próprias do processo de eletrólise;� pode ocorrer a formação de produtos tóxicos, dependendo do
eletrólito utilizado� dificuldades para ajustagem da ferramenta.