ferramentas de corte, dobragem e estampagem · 2012. 9. 10. · ferramentas de corte, dobragem e...
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Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia
Ferramentas de Corte, Dobragem e Estampagem UMA ABORDAGEM À PRODUÇÃO NA EMPRESA MOLDICORTE
Fernando Tiago de Castro de Babo Ribeiro
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em
Equipamentos e Sistemas Mecânicos
COIMBRA
2010
Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia
Ferramentas de Corte, Dobragem e Estampagem UMA ABORDAGEM À PRODUÇÃO NA EMPRESA MOLDICORTE
Orientadores:
Doutor Fernando Simões
Professor Adjunto, ISEC
Doutor Luís Roseiro
Professor Adjunto, ISEC
Fernando Tiago de Castro de Babo Ribeiro
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em
Equipamentos e Sistemas Mecânicos
COIMBRA
2010
ii
Agradecimentos
Antes de iniciar a apresentação deste trabalho, gostaria de agradecer a todas as pessoas
que directa ou indirectamente, contribuíram para este relatório.
Quero agradecer à empresa Moldicorte pela hipótese de estágio, por todo o conhecimento
proporcionado e tratamento dado durante o tempo que permaneci na empresa.
Um agradecimento muito especial ao Eng. Alexandre por toda a orientação, transmissão
de conhecimentos e amizade durante o tempo de estágio.
Quero agradecer ao Eng. Fernando Simões e Eng. Luís Roseiro por me terem apoiado
durante todo o estágio e particularmente durante a escrita do relatório. Obrigado por nunca
desistirem de mim.
À minha família agradeço o apoio constante e o esforço económico efectuado desde o
início, pois só com o esforço deles foi possível concretizar este estágio. Estarei eternamente
agradecido.
Quero agradecer à minha namorada pelo seu apoio incondicional e compreensão ao
longo deste tempo que me dediquei ao trabalho. Quero também pedir desculpas porque muitas
vezes foi sacrificada em prol deste relatório.
Por fim e não menos importante, quero agradecer por todo o apoio que os meus amigos
me deram e pela preocupação sempre presente em relação ao desenvolvimento do relatório.
A todos, o meu muito obrigado.
iii
Resumo
Com a necessidade do desenvolvimento da engenharia face às exigências do mercado
mundial, torna-se imperativo que a capacidade de produção e engenho atinjam o máximo das
suas potencialidades. É por isso importante o melhoramento contínuo dos métodos de
trabalho e a utilização de tecnologias de fabrico auxiliadas por computador que permitam
realizar trabalhos de grande complexidade e ao mesmo tempo reduzir o tempo de projecto e
fabrico. Neste sentido, a aplicação da engenharia torna-se fundamental para competitividade
de uma empresa.
A utilização de programas capazes de juntar complexidade, precisão e rapidez, como são
exemplo os utilizados ao longo deste estágio (Solidworks e Mastercam), facilitam a tarefa de
produção. Nomeadamente, na concepção e maquinação de novos componentes para a
indústria dos cunhos e cortantes também conhecidos por Ferramentas. Neste contexto, o
relatório centra-se nas actividades de projecto e produção realizadas na empresa Moldicorte,
salientando-se os sectores nos quais participei de forma mais activa, com o objectivo de
produzir Ferramentas de corte, estampagem e quinagem. São descritas as etapas de concepção
de uma Ferramenta específica de quinar e a análise de todos os sectores da empresa, desde a
concepção de uma Ferramenta até aos métodos e processos de fabrico utilizados, sendo para
cada um destes sectores apresentadas soluções que permitem uma melhoria da
productividade.
Palavras-chave: Ferramentas de corte, estampagem e quinagem, planificação,
organização de produção, CAD/CAM;
iv
Abstract
Nowadays, with the need for development of engineering compared to the demands of
the global market, it becomes imperative that the capacity and ingenuity to reach the peak of
their potential. It is therefore important to the continuous improvement of working methods
and use of manufacturing technologies that enable computer-aided perform work of great
complexity and at the same time reducing design time and manufacturing. In this sense, the
application of engineering becomes critical to a company's competitiveness.
The use of programs that can add complexity, accuracy and speed, as is the example used
throughout this stage (Solidworks and Mastercam), easing the burden of production. In
particular, the design and machining of new components for the industry of Tools. In this
context the report focuses on the design and production activities carried out in-Moldicorte,
pointing out the areas in which participated more actively, with the objective of producing
cutting, stamping and bending Tools. Describes the steps to design a specific bending Tool
and analysis of all sectors of the company since the conception of a Tool until the methods
and processes used, and for each of these sectors will show solutions that allow an
improvement of productivity.
Keywords: Cutting, stamping and bending tools, planning, production organization,
CAD/CAM;
v
Índice
Lista de Figuras vii
Lista de Tabelas xi
1 Introdução 1
2 Revisão Bibliográfica 4
3 A Empresa 18
4 Ferramentas 21
4.1 Tipos de Ferramentas 21
4.2 Elementos constituintes 21
4.3 Projecto de corte e estampagem de uma peça 24
4.3.1 Desenho 3D 24
4.3.2 Planificação de uma peça 26
4.3.3 Desenvolvimento de punções de corte e estampagem 28
4.4 Planificação por Sheet Metal 32
4.5 Projecto de um módulo de uma Ferramenta de quinar 42
4.5.1 A criação do novo módulo para a Ferramenta 45
4.5.1.1 Importância da prensa a usar na Ferramenta? 46
4.5.2 Lista de materiais e tratamentos térmicos usados na Ferramenta de quinar: 57
5 Organização de produção 58
5.1 Análise geral da organização da produção 58
5.2 Análise de métodos de trabalho na secção de maquinação CNC 63
6 Tecnologias de fabrico utilizadas em Ferramentas 76
6.1 Programação CAM para maquinação 76
6.1.1 Programação 2D de um elemento da Ferramenta: 77
6.1.2 Optimização de um programa de maquinação 87
6.1.2.1 Como se reduziu o tempo de maquinação em 50%? 91
6.1.3 Trabalho desenvolvido na optimização de parâmetros de corte 94
6.2 Programação CAM para Electroerosão por corte de fio 96
vi
7 Conclusão 107
8 Anexos 108
8.1 Anexo 1: Elementos constituintes de uma Ferramenta 108
9 Referências 109
vii
Lista de Figuras
Figura 1 - Exemplo de cálculo da linha média: a) e <= 2 mm b) e > 2 mm [Baptista, 2010] ................... 5
Figura 2 – Vistas da peça a planificar [André, 2010] ............................................................................... 5
Figura 3 - Representação da peça planificada [André, 2010] ................................................................. 6
Figura 4 - Representação esquemática do claculo de planificação mais rigoroso [André, 2010] .......... 7
Figura 5 - Determinação experimental da linha de plainificação [André, 2010] .................................... 8
Figura 6 - Dimensões do exemplo em estudo [André, 2010] .................................................................. 9
Figura 7 – Principais tipos de quinagem [Rodrigues et al, 2010] .......................................................... 10
Figura 8 - Exemplos de suavização de zonas de concordância em peças a quinar [Rodrigues et al,
2010] ..................................................................................................................................................... 12
Figura 9 - Cálculo da distância mínima: (a) - de furos à linha de quinagem ......................................... 12
Figura 10 - Fases do corte de chapa [Rodrigues et al, 2010] ................................................................ 13
Figura 11 - Chapa submetida a corte por arrombamento: (a) – Tensões desenvolvidas ..................... 14
Figura 12 – Operação de estampagem e exemplos da sua aplicação [Rodrigues et al, 2010] ............. 15
Figura 13 – Nomenclatura utilizada no processo de estampagem [Rodrigues et al, 2010] ................. 16
Figura 14 - Fases de estampagem [Rodrigues et al, 2010] ................................................................... 16
Figura 15 - Operações efectuadas em diferentes peças obtidas por Ferramentas concebidas pela
Moldicorte ............................................................................................................................................. 19
Figura 16 - Organização da Moldicorte ................................................................................................. 19
Figura 17 - Representação esquemática da fase inicial do projecto ..................................................... 20
Figura 18 – Modelo geométrico de uma peça: a) - representação em 3D; b) - Planificação ................ 24
Figura 19 – Sequência de operações na peça planificada ..................................................................... 25
Figura 20 - Banda com punções de corte e estampagem ..................................................................... 25
Figura 21 – Operação de remoção dos cantos da peça ........................................................................ 26
Figura 22 - Uso da função "Delete face” ............................................................................................... 26
Figura 23 - Aplicação da função "Extrude cut" ...................................................................................... 27
Figura 24 - Cantos retirados após "Extrude cut” ................................................................................... 27
Figura 25 - Aplicação da função "Body-Move/Copy" ............................................................................ 27
Figura 26 - Primeiro passo na operação da Ferramenta progressiva ................................................... 28
Figura 27 - Pormenor da circunferência do punção de corte ............................................................... 28
Figura 28 - Punção de estampagem (estampagem para baixo) ............................................................ 29
Figura 29 - Punções de corte no terceiro passo .................................................................................... 29
Figura 30- Introdução do quarto passo ................................................................................................. 30
Figura 31 -Fases de separação da peça ................................................................................................. 30
Figura 32 – Componente mecânico a ser desenhado em "Sheet metal" ............................................. 32
Figura 33 - Escolha da função para iniciar "Sheet metal" ..................................................................... 33
Figura 34 - Desenho base para iniciar a construção por "Sheet metal" ............................................... 33
Figura 35 - Configuração dos parâmetros gerais da peça ..................................................................... 34
Figura 36 - Base da peça em "Sheet metal" .......................................................................................... 34
Figura 37 - Utilização da função "Edge-fange" ...................................................................................... 35
viii
Figura 38 - Uso da opção "Edit Flange Profile" ..................................................................................... 35
Figura 39 - Comprimento da peça após conclusão da base (548,000 mm) .......................................... 36
Figura 40 - Análise da cota (596,400 mm) do desenho enviado pelo cliente ....................................... 36
Figura 41 – “Sketch” com o formato do "material" a adicionar ........................................................... 36
Figura 42 - Resultado final da introdução da função "Base flange/Tab" .............................................. 37
Figura 43 - Desenho 3D final da peça obtida por sheet metal .............................................................. 37
Figura 44 - Pormenor da estampagem existente na peça .................................................................... 38
Figura 45 – (a) - Localização da pasta "Forming tools" (b) – Localização da “Forming tool” na peça (c) –
Localização da “Forming tools” na livraria Solidworks ......................................................................... 38
Figura 46 – Cotas do perfil de estampagem: (a) – dimensionamento (b) - posicionamento ............... 39
Figura 47 – Modelo geométrico da peça obtida por "Sheet metal" ..................................................... 39
Figura 48 - Planificação da peça obtida em 3D por "Sheet metal" ....................................................... 40
Figura 49 - Vistas da planificação da peça............................................................................................. 41
Figura 50 - Pormenor das cotas criadas ................................................................................................ 41
Figura 51 - Ferramenta de quinar final com os três módulos e placas da prensa ................................ 42
Figura 52 – Primeira operação: quinagem a 90º ................................................................................... 43
Figura 53 – Segunda operação: quinagem a 30º .................................................................................. 43
Figura 54 – Terceira operação: quinagem final ..................................................................................... 44
Figura 55 - Método adoptado para virar a peça entre módulos ........................................................... 44
Figura 56 – Módulos 1 e 3 da Ferramenta ............................................................................................ 45
Figura 57 – Detalhe das fixações da Ferramenta à mesa da prensa ..................................................... 46
Figura 58 – Detalhe das fixações da chaveta ao cabeçote da prensa ................................................... 46
Figura 59 – Primeira peça a quinar ....................................................................................................... 47
Figura 60 - Segunda peça a quinar ........................................................................................................ 47
Figura 61 - Posicionamento da chapa em relação ao contra-forte e chaveta ...................................... 48
Figura 62 – Almofada ............................................................................................................................ 48
Figura 63 - Posicionamento da peça na almofada ................................................................................ 49
Figura 64 - Detalhe de molas, extractores e colunas ............................................................................ 49
Figura 65 - Pormenor coluna/casquilho ................................................................................................ 50
Figura 66 - Detalhe de um retentor Figura 67 - Detalhe de uma mola .............................................. 50
Figura 68- Operação de quinagem da peça de 90º para 28º ................................................................ 51
Figura 69 - Pormenor da zona de quinagem ......................................................................................... 51
Figura 70 – Posicionador ....................................................................................................................... 52
Figura 71 - Enquadramento dos posicionadores na Ferramenta .......................................................... 52
Figura 72 – Parte superior da Ferramenta ............................................................................................ 53
Figura 73 - Disposição de cavilhas ......................................................................................................... 53
Figura 74 – Punção ................................................................................................................................ 54
Figura 75 - Caixas de absorção feitas no punção .................................................................................. 54
Figura 76 - Porta-punção ....................................................................................................................... 55
Figura 77 – Chaveta ............................................................................................................................... 55
Figura 78 - Enquadramento da chaveta na estrutura global ................................................................ 56
Figura 79 - Representação esquemática ilustrando a sequência de maquinação ................................ 59
Figura 80 - Sequência de aplicação dos processos de fabrico .............................................................. 60
Figura 81 - Centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 750....................................................... 63
Figura 82 - Centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 1000..................................................... 63
ix
Figura 83 – Centro de maquinação Chen HO 1800 ............................................................................... 64
Figura 84 – Folha 1 e 2 de registo dos tempos de maquinação dispendidos ....................................... 65
Figura 85 – Comparador ........................................................................................................................ 67
Figura 86 – Procedimento de verificação do alinhamento da face do componente ............................ 67
Figura 87 - Folha com o registo das operações de programação CNC .................................................. 70
Figura 88- Folha com o registo de medição de tempos 1/3 ................................................................. 71
Figura 89 – 2ª e 3ª folha com o registo de medição de tempos ........................................................... 72
Figura 90 – Notas relativas ao resultado da alteração de Ferramenta ................................................. 73
Figura 91 - Lado 1 (Mirror) e lado 2 (Prog) da peça a maquinar ........................................................... 77
Figura 92 - Desenho 2D utilizado para programar ciclos (Lado 2 - Prog) .............................................. 78
Figura 93 - Selecção dos pontos para executar a furação ..................................................................... 78
Figura 94 – Procedimento de selecção da ferramenta ......................................................................... 79
Figura 95 - Configuração de parâmetros de furação ............................................................................ 79
Figura 96 - Ciclo de Pontear: Furação com broca de ponta (3mm diâmetro) ...................................... 80
Figura 97 - Ciclo de preparação para desbaste com roca ..................................................................... 80
Figura 98 - Resultado final dos ciclos de furação programados............................................................ 81
Figura 99 - Programa do ciclo de desbaste por "Contour" ................................................................... 81
Figura 100 - Ciclo de desbaste "Pocket" ............................................................................................... 82
Figura 101 – Selecção do tipo de varrimento que queremos ............................................................... 82
Figura 102 - Selecção do ciclo de acabamento ..................................................................................... 83
Figura 103 - Ciclo de desbaste ............................................................................................................... 83
Figura 104 – Resultado final dos ciclos utilizados ................................................................................. 83
Figura 105 - Broca de ponto e roca de quinas ...................................................................................... 84
Figura 106 - Primeiro lado totalmente maquinado .............................................................................. 84
Figura 107 - Aplicação da função "XForm mirror” ................................................................................ 85
Figura 108 – Rotação da peça: Antes (linhas amarelas) e depois (linhas cor-de-rosa) ......................... 85
Figura 109 – Resultado das operações programadas relativa à peça depois de virada ....................... 86
Figura 110 – Trabalho solicitado pelo cliente ....................................................................................... 87
Figura 111 - Bloco inicial para maquinar com mais 5mm para cada lado excepto em altura .............. 87
Figura 112 – Simulação da maquinação e número de ciclos utilizados ................................................ 88
Figura 113 - Tempo de maquinação de um lado da peça ..................................................................... 88
Figura 114 - Programação de maquinação executada .......................................................................... 89
Figura 115 - Tempo de maquinação da peça programada no ISEC ...................................................... 90
Figura 116 - Uso da função "Containment" .......................................................................................... 91
Figura 117 - Uso da função "Z depths” que limita a altura de desbaste ............................................... 91
Figura 118 - Desbaste exterior da peça até à dimensão final ............................................................... 92
Figura 119 - Desbaste recorrendo à função "Area Clearance" ............................................................. 92
Figura 120 - Função “Ramp” desactivada ............................................................................................. 93
Figura 121 - (a) ap - altura de desbaste; (b) ae - largura de corte ........................................................ 95
Figura 122 – Modelo geométrico ilustrando a zona rectificar na secção de electroerosão ................. 96
Figura 123 - Geometria que servirá para programação dos ciclos de electroerosão ........................... 97
Figura 124 - Pormenor da opção a seleccionar para electroerosão por corte de fio ........................... 97
Figura 125 - Ponto que deve ser escolhido para indicar a entrada do fio ............................................ 97
Figura 126 - Localização do ponto de entrada do fio de electroerosão ............................................... 98
Figura 127 - Função "Create point position" e selecção dos respectivos centros de circunferências .. 98
x
Figura 128 - Função "Break two pieces" ............................................................................................... 99
Figura 129 - Selecção da circunferência a dividir .................................................................................. 99
Figura 130 - Escolha do ponto a dividir ................................................................................................. 99
Figura 131 - Escolha do ciclo de electroerosão ..................................................................................... 99
Figura 132 - Selecção do ponto de entrada do fio .............................................................................. 100
Figura 133 - Selecção da circunferência a maquinar .......................................................................... 100
Figura 134 - (a) Selecção incorrecta dos pontos; (b) Resultado da electroerosão com selecção
incorrecta de pontos ........................................................................................................................... 100
Figura 135 - Configuração dos parâmetros para a erosão (passo 1) .................................................. 101
Figura 136 - Configuração dos parâmetros para o passo de rectificação ........................................... 102
Figura 137 – Definição dos parâmetros gerais de erosão/rectificação .............................................. 103
Figura 138 - Configuração das paragens de programa para retirar o sobrante .................................. 103
Figura 139 - Configuração de parâmetros para saida do fio após execução de programa ................ 104
Figura 140 - Configuração de altura da peça a maquinar ................................................................... 105
Figura 141 - Programa CNC pós-processado ....................................................................................... 105
Figura 142 - Pós - processamento de um programa de electroerosão ............................................... 106
xi
Lista de Tabelas
Tabela 1 - Valores de coeficiente K1 e K2 [André, 2010].......................................................................... 7
Tabela 2 - Tabela de tratamentos térmicos para cada componente .................................................... 57
Tabela 3 - Tabela de processos ............................................................................................................. 59
Tabela 4 - Tabela referente ao calculo de parâmetros de corte ........................................................... 95
1
1 Introdução
Num mundo globalizado e com sentido de competição mais apurado, obriga a que
conceitos como productividade/genialidade agucem as potencialidades da engenharia a níveis
nunca antes pensados. Por este motivo, o desenvolvimento de novos equipamentos tornou-se
imperativo para acompanhar o desenvolvimento e a necessidade do mundo, obrigando a que
todo o conceito de projecto atinja maiores limites de precisão, aliado a uma capacidade de
resposta às exigências do cliente cada vez mais elevadas.
O estágio na empresa Moldicorte deve-se ao facto de estar previsto no terceiro e
quarto semestre do plano curricular do Mestrado em Equipamentos e Sistemas Mecânicos um
estágio ou projecto, pretendendo-se neste caso contribuir com os conhecimentos adquiridos na
concepção de Ferramentas e na optimização de processos de fabrico, sendo esta uma
necessidade no dia-a-dia de um vasto leque de empresas.
Ao longo do estágio foram abordados assuntos como o desenvolvimento de
Ferramentas, mais concretamente um módulo duma Ferramenta de Quinar, desde a
planificação da peça até à elaboração do projecto da Ferramenta através do programa
“Solidworks”. A organização de produção foi outro dos assuntos abordados, no sentido de
uma melhor compreensão dos processos envolvidos na construção de uma nova Ferramenta.
Especificamente foi dado mais ênfase à secção de maquinação, desde a programação CNC até
à execução dos programas, procurando perceber as falhas de productividade e apresentando
propostas para a sua melhoria. Por fim, o último assunto abordado foi a electroerosão por
corte de fio. Este tema foi estudado desde o princípio de funcionamento, passando pela
programação de ciclos de electroerosão por corte de fio em Mastercam até à sua execução.
Na primeira fase do estágio, foi realizada a adaptação e conhecimento do modo de
funcionamento da empresa, compreendendo regras e métodos de trabalho nomeadamente na
execução de projectos com o software da empresa (Solidworks), nomenclatura utilizada,
percepção de funcionamento e dimensionamento de Ferramentas progressivas ou não. Após
este entendimento partiu-se para a criação de uma Ferramenta não progressiva, ou seja, uma
Ferramenta específica para quinagem.
2
A segunda fase do estágio passou por perceber e executar a programação CNC
recorrendo ao programa Mastercam. Esta fase foi toda ela executada no ISEC pois foi
necessário reunir conhecimentos de base, dado que até ao momento, no curso, não tinha
havido contacto com este modo de programação.
A terceira fase, já de regresso à empresa, passou por entender a organização de
produção que leva à construção de uma Ferramenta, tentando ao mesmo tempo perceber
falhas no processo de construção e apresentando soluções para estas falhas. Ainda nesta fase,
foi dada especial atenção à área de maquinação, sendo analisado todo o processo de
programação e execução CNC, tendo em vista a optimização de todo este sector dado ser alvo
de muitas críticas por parte da direcção da empresa.
A quarta fase do estágio consistiu na aprendizagem do processo por corte de fio.
Na quinta e última fase deste estágio foi realizado o estudo de uma função específica
do Solidworks designada por “sheet metal”, no sentido de perceber a vantagem da
implementação do seu uso no desenvolvimento de projectos.
Em consonância com os objectivos propostos e de acordo com o encadeamento das
tarefas realizadas, o relatório está organizado em seis capítulos que descrevem as diferentes
etapas deste trabalho.
No primeiro capítulo é feita uma introdução, focando sucintamente o desenvolvimento
deste relatório.
No segundo capítulo é apresentada uma pequena revisão bibliográfica sobre os vários
conceitos teóricos presentes na conformação e corte de uma peça. Salienta-se neste capítulo o
cálculo de planificações, corte por arrombamento, estampagem e quinagem.
No terceiro capítulo apresenta-se uma breve descrição da empresa onde foi feito o
estágio focando-se na organização da empresa, recursos humanos, facturação anual.
No quarto capítulo abordou-se a Ferramenta Progressiva destacando-se os seguintes
tópicos: i) Criação de um modelo geométrico a três dimensões através do desenho do cliente,
normalmente fornecido a duas dimensões; ii) Cálculo da planificação do modelo geométrico
anteriormente criado a três dimensões; iii) Planificação através de “sheet metal”: Vantagens
da aplicação desta função; iv) Projecto de um módulo de uma Ferramenta de quinar: Criação
de uma Ferramenta de quinar, como fazer e cuidados a ter.
O quinto capítulo centrou-se numa análise da organização de produção da empresa
dando ênfase aos seguintes tópicos: i) Análise geral da organização desde a entrada do
material até à montagem da Ferramenta. ii) Análise de métodos de trabalho na secção de
maquinação CNC e apresentação de propostas para a melhoria de productividade deste sector.
3
No sexto e último capítulo estudaram-se as tecnologias de fabrico utilizadas em
Ferramentas, dando especial atenção à programação CAM para maquinação e à programação
CAM para electroerosão por corte de fio.
4
2 Revisão Bibliográfica
Neste capítulo apresenta-se uma pequena revisão quanto a alguns aspectos
considerados importantes, do ponto vista técnico, para o trabalho de estágio realizado.
Os temas a ser abordados são os seguintes: a) Planificação de peças; b) Quinagem; c)
Corte por arrombamento e d) Estampagem de chapa.
a) Planificação de peças
Relativamente à planificação, para a obtenção de uma ferramenta torna-se
fundamental compreender os conceitos teóricos que envolvem este processo. Para se obter um
perfil de uma peça quinada, tem de se partir da respectiva geometria desenhada no plano,
habitualmente designada por planificação.
Uma planificação pode ser calculada de várias formas, o critério de linha média da
espessura da chapa é um dos cálculos possíveis, variando este critério consoante a espessura
de chapa. No caso de esta ser inferior ou igual a 2mm, considera-se que a linha média se situa
exactamente a meia espessura (Figura 1a). No caso de maiores espessuras, e dada a
importância de redução de espessura na zona de dobragem, deve-se ter em conta a linha mais
próxima do interior, como ilustra a figura 1b, podendo adoptar-se para os cálculos
preliminares os seguintes valores: [Baptista, 2010]
sendo:
x = a distância do interior da secção a quinar até à linha média
e = a espessura de chapa.
5
Figura 1 - Exemplo de cálculo da linha média: a) e <= 2 mm b) e > 2 mm [Baptista, 2010]
Após o cálculo da linha média, podemos facilmente calcular a planificação
determinando o comprimento da linha neutra e considerar a peça desdobrada, isto é, abatida
sobre o plano horizontal. Para percebermos o que foi acima descrito analisemos o exemplo de
cálculo da planificação da peça apresentada na figura 2 para uma chapa de espessura de 2mm.
Figura 2 – Vistas da peça a planificar [Baptista, 2010]
Dado a espessura da chapa ser de 2 mm, o cálculo da planificação deve ter
consideração a linha média, resultando para a planificação longitudinal: [Baptista, 2010]
AB = 8 – (3+2) = 3mm; BC = 0,5 x π x r = 0,5 x 3,14 x 4 = 6,28mm;
CD = 15 – (5+5) = 5 mm; DE = 0,5 x π x r = 0,5 x 3,14 x 4 = 6,28mm;
EF = (15+15+5) = 35mm; FG = π x r = 3,14 x 6 = 18,84mm;
sendo r = raio interior de quinagem + x
6
assim, a planificação no sentido longitudinal será:
L1 = AB + BC + CD + DE + EF +FG = 3 + 6,28 + 5 + 6,28 + 35 + 18,84 = 74,4mm
Para o sentido transversal teremos:
HI = (10+7,5) - 3 = 14,5mm; IJ = 0,5 x 3,14 x 4 = 6,28mm;
JK = 31 – (2 x 3) = 25mm; KL = 0,5 x 3,14 x 4 = 6,28mm;
LM = (10 + 7,5) = 14,5mm;
Isto é:
L2 = HI + IJ + JK + KL + LM = 14,5 + 6,28 + 25 + 6,28 + 14,5 = 66,56mm
A figura 3 mostra a representação gráfica da planificação sendo as partes raiadas
correspondentes à planificação das partes quinadas da peça. [Baptista, 2010]
Figura 3 - Representação da peça planificada [Baptista, 2010]
O critério da linha média permite uma boa aproximação no cálculo de planificação
mais rigorosa, no entanto não tem uma grande precisão.
Para obtermos uma planificação mais rigorosa é importante ter em atenção as
características elásticas do material e o ângulo de dobramento.
Assim sendo, a expressão a ser utilizada é: [Baptista, 2010]
7
Em que:
a,b – cotas das abas dobradas (Figura 4)
K1 – factor que depende da espessura (e) da chapa e de raio interior (r) de dobramento.
(Tabela 1)
K2 – factor que depende da percentagem de alongamento do material. (Tabela 1)
Figura 4 - Representação esquemática do claculo de planificação mais rigoroso [Baptista,
2010]
Tabela 1 - Valores de coeficiente K1 e K2 [Baptista, 2010]
No sentido de uma melhor percepção do que foi apresentado anteriormente analisemos
o seguinte exemplo.
Cálculo de uma planificação de uma peça com abas iguais (a = b) de 25mm de
comprimento cada uma, sabendo que se trata de uma chapa de aço de 4mm de espessura e 3
mm de raio interior, sabendo que possui um alongamento de 15%.
Para obtermos o valor de K1, basta analisar a tabela anterior e retirar o valor para uma
espessura de 4mm e um raio interior de 3mm, assim o valor é +1,132.
Sendo que K1 é positivo e o alongamento é de 15% obtemos um valor de K2 de 1,1.
Portanto para a planificação teremos: [Baptista, 2010]
8
Apesar de ser um cálculo de planificação mais rigoroso, em termos práticos é difícil de
saber o alongamento que uma peça vai ter.
Através do cálculo de planificação pelo método experimental é possível obter a
distância à linha média no caso de uma ser dobrada, este cálculo é baseado no cálculo
matemático do perímetro da zona planificada.
Consideremos uma tira de chapa abcd conforme a figura seguinte, dobrada num raio
interior r, obtendo-se uma chapa dobrada abfg. [Baptista, 2010]
Figura 5 - Determinação experimental da linha de plainificação [Baptista, 2010]
O comprimento L da planificação coincide com o comprimento da linha de
planificação da chapa dobrada, assim:
Como R= r + x, sendo x a distância à linha de média, então: [Baptista, 2010]
O exemplo a seguir apresentado é do cálculo da distância de linha de planificação da
superfície de uma chapa de aço com 100 x 20 x 3, que após dobrada fica com as seguintes
dimensões. (Figura 6)
9
Figura 6 - Dimensões do exemplo em estudo [Baptista, 2010]
Aplicando a expressão teremos:
Podemos concluir que todas as quinagens executadas neste tipo de material e com este
raio de dobramento serão para x=1,3mm.
b) Quinagem
A quinagem é um processo em que a chapa é conformada plasticamente, levando o
material até à forma pretendida. Importa referir que este tipo de processo trabalha no regime
normalmente de deformação num eixo, no limite compreendido entre a elasticidade do
material e a sua tensão de ruptura. [efunda, 2010]
Na concepção e desenvolvimento de peças quinadas, é necessário ter em consideração
um conjunto de procedimentos que demonstram ser relevantes para a escolha do processo de
fabrico, são eles; a determinação da geometria e das dimensões da estampa plana, a
quantificação da recuperação elástica do material, a escolha dos parâmetros processuais da
operação e a selecção da máquina ferramenta.
Com este processo é possível o fabrico de superfícies planificáveis de geometria
cilíndrica, cónica ou prismática. O desenvolvimento deste processo tem vindo a permitir a sua
integração em linhas de produção em série, em que são efectuadas ao longo do processo,
múltiplas quinagens na mesma ferramenta. Concretamente, as ferramentas projectadas pela
Moldicorte apresentam quase sempre múltiplas quinagens, poupando muitas vezes a
concepção de ferramentas específicas para determinadas operações.
10
Convém salientar que através deste processo é possível obter inúmeras geometrias,
tornando vasto o seu campo de utilização, dado que este processo é concretizável de várias
maneiras mantendo o mesmo conceito, tendo em conta a geometria das ferramentas e também
o modo como a chapa é solicitada entre o cunho e a matriz. Assim os tipos de quinagem mais
habituais são: quinagem no ar, quinagem em V, quinagem em U, quinagem a fundo,
quinagem de flanges com cunho de arraste e quinagem rotativa. Estes tipos de operações
encontram-se ilustrados respectivamente na figura 7 [Rodrigues et al, 2010].
Figura 7 – Principais tipos de quinagem [Rodrigues et al, 2010]
Começando na quinagem no ar (Figura 7a)), é importante salientar que o ângulo entre
as abas da chapa a enformar é estabelecido pela penetração do cunho na matriz (profundidade
de quinagem), permitindo um vasto uso para diferentes ângulos de quinagem. No entanto a
precisão dimensional é limitada porque a recuperação elástica que o material sofre após
deformação altera a geometria final da peça. Outro factor a ter em consideração quando se
fala em precisão dimensional é o estado de conservação da ferramenta e máquina ferramenta.
Na quinagem em V (Figura 7b)), ao contrário do caso anterior, a chapa é deformada
até encostar às ferramentas, neste caso a precisão é significativamente superior ao processo
anterior. No entanto no global a quinagem no ar apresenta algumas vantagens relativamente a
este último processo, evidenciando-se o facto de poder ser efectuada em máquinas ferramenta
de menor capacidade, pois a força e a energia necessárias são mais reduzidas, para além disso,
o desgaste e o perigo de inutilização das ferramentas é menor e o mesmo conjunto
cunho/matriz pode ser usado para efectuar dobragens com diferentes ângulos, permitindo
desta forma reduzir custos de preparação e montagem de ferramentas.
11
O processo de quinagem em U (Figura 7c)), caracteriza-se por um modelo de
funcionamento diferente dos modelos apresentados anteriormente. Neste processo, o
encostador promove o contacto da chapa com a zona do fundo do cunho, salvando, assim,
defeitos de forma na peça quinada. Porém, este dispositivo carece de um acréscimo na forma
de quinagem de cerca de 3% a 4%.
Na operação de quinagem a fundo (Figura 7d)), o princípio de funcionamento é muito
semelhante aos processos quinagem no ar e quinagem em V, variando somente no tipo de
empregabilidade usado, pois, este processo é usado para situações de chapas finais (com
espessuras inferiores a 3 mm) em que é importante reduzir, ou mesmo eliminar a recuperação
elástica do material. A chapa é esmagada entre o cunho e a matriz no final de operação, de
modo a que a folga entre o cunho e a matriz seja inferior à espessura da chapa. Esta operação
requer uma força consideravelmente superior à da quinagem em V, podendo o seu valor
triplicar ou mesmo quintuplicar.
A quinagem de flanges com cunho de arraste (Figura 7e)), é mais uma variante do
processo de quinagem anteriormente apresentado, já que o princípio de funcionamento é
baseado na fixação de uma das abas da chapa, que é efectuada por um encostador, enquanto a
outra é dobrada a 90º pelo cunho. Assim, este processo tem facilidade em alterar a dimensão
da aba enformada, bem como o ângulo de dobragem, sendo que para executar este tipo de
operação se faz variar o curso máximo do cunho.
Por fim, a quinagem rotativa (Figura 7f)), garante a enformação da chapa através de
uma matriz rotativa, deixando de ser necessário utilizar um encostador, o efeito de mola pode
ser compensado diminuindo o ângulo de dobragem. Neste processo as forças requeridas são
baixas.
Dado que a quinagem funciona no regime de plasticidade de um material, podem
ocorrer defeitos no fabrico de peças quinadas, sendo os mais comuns: o esbeiçamento (ou
deformação lateral), o efeito de sela provocado pela variação da extensão radial ao longo das
superfícies exterior e interior, o aparecimento de fissuras na superfície exterior da chapa que
se encontra oposta ao cunho e a perda de espessura na zona deformada plasticamente. Para
este último efeito, é necessário referir, que a máxima redução de espessura é atingida na zona
central por baixo do cunho, sendo que as características de deformação plástica dependem dos
parâmetros de fabrico escolhidos, como o raio interior de quinagem, a abertura de matriz,
entre outros. Estima-se que a variação de espessura possa variar entre 5% e 20%, dependendo
estes da selecção correcta dos valores mais adequados para as variáveis do processo em uso.
12
De forma a evitar o esbeiçamento anteriormente referido tendo em vista a obtenção de
produtos de melhor qualidade, deve ser realizada a suavização da zona de concordância,
criando para o efeito pequenos entalhes na zona contígua à quinagem, conforme ilustra a
figura 8. A utilização desta técnica permite evitar o aparecimento de fendas nas zonas de
transição entre as partes dobradas e as rectas.
Figura 8 - Exemplos de suavização de zonas de concordância em peças a quinar [Rodrigues et al,
2010]
No caso de existirem furos junto da linha de dobragem, deve-se ter especial atenção,
pois deve respeitar-se uma distância mínima para evitar alterações de forma nos furos após
dobragem, figura 9a). O desenvolvimento do projecto deve ter em linha de conta que peças
com abas pequenas, deve-se respeitar uma distância mínima para se evitarem os defeitos de
dobragem (figura 9b)) nos furos, caso essa distância mínima não seja assegurada os furos
terão que ser feitos após quinagem.
Figura 9 - Cálculo da distância mínima: (a) - de furos à linha de quinagem
(b) - da aba à linha de quinagem [Rodrigues et al, 2010]
13
c) Corte por arrombamento
O corte por arrombamento é um processo tecnológico muito utilizado para efectuar o
corte de chapa. De modo a melhor enquadrar este processo, expõe-se de seguida um resumo
baseado no conteúdo do livro “Tecnologia Mecânica” [Rodrigues et al, 2010].
Designam-se por corte por arrombamento as operações em que a peça que sai pela
matriz é a peça final ou estampa, e por puncionamento as operações em que a peça final fica
sobre a matriz saindo pelo seu furo o desperdício ou rombo. Apesar de os princípios de corte
serem semelhantes, o dimensionamento das ferramentas é distinto.
Sendo o aço a matéria-prima mais usada na fábrica Moldicorte, a espessura máxima de
corte varia entre 6 e 8 mm, variando nomeadamente nas características geométricas do
perímetro de corte bem como na tensão de rotura do material. Este processo de fabrico é
normalmente realizado a frio, no entanto pode-se recorrer ao corte a morno quando a
espessura for demasiado elevada ou quando o comportamento do material for frágil a baixas
temperaturas garantindo elevadas taxas de produção se devidamente equipados com
dispositivos de alimentação. Este processo de fabrico caracteriza-se por não alterar a
resistência mecânica de forma relevante, garantindo boa precisão dimensional e acabamento a
um custo relativamente baixo.
No sentido de uma melhor percepção de corte por arrombamento e adequando este
conceito a uma Ferramenta típica de corte, esta é constituída por um punção e uma matriz,
cujo contorno tem a geometria da peça a cortar, sendo o punção o macho e a matriz a fêmea.
A figura 10 ilustra as várias fases do processo de corte por arrombamento. [Rodrigues et al,
2010]
Figura 10 - Fases do corte de chapa [Rodrigues et al, 2010]
Deve existir uma folga entre o punção e a matriz sendo este valor muito pequeno
quando comparado com a espessura da chapa (normalmente assume-se valores de 5 a 10% da
espessura de corte), por isso, é usual admitir-se que o corte se processa através de tensões de
14
corte, que se distribuem pela espessura de chapa ao longo do perímetro de corte, conforme
ilustra a figura 11a). Este modelo de análise prevê que as ferramentas tenham arestas de corte
bem afiadas e que o momento flector, sendo pequeno e apenas com um significado indirecto
para o processo, tende a empenar a chapa. As forças de corte actuam concentradas ao longo
das arestas de corte, induzindo por este motivo no material deformação plástica na zona de
folga.
Figura 11 - Chapa submetida a corte por arrombamento: (a) – Tensões desenvolvidas
(b) - Decomposição das forças desenvolvidas de acordo com o ângulo α [Rodrigues et al, 2010]
Genericamente considerando uma secção CD como ilustra a figura 11b), inclinada de
um ângulo α em relação à secção vertical AB, a força F aplicada pelo punção pode ser
decomposta segundo duas direcções: a normal, Fn, e a tangencial, Ft, à superfície CD. Estas
componentes originam, respectivamente, uma tensão normal, σcd, e uma tensão de corte, τcd,
cujos valores por unidade de comprimento são dados por, [Rodrigues et al, 2010]
Tendo em conta as equações anteriores, o valor da tensão tangencial, τcd , toma o seu
valor máximo para α=0º, ou seja, na secção vertical AB, dando origem a um estado de tensão
de corte puro uma vez que a tensão normal, σcd, se anula. É nestas condições, que o valor da
força aplicada F é suficientemente elevado para satisfazer o critério de plasticidade, τAB = τcrit,
começando o material a escorregar ao longo da secção vertical, AB, proporcionando que a
15
peça seja empurrada, pelo punção através do furo da matriz. Considerando o critério de
plasticidade de Tresca (o critério de plasticidade de Tresca considera que a deformação
plástica tem início quando a tensão de corte máxima, τmax, ultrapassar um valor crítico, k,
sendo
, com σe correspondente a tensão limite de elasticidade [dspace, 2010]).,
conclui-se que a deformação plástica se iniciará quando a tensão de corte crítica for igual à
tensão limite de elasticidade do material em corte puro, τcrit = τmax = k.
d) Estampagem
A estampagem é um dos processos de alteração de forma, através de deformação
plástica de chapa (figura 12). As peças estampadas sofrem deformações de expansão, tracção
e compressão, dependendo da geometria da peça a obter. As peças mais comuns que se podem
obter por estampagem são por exemplo: painéis para automóveis, recipientes em chapa,
utensílios de cozinha, latas de bebida, etc. As indústrias mais significativas em termos de
estampagem são a automóvel e a alimentar.
Figura 12 – Operação de estampagem e exemplos da sua aplicação [Rodrigues et al, 2010]
O princípio de funcionamento deste processo baseia-se na transformação da chapa em
que uma estampa plana de material metálico é forçada a escoar controladamente pela acção de
um encostador para o interior de uma matriz devido à actuação de um cunho, resultando numa
peça oca com a geometria do cunho e matriz, a espessura sofre pouca variação em relação ao
seu valor inicial. A aplicação deste processo de fabrico garante as mais variadas formas
desejadas para as exigências actualmente existentes.
16
Para se perceber melhor o modo como a deformação plástica se desenvolve durante a
estampagem é importante definir uma nomenclatura, assim, considerando a figura 13, pode-se
verificar que a Ferramenta é constituída pelos seguintes elementos básicos: um cunho de
diâmetro dc, com raio de canto rcc, e uma matriz de diâmetro dm, com um raio de canto rcm. Os
lados do cunho e da matriz encontram-se afastados por uma folga j (designada, por isso,
também por folga radial ou folga por lado), geralmente superior à espessura inicial da chapa,
podendo, por vezes, ser inferior. Existe ainda um encostador que aplica uma força Fenc na
extremidade da estampa plana que irá controlar o escoamento da aba para o interior da matriz
durante o processo.
Figura 13 – Nomenclatura utilizada no processo de estampagem [Rodrigues et al, 2010]
Para se compreender melhor a deformação inerente a este processo, considere-se a
figura 11, que indica as quatro posições características desta operação.
Figura 14 - Fases de estampagem [Rodrigues et al, 2010]
A primeira fase deste processo (figura 14a)) consiste na deslocação do cunho com uma
velocidade v, bem como a aplicação de uma força Fenc por parte do encostador contra a
17
estampa plana, que por sua vez irá de encontro à matriz, garantindo que a estampa não se
desloque durante o processo de estampagem.
A segunda fase deste processo (figura 14b)) caracteriza-se pelo contacto do cunho com
a chapa, iniciando assim a primeira fase de estampagem. É, também caracterizado pelo
material que está em contacto com a matriz, sujeito ao encostador estar em regime de
elasticidade, no entanto, ainda nesta fase, o cunho continua a avançar provocando um
aumento de área do material chegando mesmo a obter-se uma configuração cónica na região
de folga. Este aumento de área é provocado pela perda de espessura localizado nas zonas de
fundo e do canto de cunho, consequência da deformação plástica existente nessas zonas.
A terceira fase de deste processo (figura 14c)) é caracterizada pelo início da segunda
fase de estampagem, em que o material, que se encontra na vizinhança do raio do canto da
matriz, entra em deformação plástica. Entretanto, as zonas do fundo e do canto do cunho que
até agora estavam em deformação plástica, reentram em domínio elástico, dado que a
quantidade de material da estampa plana vai sendo cada vez menor.
A última fase deste processo (figura 14d) consiste no fim da estampagem, uma vez
que o todo o material que se encontrava sobre a matriz encontra-se agora no seu interior.
[Rodrigues et al, 2010]
18
3 A Empresa
A empresa Moldicorte, fundada em 1977 e sediada em Águeda, apresenta-se como
uma empresa que projecta e constrói moldes e cunhos cortantes, com uma facturação anual de
500.000€ e emprega 18 colaboradores. O projecto de Ferramentas é feito através do programa
Solidworks, programa de modelação em 3D. A programação para maquinação das
Ferramentas é feita em Mastercam.
A gestão da empresa é feita pelo departamento financeiro e a organização desta é
garantida pelo departamento fabril, que trata da distribuição de novos projectos e coordenação
dos projectos em curso, em conjunto com o departamento técnico, sendo este responsável pelo
desenvolvimento, programação, listagem de aços e normalizados de cada projecto. É
importante referir que este departamento é a ligação com a restante fábrica, concretamente à
maquinação, ajuste, montagem e electroerosão. A presença do departamento de qualidade
garante o controlo, planeamento e organização, tanto do projecto para entrega ao cliente como
para guardar em arquivo na empresa. Este departamento garante ainda o controlo e
verificação de encomendas feitas pelo departamento técnico.
Sendo de grande importância as dimensões da maioria dos componentes (dado que se
trabalha até as centésimas de milímetro) esta empresa possui um laboratório de metrologia,
responsável por medições de componentes, caso de Ferramentas que estejam em manutenção
ou ferramentas que tenham sofrido alterações.
Todos os projectos têm um limite de horas de trabalho que é estipulado pelo
departamento fabril. Estas horas são usadas para o cálculo da productividade de cada
trabalhador, sendo que o número de horas de trabalho executado pelos trabalhadores num
projecto é obtido através dos tempos inseridos por estes no controlo de tempos da empresa, ou
seja, num dia de trabalho (8h) se um funcionário trabalhar numa obra 4h e passar para outra
obra, este deve no final dia indicar o tempo que efectuou em cada obra.
19
Alguns produtos resultantes das Ferramentas progressivas feitas pela Moldicorte:
Figura 15 - Operações efectuadas em diferentes peças obtidas por Ferramentas concebidas pela
Moldicorte
Na Figura 16 representa-se a organização da empresa:
Figura 16 - Organização da Moldicorte
20
Novo produto
O mercado de empresas de Ferramentaria, provêm maioritariamente de grandes
indústrias, caso da indústria automóvel, indústria naval e indústria metalúrgica. Muita da
aplicação da engenharia provém dessas grandes indústrias, já que os maiores projectos
conhecem aí a sua génese, através criação de novos produtos ou renovação de antigos e assim
nasce o desenho do produto final.
É neste fase que entram empresas como a Moldicorte, que têm de desenvolver uma
nova Ferramenta para o novo produto. A figura seguinte mostra quais os passos tomados pela
empresa quando recebe um novo projecto (Figura 17).
Desenho 3D do
produto
Aprovação do
desenho 3D por parte
do cliente
Aprovação da planificação
do novo produto e
desenvolvimento da
ferramenta progressiva
Planificação do
novo produto
Figura 17 - Representação esquemática da fase inicial do projecto
21
4 Ferramentas
4.1 Tipos de Ferramentas
Ao falarmos em Ferramentas temos de ter em consideração os seus vários tipos e o
modo como estas funcionam. Assim sendo, as Ferramentas estão divididas em três tipos:
Ferramentas convencionais
Ferramentas de transfer
Ferramentas Progressivas
As Ferramentas convencionais são utilizadas em situações específicas de corte, quinagem,
ou estampagem, são as Ferramentas mais simples deste grupo.
As Ferramentas de transfer têm como principal característica que a troca de módulos da
Ferramenta ou alimentação é feita de forma robotizada. Estas são usadas em situações em que
as peças não permitem ser unidas entre si.
Por último temos as Ferramentas progressivas que têm como objectivo a obtenção de uma
peça final, são as Ferramentas mais complexas de desenvolvimento, no entanto são as mais
rentáveis em produção. Estas funcionam executando vários passos com operações diferentes
como corte, quinagem e estampagem.
4.2 Elementos constituintes
No projecto de uma nova Ferramenta e dado existir uma lista de componentes que são
utilizadas com um objectivo específico, é necessário explicar que componentes são esses e a
sua função. As Ferramentas mais complexas são as Ferramentas progressivas e para uma
melhor compreensão do que é uma ferramenta progressiva, o anexo 1 consiste no desenho em
corte desta com os vários constituintes.
22
Chaveta – Este componente irá garantir o acoplamento da ferramenta com a parte superior da
prensa (parte móvel) onde vai trabalhar, sendo onde estão tipicamente montados os punções.
Placa de impacto – É o componente que absorve o impacto dos punções, tipicamente com
resistências mais elevadas que a chaveta, impedindo que com o trabalhar da Ferramenta estes
se “enterrem” na chaveta.
Nivelador de tira – Componente acoplado tipicamente no início da ferramenta e serve para
garantir que a chapa entra direita na ferramenta e prossegue nivelada.
Matriz – Será o componente que contém a forma da peça. Quando o punção bater na chapa a
matriz estará por baixo para garantir que é mantida a forma desejada quando
conformada/cortada por este e permitir que o excesso de chapa saia na matriz em caso de
corte.
Calços – Componentes que são utilizados para ajudar na sustentação à placa inferior e
também para regular a altura de fecho da ferramenta.
Espelhos – É o componente que garante o guiamento dos punções, decalca a chapa e por fim
desembainha os punções quando a prensa levanta a parte superior da ferramenta.
Porta punções – Componente usado para segurar os punções quer seja na parte de cima da
Ferramenta seja na parte de baixo da Ferramenta.
Elevador – Função de elevar a banda/platina após ter sido prensada de forma a permitir o seu
avanço.
Retentor ou limitadores de curso – São os componentes que vão garantir que componentes
móveis só vão fazer o curso pedido pelo projectista.
Guia ou placa guia – Este componente tem a função de fazer suporte aos espelhos.
Coluna – Componente usado para o guiamento da ferramenta, garante que não haja desvios da
chaveta quando carregada pela prensa, tendo como objectivo final de garantir o perfeito
alinhamento entre a matriz e os punções de forma a evitar danos.
Postiço – Trata-se de um componente que pode funcionar como punção ou matriz, usando-se
somente em situações muito específicas.
Punção – É o componente que vai cortar, estampar, dobrar ou furar a chapa com a forma
exigida.
Batente – A sua função é de garantir que o curso de fecho da ferramenta se mantém igual e
que a ferramenta está equilibrada quando em trabalho.
Calibrador – Componentes utilizados para nivelar os espelhos mantendo estes paralelos às
matrizes.
Casquilhos - Componente utilizado para servir de guiamento à coluna.
23
Contra-forte – Estrutura onde irão assentar as matrizes. Para além de ser uma estrutura de
sustentação é também uma estrutura que sofre o impacto da prensa.
Placa inferior – Trata-se de uma placa em que a sua única função é a de sustentar a toda a
estrutura da ferramenta e permitir a sua fixação à prensa onde vai trabalhar.
Tacos de posicionamento – Os tacos são usados para fazer o posicionamento entre os calços,
o contra-forte e a placa inferior.
24
4.3 Projecto de corte e estampagem de uma peça
4.3.1 Desenho 3D
O desenho 3D da peça feita pela empresa Moldicorte, serve para podermos executar a
planificação da peça e confirmar cotas com o desenho do cliente.
Assim começa a primeira fase do projecto com estudo prévio da criação da ferramenta,
ou seja, que tipo de operações a ferramenta terá e quais serão as primeiras operações a
executar, no entanto como disse anteriormente não passa de um estudo prévio muitas vezes
aplicado para a orçamentação da ferramenta.
Após o departamento de qualidade aprovar o desenho de peça (Figura 18a), confirmar
todas as cotas, partimos para uma das fases mais importantes do projecto, a planificação
(Figura 18b e 19), é nesta fase que se vai ficar decidir os passos exactos dados a cada batida
da prensa, quantos passos terá e até as dimensões gerais da ferramenta. A planificação deverá
ser aprovada pelo departamento fabril para se seguir em frente no projecto, neste passo todos
os punções seja de corte e de estampagem são desenhados e estudados para não
comprometerem tanto material como a peça final (Figura 20).
Figura 18 – Modelo geométrico de uma peça: a) - representação em 3D; b) - Planificação
25
Figura 19 – Sequência de operações na peça planificada
Figura 20 - Banda com punções de corte e estampagem
26
4.3.2 Planificação de uma peça
Esta fase do projecto é das mais importantes do projecto já que é ela que dita o sucesso
da ferramenta. Assim, para garantirmos o sucesso temos de avaliar as situações que temos,
portanto tendo em conta a imagem anterior, será explicado como é feito o estudo da
planificação.
O primeiro passo é transformar a peça final numa planificação, este passo é feito no
solidworks com a ajuda das funções de tratamento de faces (“surfaces”), com a ajuda das
funções “delete” e com a opção “delete and patch” activa retiramos os cantos arredondados
(conforme a figura 21 e 22).
Figura 21 – Operação de remoção dos cantos da peça
Figura 22 - Uso da função "Delete face”
27
De seguida procedemos a divisão da peça em 3 sólidos. Fazemos isto para
conseguirmos rebater as duas abas de modo a ficar toda a peça num plano, utilizando um
primeiramente um “extrude cut” (Figura 23 e 24) e de seguida com a função “move/copy”
colocamos todas os sólidos no mesmo plano (Figura 25).
Figura 23 - Aplicação da função "Extrude cut"
Figura 24 - Cantos retirados após "Extrude cut”
Figura 25 - Aplicação da função "Body-Move/Copy"
28
4.3.3 Desenvolvimento de punções de corte e estampagem
Após a preparação estar concluída passaremos a trabalhar noutro programa, AutoCad.
Neste programa vamos unir a peça e chapa onde vai ser feita, assim conseguimos aproximar à
situação real conseguindo idealizar o posicionamento de punções de corte e estampagem bem
como o guiamento da chapa ao longo da passagem na ferramenta.
A imagem apresentada na página seguinte demonstra em quantos passos se vai
conseguir fazer a peça até agora falada.
Comecemos no primeiro passo com a apresentação dos punções pilotos e primeiros
punções de corte (linhas de corte). Estes vão cortar material da chapa dos lados da peça
(Figura 26) e neste caso vão marcar o passo da Ferramenta. É de notar que estes punções
possuem uma circunferência na extremidade da peça com o objectivo de eliminar o
arrastamento da chapa e rebarbas (Figura 27), pois punções trabalham com uma face de corte
plana levando a um esmagamento de material podendo levar a deformações na peça,
tornando-a inutilizável.
Figura 26 - Primeiro passo na operação da Ferramenta progressiva
Figura 27 - Pormenor da circunferência do punção de corte
29
No segundo passo estamos na presença de um punção de estampar, este vai fazer o
rebaixamento pretendido de uma vez com a altura desejada. As estampagens podem ser feitas
de duas maneiras, a primeira é a de os punções irem de encontro a chapa (estampagem para
baixo), a outra é a da prensa ir de encontro a chapa directamente e esta por sua vez embate
nos punções (estampagem para cima). Normalmente é a estampagem para baixo que é a mais
utilizada dado que é a que exige menos esforço (Figura 28).
Figura 28 - Punção de estampagem (estampagem para baixo)
No terceiro passo voltamos aos punções de corte, sendo aqui de referir que ao mesmo
tempo que é feito o corte na zona do estampado são feitas também as furações. É também
importante referir que quando se trata de furações deve ser feito tudo no mesmo passo de
forma a evitar diferenças de cotas entre furos (Figura 29).
Figura 29 - Punções de corte no terceiro passo
30
Tendo já sido executadas todas as operações de corte, furação e estampagem
necessárias, vamos deixar um passo (quarto passo) em branco para procedermos à separação
das peças (Figura 30). Observando atentamente esta última figura mencionada e suprimindo o
quarto passo, iríamos ter os punções de corte do passo três e os punções de corte do passo
cinco muito juntos, havendo assim grandes possibilidades das matrizes ficarem demasiado
fragilizadas naquela zona, portanto a solução encontrada foi a colocação de um passo em
branco. Usando punções de corte e aplicando o mesmo conceito do primeiro passo, cortamos
uma parte do material entre as duas peças finalizando assim o passo quatro, quinto e sexto
(Figura 31). Neste último passo dá-se por finalizada a separação total da peça. É de extrema
importância garantir que os punções cobrem toda a área de corte de modo a evitar que haja
pequenos restos de material a ligar as duas peças. Para se evitar este tipo de situação os
punções são aumentados mais do que necessário.
Figura 30- Introdução do quarto passo
Figura 31 -Fases de separação da peça
31
Em suma, este será o percurso que a peça percorrerá até atingir a forma final, no
entanto esta peça necessitará de mais uma ferramenta que execute as quinagens para obter as
formas finais que faltam visto que até agora trabalhámos num só plano.
32
4.4 Planificação por Sheet Metal
A planificação das peças é uma etapa de extrema importância no contexto do
desenvolvimento de ferramentas progressivas. Normalmente todas as planificações são feitas
manualmente pelo projectista, processo iniciado com a transformação de um desenho 2D para
3D. A partir do desenho 3D desenvolvido, é executado um desenho 2D que será enviado de
seguida para a qualidade, de modo a confirmar todo o desenho, em particular as cotas.
Somente após a aprovação do desenho enviado para a qualidade é que o projectista avança
para o processo de planificação da peça, recorrendo ao programa Solidworks, nomeadamente
através das suas ferramentas básicas. Contudo, este processo é moroso e passível de erros que
podem introduzir alterações de projecto. Além disso, eventuais alterações introduzidas pelo
cliente no desenho enviado obrigam, na maioria dos casos, ao desenvolvimento de uma nova
planificação. A integração do módulo do Solidworks “Sheet Metal” poderá conduzir a uma
parametrização deste procedimento, tornando-o mais rápido, eficaz e seguro.
O “sheet metal” é um módulo (add-in) do programa de Solidworks direccionado para
o projecto de peças em chapa, com claro enquadramento nos objectivos de produção da
empresa Moldicorte. Apesar de este módulo permitir a conversão de geometrias 3D em “sheet
metal”, o ideal passa por desenvolver nesta plataforma todo o projecto, incluindo o modelo
geométrico. De modo a compreender a importância da utilização desta ferramenta, descreve-
se de seguida um exemplo da sua utilização.
O exemplo que se apresenta será usado no projecto de um módulo de uma ferramenta
de quinar, que contém várias módulos de dobragem e estampagem. A figura 32 ilustra o
componente mecânico a modelar através do “sheet metal”.
Figura 32 – Componente mecânico a ser desenhado em "Sheet metal"
33
A execução desta peça em “sheet metal” inicia-se com a função “base flange”, como
ilustra a figura 33.
Figura 33 - Escolha da função para iniciar "Sheet metal"
O próximo passo para a concretização da peça é o esboço do desenho base da mesma,
neste caso uma base em “U”. De notar que se deve dimensionar já com as cotas finais,
conforme mostra a figura 34.
Figura 34 - Desenho base para iniciar a construção por "Sheet metal"
Após a concepção do desenho de base, configuram-se os parâmetros da chapa,
nomeadamente o seu comprimento, espessura e raio de dobragem. (Figura 35)
34
Figura 35 - Configuração dos parâmetros gerais da peça
O resultado da configuração depende das escolhas que se efectuam, devendo haver
cuidado com as predefinições do programa. Exemplos disto são a direcção de expansão da
parede e do comprimento da peça em construção. Neste caso foi seleccionada a opção de
expansão para o interior das linhas de base do desenho, dado que a peça já está nas cotas
finais. Quanto à expansão do comprimento da peça a opção foi “mid plane”, já que em
alterações como introdução de quinagens, esta opção não reduz as possibilidades de escolha
de quinas. A geometria final da base está representada na figura 36.
Figura 36 - Base da peça em "Sheet metal"
O passo seguinte consiste em inserir as quinagens na peça e obter a sua forma final
garantindo que as cotas do desenho em construção sejam exactamente iguais às do desenho do
cliente.
35
Para a introdução de quinagens recorre-se à função “edge-flange”, que garantirá que
na linha seleccionada seja criada uma dobragem de chapa com a dimensão pretendida. A
figura 37 ilustra a escolha da linha de dobragem após a activação desta função.
Figura 37 - Utilização da função "Edge-fange"
A configuração de uma zona de quinagem passa por escolher a linha onde se irá dar a
dobragem (linha azul), o ângulo de dobragem (neste caso 90º) e a posição de flange. Esta
última configuração poderá ser feita de várias maneiras, tendo neste caso sido seleccionado
“material inside”. A definição da zona de dobragem permite também atribuir o perfil
desejado, seleccionando a opção “Edit Flange Profile” (Figura 38), com a atribuição de cotas
dimensionais.
Figura 38 - Uso da opção "Edit Flange Profile"
Importa aqui realçar que por vezes base da peça não assume as cotas finais segundo o
seu comprimento. De modo a esclarecer esta situação, veja-se o seguinte exemplo: após a
36
criação da base da peça (Figuras 39 e 40) pode-se constatar que a mesma não tem o
comprimento correcto. Esta situação surge devido ao formato da peça, dado que somente um
dos lados sofre o aumento de comprimento para a cota final. Esta diferença de cotas pode ser
corrigida “acrescentando material” à base da peça até obter as cotas finais.
Figura 39 - Comprimento da peça após conclusão da base (548,000 mm)
Figura 40 - Análise da cota (596,400 mm) do desenho enviado pelo cliente
O procedimento para “acrescentar material” à peça recorre ao uso da função “base
flange/tab”. No seguimento da activação desta função, define-se um esboço (“sketch”) com as
dimensões pretendidas, como se ilustra nas figuras 41 e 42.
Figura 41 – “Sketch” com o formato do "material" a adicionar
37
Figura 42 - Resultado final da introdução da função "Base flange/Tab"
Até ao exposto, a geometria 3D da peça (figura 43) foi maioritariamente concebida
através da função “Edge-flange”. De seguida introduz-se o modo como serão executados os
cortes e a estampagem.
Figura 43 - Desenho 3D final da peça obtida por sheet metal
A execução dos cortes e furos na peça pode ser efectuada recorrendo à função de base
do solidworks, “extrude cut”, bastando definir o esboço (“sketch”) com as dimensões
correctas e garantir que a posição dos cortes tenha a cota do desenho do cliente.
Relativamente à estampagem (Figura 44), recorre-se à função “Forming tools”. Esta
função pode ser encontrada na livraria do Solidworks, o que possibilita a sua imediata
utilização, não sendo por isso necessário desenhar o perfil de estampagem. No entanto se for
38
necessário criar um perfil, este pode ser adicionado à livraria do Solidworks como template
para futuras utilizações.
Figura 44 - Pormenor da estampagem existente na peça
O acesso a estes perfis é feito na livraria do solidworks, na opção “forming tools”,
conforme se ilustra na Figura 45a). Para executar a estampagem escolhe-se o perfil adequado,
neste caso o perfil seleccionado foi “lance bridge”, que integra a pasta “lances”. Basta arrastar
o perfil para a peça e posicioná-lo no local pretendido (figura 45 b) e c)). De notar que o perfil
inserido pode ser editado e modificado parametricamente para o desenho pretendido (Figura
46a) e b)).
Figura 45 – (a) - Localização da pasta "Forming tools" (b) – Localização da “Forming tool” na peça
(c) – Localização da “Forming tools” na livraria Solidworks
39
Figura 46 – Cotas do perfil de estampagem: (a) – dimensionamento (b) - posicionamento
A figura 47 ilustra o desenho final efectuado com recurso ao módulo “sheet metal”,
onde também se pode visualizar toda a árvore de processos.
Figura 47 – Modelo geométrico da peça obtida por "Sheet metal"
Aparentemente o desenho 3D obtido, é em tudo igual ao que se obteria recorrendo ao
módulo simples do solidworks. Contudo, é nesta fase que se pode visualizar a grande
vantagem na utilização desta ferramenta. De facto, este módulo permite que a planificação
seja executada em paralelo com o desenho, isto é, em qualquer fase do desenho pode-se
visualizar a peça estampada. Para visualizar a planificação da peça basta recorrer à ferramenta
“flatten”. “Unflatten” trará de volta o modelo geométrico 3D. Além disso, sendo uma
40
concepção paramétrica, em qualquer fase do processo pode-se “recuar” usando a função
“rollback”, disponível na árvore de processos, e visualizar e editar a peça nessa fase. Na
figura 48 pode-se visualizar a peça estampada e a árvore de processos.
Figura 48 - Planificação da peça obtida em 3D por "Sheet metal"
Pretendeu-se com o que foi atrás descrito, introduzir os conceitos de utilização do
módulo “sheet metal”, incorporado no programa “Solidworks”. Tendo em conta o
procedimento actualmente utilizado, pode-se afirmar que a introdução da utilização deste
módulo traria uma importante vantagem na eficiência, eficácia e aumento da productividade.
De facto, a empresa Moldicorte recorre a ferramentas de corte e estampagem, com duas fases
de trabalho, desenho 3D e planificação, sendo que eventuais correcções no desenho podem
implicar nova planificação. Com recurso ao módulo “sheet metal”, o processo é apenas um, e
a parametrização passa a coexistir no desenho e na planificação. Além disso, outra vantagem
associada à utilização do “sheet metal” tem a ver com o facto de o programa cotar
automaticamente zonas de dobragem poupando tempo ao desenhador e possibilitando a
verificação das mesmas (Figura 49 e 50).
41
Figura 49 - Vistas da planificação da peça
Figura 50 - Pormenor das cotas criadas
42
4.5 Projecto de um módulo de uma Ferramenta de quinar
Para além das Ferramentas progressivas existem outras Ferramentas que são
desenhadas, projectadas e concebidas para complementar estas, caso do exemplo a seguir
apresentado.
A Ferramenta desenhada insere-se na alteração das peças produzidas por uma outra
Ferramenta. O cliente pedia que fosse desenvolvida uma nova Ferramenta para a nova
quinagem e todas as Ferramentas fossem acopladas em uma única estrutura, e que a mesma
Ferramenta executasse o trabalho para duas peças distintas com fixações diferente sem que o
operador tivesse de parar a produção para trocar os meios de fixação destas.
Assim sendo iríamos ter uma ferramenta com 3 módulos (Figura 51), no primeiro
módulo (1ªoperação), a planificação será dobrada a 90º (Figura 52), a segunda operação
consiste numa quinagem a 30º (Figura 53) e por último na terceira operação (Figura 54) temos
a última quinagem que dará o fim deste processo, a Ferramenta concebida pela Moldicorte foi
o segundo módulo da Ferramenta.
Em termos de projecto foi necessário avaliar como seriam as movimentações da
peça/platina de módulo para módulo, e sendo uma mudança manual foi imperativo termos
muito cuidado de como seria feita a transição de forma a minimizar erros do operador.
Através das figuras apresentadas podemos verificar que o sentido de rotação da peça entre os
módulos é igual, ou seja, sentido horário de 180º (Figura 55).
Figura 51 - Ferramenta de quinar final com os três módulos e placas da prensa
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Figura 52 – Primeira operação: quinagem a 90º
Figura 53 – Segunda operação: quinagem a 30º
44
Figura 54 – Terceira operação: quinagem final
Figura 55 - Método adoptado para virar a peça entre módulos
45
4.5.1 A criação do novo módulo para a Ferramenta
Sendo o objectivo do cliente e para além da manutenção dos módulos da Ferramenta a
introdução de um novo módulo na Ferramenta, tivemos de desenhar uma nova estrutura
dimensionando para uma prensa específica.
No início deste projecto só foi possível termos uma ideia de como seria a Ferramenta
após termos visualizado a operação que antecede este módulo. Como toda a Ferramenta
estava em fase de reparação então foi possível ver o funcionamento das duas operações.
Durante este processo foram tiradas também medidas aos módulos para se poder
passar para desenho 3D uma vez que não havia sido fornecido o projecto inicial. Assim
começou-se a desenhar a estrutura global (chaveta, contra-forte, placa inferior e calços). Esta
pode sofrer alterações dimensionais em qualquer momento do projecto, como aconteceu no
início tendo-se começado o desenho da estrutura sem saber a prensa onde iria trabalhar a
Ferramenta. Todo o tipo de alterações provoca um atraso na projecção das Ferramentas, por
isso quando há alterações num projecto discutidas entre o departamento fabril e o
departamento técnico deve-se escrever uma acta a referir as alterações a efectuar assinando
todos os intervenientes.
Obtivemos a dimensão da altura da Ferramenta em funcionamento e começamos a
colocar simbolicamente as operações 1 e 3 na estrutura (Figura 56).
Figura 56 – Módulos 1 e 3 da Ferramenta
46
4.5.1.1 Importância da prensa a usar na Ferramenta?
É muito importante no início do projecto o cliente fornecer dados da prensa onde vai
trabalhar a Ferramenta em projecto, pois é necessário saber as dimensões da mesa, bem como
os meios de fixação desta para se poder proceder ao seu desenvolvimento. A importância das
dimensões da prensa não só serve para o projectista ter uma ideia de quanto poderá ter de
dimensões a estrutura global, mas também, no caso de Ferramentas Progressivas, saber onde
se encontram os rasgos para onde vai o material já cortado (desperdício).
Com a presença destes módulos e já com as dimensões da mesa e do cabeçote da
prensa, definimos também as dimensões estruturais do módulo 2 e as fixações da placa
inferior e chaveta à da prensa (Figura 57 e 58). Para acabar esta estrutura ficam a faltar todas
as furações necessárias para fixar os calços, contra-forte e chaveta.
Figura 57 – Detalhe das fixações da Ferramenta à mesa da prensa
Figura 58 – Detalhe das fixações da chaveta ao cabeçote da prensa
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Passemos então à projecção do segundo módulo. Como foi dito anteriormente, este
será responsável por uma quinagem de 90º para 30º para duas peças (Figura 59 e 60). Há
alguns cuidados a ter no desenvolvimento da ferramenta: o posicionamento da peça, criar
elementos que segurem as duas peças de modo a que no momento da quinagem as peças não
se desloquem, ter cuidado com a morfologia da peça para evitar que seja danificada no
momento da batida da prensa e acima de tudo garantir que realmente no final da quinagem a
aba apresente uma quinagem de 30º.
Figura 59 – Primeira peça a quinar
Figura 60 - Segunda peça a quinar
Depois da estrutura principal estar dimensionada através da estrutura global,
posicionamos a peça que vai ser quinada. E é a partir deste posicionamento que criamos todos
os elementos necessários para esta Ferramenta (Figura 61).
48
Figura 61 - Posicionamento da chapa em relação ao contra-forte e chaveta
É possível ver na figura acima apresentada a presença da letra “F”. Esta aparece para
indicar qual é a frente da ferramenta, portanto todas as peças terão de ser desenhadas e
montadas com a letra “F” para o mesmo lado, este pormenor é utilizado para impedir erros
por parte da maquinação por exemplo no posicionamento. Não só é importante para a
maquinação mas também para a secção de montagem, dado que eles, tendo acesso a um
computador, poderão facilmente aceder ao projecto e proceder à montagem correcta das
peças, sendo a vantagem deste tipo de norma a não dependência entre sectores e, quanto mais
claros estiverem os projectos melhor será productividade da empresa.
O primeiro elemento criado foi a almofada (Figura 62). Neste elemento é possível ver
um rebaixamento criado para impedir a colisão da forma já estampada da peça assim como
impedir que uma das peças seja danificada no momento da batida da prensa (Figura 63).
Figura 62 – Almofada
49
Esta peça tem como objectivo segurar e suportar o posicionamento da peça no
momento da quinagem, na qual irá ser colocado colunas, cavilhas e posicionadores.
Figura 63 - Posicionamento da peça na almofada
A função das colunas (Figura 64 e 65) neste conjunto é garantir o guiamento correcto
da almofada relativamente às matrizes e ao punção durante o movimento da prensa.
Figura 64 - Detalhe de molas, retentores e colunas
Na Figura 65 podemos ver o conjunto coluna/casquilho garantido assim o correcto
guiamento. Este conjunto é normalizado, sendo seleccionado através de catálogo. Deve-se
garantir que o diâmetro interno do casquilho é igual ao diâmetro externo da coluna, só assim e
que se garante o guiamento justo.
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Figura 65 - Pormenor coluna/casquilho
Na Figura 64 podemos ver também retentores e molas. Os retentores são responsáveis
por garantir o curso máximo da almofada e a pré-tensão das molas. As molas são usadas para
assegurar através da pré-tensão que a peça não se desloca no momento de trabalho e para
extrair a peça quando a prensa abre. (Figura 66 e 67)
A escolha de um retentor é feita através de catálogo, o factor mais importante é seu
diâmetro e em seguida é o curso que o elemento móvel vai fazer.
A escolha de uma mola é feita com base no diâmetro, curso disponível e constante de
rigidez. São sempre executados cálculos de forma a verificar que a escolha é a mais acertada.
Figura 66 - Detalhe de um retentor Figura 67 - Detalhe de uma mola
Para acabar a parte inferior da ferramenta falta explicar a função das matrizes, e como
se efectuou o posicionamento da peça.
Sendo assim, nesta ferramenta, foi decidido que a quinagem ia ser executada “para
baixo”, ou seja, a dobragem da peça iria ser feita no sentido descendente (Figura 68 e 69).
51
Para conseguirmos fazer a quinagem de 90º para 30º tivemos que garantir o correcto
guiamento da chapa de forma que quando se iniciasse a quinagem, esta seria feita no sentido
correcto e sem resultados indesejados na peça.
Outro aspecto importante nesta quinagem era garantir que a peça no final apresentava
um ângulo de 30º, e sendo que o material recupera sempre elasticamente tomou-se a decisão
de fazer uma quinagem para o ângulo de 28º. Assim foram desenhadas as matrizes garantindo
que a peça entrava o mais perto possível da matriz e que tornasse possível a quinagem da
maneira mais correcta. A montagem das matrizes na estrutura foi feita por encastramento e no
contra-forte foi desenhado uma caixa que permitisse que as matrizes entrassem e não saíssem
com facilidade. No entanto no caso de ser necessário fazer uma manutenção, é possível fazer
sair as matrizes já que no momento da programação de maquinação do componente foi aberta
com uma rosca. Assim pode-se usar a rosca para tirar as matrizes. O encastramento é justo
para garantir imobilidade das matrizes no momento em que estejam sobre carga.
Figura 68- Operação de quinagem da peça de 90º para 28º
Figura 69 - Pormenor da zona de quinagem
52
Quanto ao posicionamento da peça na Ferramenta tivermos de ter em conta que esta
teria de garantir o posicionamento sem componentes removíveis, ou seja, que o
posicionamento seria o mesmo (Figura 70 e 71) para as duas peças. A presença de cavilhas é
somente para garantir que não há falhas na montagem e que durante a troca de peça não seja
alterada a sua posição, por exemplo rotação involuntária do posicionador.
Figura 70 – Posicionador
Figura 71 - Enquadramento dos posicionadores na Ferramenta
Chegamos ao fim da parte inferior da Ferramenta. De seguida passaremos a explicar a
parte superior da Ferramenta que é constituída pela chaveta, porta-punção e punção.
A parte superior da Ferramenta (Figura 72) é responsável por carregar sobre a peça de
modo a iniciar a quinagem. O ponto mais importante a referir nesta parte da Ferramenta é o
posicionamento/alinhamento dos componentes, ou seja, da chaveta ao porta-punção e deste ao
punção, o desalinhamento destas peças pode provocar danos na peça e na Ferramenta.
53
O posicionamento é correcto quando usamos cavilhas (Figura 73), neste caso o
posicionamento foi efectuado entre chaveta e porta-punções, porta-punções e punções. Terá
que existir uma relação destes posicionamentos com os elementos de guiamento da
Ferramenta (coluna/casquilho) para garantir o alinhamento entre punções e matrizes.
Figura 72 – Parte superior da Ferramenta
Figura 73 - Disposição de cavilhas
O punção (Figura 74) nesta situação terá como função prensar a peça de encontro à
matriz na parte inferior da Ferramenta de forma a iniciar o processo de quinagem.
54
Figura 74 – Punção
Nestes componentes foram feitas caixas de absorção por causa da peça e dos
posicionadores (figura 75) e, assim no momento da batida não há possibilidade de haver dano
tanto na peça como no posicionador.
Figura 75 - Caixas de absorção feitas no punção
O porta-punção (figura 76) tem como objectivo sustentar o punção garantindo que este
fica bem fixo e imóvel durante a batida na peça. Sendo um dos componentes principais desta
Ferramenta de quinar e tal como acontece com o punção o guiamento destas peças, é
fundamental para o sucesso da Ferramenta. Assim, em projecto foi decidido usar cavilhas.
Estas cavilhas ligam a chaveta ao porta-punção.
55
Figura 76 - Porta-punção
Por fim a chaveta constitui o último componente da parte superior e tem como
objectivo o acoplamento do porta-punção como do punção, sendo importante referir que esta
peça irá ser fixada à chaveta da estrutura global (Figura 77 e 78).
Figura 77 – Chaveta
56
Figura 78 - Enquadramento da chaveta na estrutura global
57
4.5.2 Lista de materiais e tratamentos térmicos usados na Ferramenta de
quinar:
Tabela 2 - Tabela de tratamentos térmicos para cada componente
Designação
Norma DIN Material
Tratamento
Térmico Peças
Placa Inferior (estrutura global) Ck45 F10 N.A.
Contra-forte (estrutura global) Ck45 F10 N.A.
Chaveta (estrutura global) Ck45 F10 N.A.
Calço (estrutura global) Ck45 F10 N.A.
Contra-forte (2ª operação) Ck45 F10 N.A.
Chaveta (2ª operação) Ck45 F10 N.A.
Porta-punção (2ª operação) Ck45 F10 N.A.
Punção (2ª operação) 35CrMo8 2311 Temperado
Almofada (2ª operação) 35CrMo8 2311 Temperado
Matriz (2ª operação) X40CrMoV51 MG50 Temperado
Posicionador (2ª operação) 34CrNiMo6 Fr3 N.A.
58
5 Organização de produção
5.1 Análise geral da organização da produção
Sendo a secção de maquinação alvo de críticas em relação à sua productividade/custos
(ferramentas partidas, remaquinações, etc.) foi-me incumbida a tarefa de analisar a
organização desta secção e propor alterações no seu funcionamento, nomeadamente, no que
diz respeito ao planeamento e preparação das operações de maquinação, bem como na
optimização da programação com software CAM.
No entanto, e visto que na maioria das vezes os atrasos começam muito antes do sector
CNC, numa primeira fase, decidiu-se observar toda a organização de modo a analisar sectores
críticos e soluções para estes, focando-se numa visão mais geral da empresa.
Após a recepção de uma encomenda de um cliente, de modo a produzir uma
Ferramenta, é necessária a intervenção directa dos seguintes sectores da fábrica: projecto,
qualidade, fresagem convencional, rectificação, maquinação, electroerosão e por fim, o ajuste.
Para percebermos melhor esta organização do fluxo de trabalho, será explicado o trabalho
desenvolvido desde o desenho da ferramenta até aos ensaios na prensa.
Toda a Ferramenta é inicialmente desenhada no sector de projecto e neste momento a
Ferramenta só avança para produção após aprovação do departamento fabril. Quando a
Ferramenta é aprovada pelo departamento fabril são impressos os desenhos de todos os
componentes desse projecto. É também nesta fase que se encomendam materiais e
componentes normalizados.
Após impressão dos desenhos, estes são entregues ao departamento fabril que
procederá à listagem de processos de fabrico e quantificação de tempo necessário em cada
processo, conforme ilustra o exemplo apresentado na tabela 3. A quantificação de tempos é
feita a partir da experiência do departamento fabril, baseando-se em projectos anteriores.
Posteriormente são criados lotes de trabalho separando aqui os componentes. Por
exemplo, matriz e porta matriz é colocado num lote de trabalho e os punções são colocados
noutro lote.
59
Tabela 3 - Tabela de processos
O Departamento de qualidade é responsável pela recepção e controlo dos materiais
pedidos e pela organização da ordem de maquinação das peças. Tendo em conta os processos
de fabrico necessários utilizar para obter cada componente da Ferramenta, normalmente a
produção está organizada segundo a hierarquia a seguir indicada (figura 79):
Peças para temperar
Peças para electroerosão
Contra-forte
Placa Inferior
Chaveta
…
No que diz respeito aos processos de fabrico, para produzir cada componente da
ferramenta, estes são aplicados na sequência apresentada na figura 80.
Figura 79 - Representação esquemática ilustrando a sequência de maquinação
60
Após definida a hierarquia, que por norma não foge à configuração enunciada,
passamos à fresagem convencional que consiste no corte de material de modo a preparar os
componentes (por exemplo: corte de material com sobreespessura), para serem maquinadas
em CNC ou para serem rectificadas no caso de irem para a secção de rectificação.
Nesta secção notou-se que há problemas na quantidade de escoamento de material.
Este apesar de cortado e pronto a ir para outras secções não é escoado em quantidade
suficiente, o que é provocado por falta de recursos humanos já que nesta área apenas está uma
pessoa a trabalhar. Por vezes esta falha não é muito visível porque a secção de CNC pode
funcionar como fresagem convencional e permitir um bom avanço, mas no caso de esta
secção estar ocupada e na falta do único membro da fresagem convencional a fábrica abranda
a sua produção.
Fresagem convencional
Rectificação
Maquinação CNC
Tratamento
Térmico
Electroerosão
Ajuste/montagem
Figura 80 - Sequência de aplicação dos processos de fabrico
61
Entretanto, enquanto é cortado o material para cotas aproximadas à cota final, o
programador das máquinas CNC’s está já a executar a programação de maquinação destas
peças recorrendo a software CAM, o que possibilita preparar a organização das peças para
cada CNC e permite que os operadores possam preparar a ferramenta para maquinar.
Terminado o desbaste de material da fresagem convencional, o componente pode
passar para a secção de rectificação, no caso de ser necessário executar esta operação na peça
em causa. Esta secção é responsável por conferir um bom acabamento superficial e permitir o
acerto de cotas importantes em peças ou conjunto de peças, como por exemplo: a altura de 4
calços.
Foi observado que nesta secção seria conveniente existirem mais recursos humanos ou
uma reestruturação das máquinas na fábrica, ou seja, as pessoas que trabalham nesta área são
provenientes tanto do ajuste, da maquinação e da electroerosão. Se em algum momento todas
as secções estivessem em pleno funcionamento esta secção ficava muita lenta a rectificar
peças, pois são máquinas que necessitam de controlo humano. Verificou-se várias vezes que a
situação acima descrita ocorrer. Uma das consequências é a das peças não estarem prontas
para entrar na maquinação, o que se traduz num atraso por vezes muito elevado para a
conclusão de uma ferramenta, aumentando o custo de produção. Pode por vezes ocorrer, que o
atraso da Ferramenta anterior vá indirectamente afectar o início de trabalho de uma nova
ferramenta, ou seja, menos projectos aceites, margens de lucro mais baixas e menor
productividade.
Após as peças serem rectificadas, estas seguem para maquinação. Nesta fase as peças
começam a ganhar a sua forma final. Esta área é constituída por três centros de maquinação,
em que cada centro de maquinação tem um operador. Além destes operadores há mais um
membro que trata da programação de maquinação das peças para as máquinas, podendo este
também trabalhar num dos centros de maquinação, caso falte algum membro. Nesta secção foi
passado grande parte do tempo a perceber-se e fundamentar os problemas de productividade e
de quebra de ferramentas, erros que provocam alterações de projectos falados entre o ISEC e
a Moldicorte, ao mesmo tempo que se observava esta secção tentava-se implementar novos
métodos e soluções para a melhorar, pois o objectivo era de optimização da organização da
produção da maquinação CNC, conforme referido anteriormente. Mais à frente esta questão
será explicada mais detalhadamente (Ponto 5.2).
Por fim a peça pode seguir para a electroerosão no caso de necessitar de alargamento
de cavilhas, absorções, no caso de a peça necessitar de ir para tratamento térmico, por
exemplo: têmpera ou nitruração, ou poderá seguir directamente para a secção de
62
ajuste/montagem que é responsável pela montagem das ferramentas. Para além de
montagem/desmontagem de ferramentas, esta é também responsável por garantir assistência
técnica se algumas das ferramentas projectadas na Moldicorte apresentarem problemas.
63
5.2 Análise de métodos de trabalho na secção de maquinação CNC
O Trabalho desenvolvido nesta secção é realizado pelos equipamentos CNC
disponíveis e que a seguir se apresentam:
O centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 750 (Figura 81) apresenta como
principais características: uma rotação máxima de 8000 rpm possuindo um carrossel para 21
ferramentas e apresenta uma deslocação de eixos de 762x510x560mm, x, y e z
respectivamente.
Figura 81 - Centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 750
Quanto ao centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 1000 (Figura 82) é muito
idêntico ao centro de maquinação anterior variando somente no percurso dos eixos sendo
neste caso e respectivamente para o eixo x, y e z de valores 1016x508x558.8 mm.
Figura 82 - Centro de maquinação Cincinnati Milacron Sabre 1000
64
O centro de maquinação Chen Ho 1800 (Figura 83) apresenta rotações mais baixas
que os centros de maquinação anteriores, 6000 rpm, admite somente velocidade de avanço na
ordem dos 4000mm/min e por último não tem carrossel para colocar ferramenta
Figura 83 – Centro de maquinação Chen HO 1800
A análise descrita em seguida centrou-se na sequência das operações realizadas e dos
tempos de maquinação/productividade dos equipamentos, e membros que trabalham nos
centros de maquinação.
O início do trabalho de análise começou por analisar os métodos de trabalho dos
operadores e programador até ao estudo das ferramentas utilizadas. Efectivamente após uma
primeira análise constatou-se que há métodos e procedimentos a rever e melhorar.
Desde já e começando pela programação, os operadores passavam muito tempo a
esclarecer dúvidas junto do programador, sendo a principal razão disto a necessiadade de
analisar detalhadamente a programação para evitar possiveis erros. Estes são muito comuns na
programação muito da falta de atenção que o trabalhador apresenta na execução de um
trabalho. Em colaboração com o departamento de qualidade e o departamento fabril
procurámos aplicar algumas medições de tempo na programação, bem como proceder a uma
entrega de trabalho controlada para programação (entrega de desenho um a um ao
programador), de forma a incutir alguma pressão no trabalho, já que observou-se que o
rendimento do trabalhador estava muitas vezes abaixo daquele que este podia ter.
Para medir tempos, elaborou-se um documento Excel, constituído por 2 folhas, para
registar os tempos executados (Figura 84). Foi realizado uma análise das operações mais
65
comuns efectuadas e dos problemas que levam a atrasos na maquinação da peça, o que tem
como consequência directa o aumento de custo de produção do componente. Para tal,
Figura 84 – Folha 1 e 2 de registo dos tempos de maquinação dispendidos
Na primeira folha apresentada na Figura 84 estão as operações que são frequentemente
usadas pelos operadores de CNC e que consistem no seguinte:
Preparação de peça: Diz respeito ao tempo de manuseamento do material até chegar
ao centro de maquinação. Está incluído o uso da ponte (no caso de componentes mais
pesados) e, o tempo de aperto do componente ao centro de maquinação.
Preparação de ferramenta: Esta operação é referente ao tempo que o operador
demora a preparar a ferramenta, ou seja, a colocar a ferramenta nos cones de aperto e ao
zeramento. Este consiste na introdução da coordenada zero pretendida no componente na
máquina, tal que a partir daqui toda a maquinação será feita a partir do zero que escolhemos.
O conceito de preparação de ferramenta vai de encontro ao objectivo de melhorar os
tempos de maquinação e optimizar toda a linha de centro de maquinação. O objectivo
principal é o de preparar previamente o equipamento para que este trabalhe mais tempo sem
necessidade de intervenção do operador e, consequentemente libertar os operadores do centro
66
de maquinação para poderem executar outras tarefas, tais como acabar componentes
maquinadas (retirar rebarbas e marcar as peças), pôr componentes a rectificar, já que esta
secção não tem recursos humanos exclusivamente destinada. O resultado da implementação
deste conceito visa a rentabilização de recursos humanos, uma maior productividade e menor
custo final da Ferramenta produzida.
Apesar de este tempo estar referenciado na folha nunca foi possível a sua medição, já
que os operadores nunca executavam este passo sem o componente já estar a ser maquinado,
ou seja, a preparação de ferramenta era feita ao longo do tempo de maquinação do
componente, as causas encontradas para os operadores não aplicarem este conceito foram:
Exige muitos cones e ferramentas para cada uma das CNC’s.
Uma grande perda de tempo tratar de toda a ferramenta e zerar.
Dificuldade no controlo dimensional do componente.
Enorme possibilidade de não se detectar erros de programação.
A CNC Chen HO 1800 não permite troca automática de ferramenta dado não ter
carrossel.
Como resultado deste tipo de actuação, as ferramentas nunca estavam no carrossel da
máquina (local onde a máquina vai buscar a ferramenta automaticamente), o que obrigava o
operador a estar na máquina para proceder à colocação da ferramenta. Obrigava também
quando fosse necessária a troca da ferramenta, à interrupção do funcionamento da máquina,
resultando, todas estas acções na paragem de uma secção (rectificação), o não acabamento de
componentes já maquinados e ao aumento do tempo de maquinação. Por fim e mais
importante um aumento do custo de produção da Ferramenta.
Comparação: Esta operação é utilizada para garantir que o componente, quando for
maquinado, não será maquinado “torto”, ou seja, evitar que as faces do bloco a maquinar
estejam alinhados com os eixos de maquinação. É um processo em que é usada um
comparador (Figura 85) que verificará se o componente está alinhado (figura 86). No caso de
o componente necessitar de ser acertado basta desapertar ligeiramente os apertos e com
algumas pancadas efectuar o alinhamento referido.
67
Figura 85 – Comparador
Figura 86 – Procedimento de verificação do alinhamento da face do componente
Zeramento: Esta operação consiste na determinação do zero do componente. É o
passo mais importante de toda a preparação do componente, pois se este não for realizado
devidamente, as operações subsequentes (furações, caixas e outras) não serão executados no
sítio correcto.
Viragem da peça: Há certos componentes que possuem zonas de maquinação em
várias faces. Quando assim acontece, e porque o centro de maquinação é de 3 eixos, o
componente tem de ser virado, de modo que a nova face a maquinar fique orientada com a
ferramenta de corte. Ao virarmos o componente, é importante repetirmos os passos descritos
anteriormente de “Preparação da peça”, “Comparação” e “Zeramento”.
Repetição de ciclos: Esta operação é utilizada para garantir as cotas pedidas em
desenhos como cotas finais de comprimento, espessura, larguras até cotas críticas.
68
Quando é feita a programação CNC de um componente nunca é admitido as
dimensões reais deste (depois de cortado na fresagem inicial), ou seja, a programação é feita
admitindo que o componente já está à cota nas principais dimensões (comprimento, largura e
espessura). No entanto, quando o componente chega à CNC, não está nas medidas finais,
levando o operador a repetir ciclos para colocar o componente à cota desejada e só após esta
operação, continuar a maquinação normal. Outra das situações que leva à repetição de ciclos é
quando é exigido uma cota que tenha exactamente um dado valor (cota crítica ou cotas que
necessitem de confirmação com calibres), sendo que, nessa situação o offset é diminuído e o
operador assume o controlo do programa chegando à cota por tentativas.
É possível diminuirmos o tempo perdido nas repetições de ciclos se o programador
tiver acesso às medidas dos materiais quando chega a fábrica, para o caso desses componentes
seguirem directamente para as CNC’s em vez de irem para fresagem convencional. Devem
também ter acesso às medidas dos componentes quando saiem da fresagem convencional.
Durante a análise que foi executada observou-se que havia muitas paragens para
alterar programas, criar e nos casos mais extremos alterar projectos. A execução destas tarefas
são um contra-senso na utilização de máquinas CNC, já que estas estão vocacionadas para
uma preparação inicial das tarefas a executar e, posteriormente, trabalharem autonomamente
por períodos de tempo mais ou menos longos. Muitas dessas falhas eram provocadas pela
necessidade de rápida programação dos componentes para as CNC’s não pararem. É também
importante referir que houve muitas falhas por falta de atenção e rigor no que estava a ser
executado e por falta de informação do que estava a ser executado. Pelo exposto, parece-me
que nesta secção era fundamental haver uma melhor comunicação entre o programador e os
operadores de forma a trabalhar numa uniformização de métodos de programação de
maquinação dos componentes. Exige-se uma discussão prévia, entre programador e operador,
antes da construção do programa CAM e depois disso, antes da execução do programa, uma
preparação cuidada do trabalho a executar.
A segunda folha apresentada na figura 84 contém unicamente os ciclos de
programação CAM. Aqui será apontado o tempo que demorou cada ciclo a ser feito e
medido por mim. Desta forma pode ser analisado ciclo a ciclo e comparado o tempo dado
pela folha de programação CNC e o tempo real medido.
A parte de maquinação foi sujeita a uma análise mais exaustiva dado que seria a área
onde se poderia obter os melhores resultados. Assim sendo uma análise a tudo que afectará a
maquinação directa ou indirectamente foi analisado.
69
Desde o início que um dos problemas que foi observado na secção de maquinação e
apontado por parte do departamento fabril, seria que os tempos dados à realização de um
trabalho sofriam grandes desvios. Efectivamente em muito dos casos esta situação verificava-
se. Numa primeira análise há algumas razões para tal acontecer.
Tempos de maquinação mal contabilizados;
Programação mal executada;
Demasiado uso de fresas e brocas HSS;
Mandrilamento e abertura de rosca – operações críticas de perda de tempo;
Situações de grandes desvios: preparação da peça, zeramento, planicidade, zeramento
de ferramentas.
Após uma observação detalhada das folhas de programação, reparou-se que o
programa CNC pós-processado pelo Mastercam era nesta fase subdividido em várias partes
consoante as operações nele incluídas, de modo a obter programas com menor número de
linhas. A razão deste modo de programação está na capacidade de memória das máquinas,
pois sendo a memória disponível limitada, o tamanho do programa introduzido está
obviamente limitado a um número de caracteres máximo. Esta limitação obriga também o
operador a estar presente na máquina sempre que é necessário chamar um novo programa.
Não foi conseguido saber exactamente o número de caracteres máximos para cada CNC, no
entanto soube-se que para as CNC’s 1800 e 1000 o número médio de linhas de programação é
de 700 linhas e para a CNC 750 é de 1000 linhas.
Além das limitações anteriormente descritas, os equipamentos CNC apresentam outras
limitações importantes e que são as seguintes:
A cincinnati milacron sabre 750: Apresenta somente uma mesa de maquinação
pequena, limitando esta a peças pequenas e, admite rotações muito baixas (8000rpm).
A cincinnati milacron sabre 1000: Apresenta um processador muito lento para a leitura
de linhas programação de MasterCam em 3D, é uma máquina que não consegue
manter a velocidade de avanço em 3D. Assim as consequências destas limitações estão
no aumento tempo a maquinar, já que demora mais tempo a processar todo o 3D, bem
como a possibilidade de partir ferramentas devido a constante alteração de velocidades
de avanço. Admite velocidades muito baixas (8000rpm).
Por fim Chen HO 1800: Não tem carrossel de ferramentas, ou seja, toda a ferramenta
tem de ser trocada manualmente (17s é o tempo demorado em média para trocar a
ferramenta), e não admite velocidades de avanço superiores a 4000 mm/min.
70
No que diz respeito à análise dos tempos de maquinação, verificou-se que estes eram
mal contabilizados tanto pecando por excesso como por defeito. Facilmente pode-se verificar
este facto, conforme serve de exemplo o caso a seguir explicado e que está apresentado nos
documentos das figura 87 a 89, referentes a um componente maquinado na CNC Chen HO
1800.
O exemplo descrito diz respeito a uma peça de dimensões e peso suficientemente altos
para que a sua deslocação necessite de uma ponte.
As ferramentas a utilizar estão indicadas na folha da figura 84 (coluna “ferramentas”).
A previsão do tempo de maquinação dado pelo programa Mastercam encontra-se na figura 87
(“tempo”), e a contabilização de tempos medidos, durante as operações de maquinação, e é
apresentada nas figuras 88 e 89.
O tempo dado pelo departamento fabril para o trabalho total a executar na secção de
maquinação deste componente foi de 8h, sendo que 20% desse tempo é para a programação
do componente. No total, o centro de maquinação tem 6h:24min para maquinar o componente
incluindo o tempo de preparação, confirmação, zeramentos e viragem de componente. Após a
conclusão da programação em mastercam é possível termos o tempo que segundo o programa
o componente vai demorar a ser feita (Figura 87 – último valor da grelha - 6,26h).
Figura 87 - Folha com o registo das operações de programação CNC
71
Tendo em conta que, o componente tem de ser transportado até ao centro de
maquinação, tem de ser posicionado, comparado, efectuado o seu zeramento e posteriormente
terá de ser virado, implicando novo transporte, comparação e zeramento, será muito difícil de
se conseguir executar todas as tarefas no tempo que ainda resta (Figura 88 – o operador
demorou cerca 36 minutos para executar estas tarefas).
Figura 88- Folha com o registo de medição de tempos 1/3
Aqui já se verifica que o componente entrará em desvio de tempo. Outra situação que
se verificou é o mal cálculo do tempo pelo programa, ou seja, há situações em que o programa
calcula um tempo e na realidade esse tempo é maior. Por exemplo: o 3ºciclo da Figura 87
indica uma furação com uma broca HSS, a qual demorará, segundo os cálculos do programa
aproximadamente 24 minutos de maquinação. No entanto o tempo cronometrado foi de 44
72
minutos (Figura 89) (os parâmetros de corte são os mesmos que o apresentado na Figuras 87
no separador “Comentário”, neste caso S=1000 rpm e F=100mm/min). O tempo final de
maquinação real medido foi de 10h:25min. A principal razão desta discrepância está na falha
de alteração de um valor, velocidade de avanço, anteriormente falado nas limitações das
CNC’s e no caso especifico desta, a velocidade de avanço máxima admitida pela máquina é
4000mm/min. Analisando as folhas de programação podemos verificar no separador
“comentário” que muito dos avanços considerados são de 9000mm/min, o que provoca que os
tempos de maquinação serão mais baixos do que na realidade. A não alteração deste valor
provoca graves perturbações na productividade e pode pôr em causa todo o processo de
orçamentação, já que, o tempo dado pelo departamento fabril é baseado na experiência de
maquinações anteriores, e sendo que muitas vezes os componentes pouco mudam ao longo da
criação de novas Ferramentas, o orçamento para a Ferramenta começa a entrar em desvios, o
que resulta numa diminuição do lucro. Outra das consequências é a constante análise errada
de productividade do sector de maquinação no caso específico desta CNC.
Figura 89 – 2ª e 3ª folha com o registo de medição de tempos
Na Figura 87 podemos ver que há programas introduzidos “à mão” (assinalado com
um rectângulo), ou seja, trata-se de programas que foram introduzidos pelo operador que não
foram previstos pelo programador. Neste exemplo, este tipo de introdução de programas não
ocuparam tempo ou paragem da máquina, no entanto impediram que o operador deixasse de
73
trabalhar em outras tarefas, como por exemplo rectificar peças na secção de rectificação o que
traduz numa redução de productividade acentuada. Neste caso estamos perante um problema
de má execução de programação provocado algumas das vezes por necessidade de rapidez na
execução de programação e outras vezes provocado pela constante paragem na programação
para clarificar dúvidas aos operadores. Um outro exemplo de má execução de programação
pode ser visto na Figura 87 (no separador “observações” na linha onde se encontra o código
“O1052”). Trata-se de uma alteração de programa por parte do operador, ou seja, a execução
do programa ia ser executada com uma roca de diâmetro 25mm, no entanto, tendo o operador
a possibilidade de usar uma roca de diâmetro maior (32mm), este alterou o programa para o
executar com esta roca. As consequências da utilização desta roca no tempo final foram muito
positivas (Figura 90). Toda a esta alteração era escusada dado que o programador tem acesso
a toda a ferramenta na base de dados do programa MasterCam.
Figura 90 – Notas relativas ao resultado da alteração de Ferramenta
74
Outra situação que se constatou foi o uso constante de brocas e fresas HSS na
maquinação de componentes, que se traduz no aumento elevado do tempo de maquinação, já
que são ferramentas que admitem baixos valores de rotação e de avanço em relação a uma
broca de metal duro ou roca. As brocas HSS são usadas em situações em que não há brocas de
metal duro do diâmetro desejado e, são brocas que furam com incrementos na maioria dos
casos de 3mm. No caso das brocas de metal duro estas assumem uma clara vantagem no
ganho de tempo, porque admitem furação sem incrementos com maiores rotações e avanços,
mas apresentam como principal desvantagem o preço. O mesmo se aplica às fresas de HSS
que são usadas quando não há rocas que possam fazer a maquinação desejada. Um
investimento na área das ferramentas diminuirá o tempo de maquinação dos componentes.
Uma das preocupações da empresa Moldicorte era efectivamente a quantidade de
ferramentas partidas, que para além do custo associado à da perda ferramenta, implicava por
vezes alterações num projecto. Numa análise mais profunda às ferramentas, observei que
algumas eram mal seleccionadas para a finalidade pretendida como o caso das fresas de metal
duro e pastilhas de corte para as rocas. A conclusão desta observação está fundamentada com
o exemplo seguinte:
A empresa comprou fresas de metal duro, sendo que estas fresas estão preparadas
somente para fazer contornos laterais segundo o catálogo. No entanto estas fresas são usadas
em desbaste total, e assim, obviamente, as fresas não irão aguentar por não terem as
características necessárias de uma fresa de desbaste. Como consequência partirão muito mais
cedo do que o esperado.
No caso das pastilhas de corte, estas são mais indicadas para desbaste de metal duro,
sendo maioritariamente o trabalho na empresa em aço CK45 e dado que o aço é mais dúctil
que o ferro fundido, as pastilhas apresentam um desgaste anormal.
Por fim após esta análise foi decidido tentar implementar alguns métodos que se achou
que traria maior productividade à empresa.
Apostando na possibilidade de um investimento em cones para as ferramentas, de
modo a podermos conseguir aplicar o conceito “CNC a trabalhar sozinha”, criando uma
disciplina de trabalho, como a preparação de toda a ferramenta a ser utilizada no programa de
maquinação, o respectivo zeramento desta bem como uma maior coordenação dos programas,
deixando as operações em que realmente é necessário a presença do operador para o final do
programa de maquinação, conseguiremos uma maior rentabilidade das CNC’s, uma maior
productividade dos operadores e todas as secções a trabalhar em pleno. No entanto a aplicação
deste conceito requer alguns cuidados já que, não havendo um cuidado num qualquer instante,
75
poderá ser arruinado um componente. É muito importante que quando houver uma troca de
peça após maquinações, toda a ferramenta seja retirada do carrossel de forma a evitar
situações como esta:
O operador iniciou uma maquinação com algumas ferramentas da maquinação anterior
deixando uma broca de diâmetro 8,5mm. A certa altura foi obrigado a sair do posto para
iniciar rectificações de peças. Entretanto a máquina chegou ao ciclo de furação para um
diâmetro 6,5mm. Quando o programa chamou a ferramenta, em vez de uma broca de diâmetro
6,5mm tinha uma broca de diâmetro 8,5mm. O resultado foi uma alteração de projecto, que
obrigou a uma ferramenta quase totalmente montada, a ir ao centro de maquinação para
alargar os furos para diâmetro 8,5mm. Então para evitar situações como esta é necessário
retirar a ferramenta toda. Com esta medida evitamos este tipo de erros bem como erros no
esquecimento de zeramento de ferramentas.
O incentivo à programação em Mastercam das peças por parte dos operadores,
certamente irá induzir uma maior confiança no que está a ser maquinado, já que os operadores
saberão exactamente o que a máquina está a fazer.
No sentido de tentar acabar com as interrupções, tanto na paragem das máquinas como
na interrupção do programador enquanto programa, foi colocado um computador na CNC
Cincinnati 750 e procedeu-se à alteração do computador CNC Cincinnati 1000, visto ser
muito lento para os operadores poderem visualizar as peças em 3D que vão maquinar.
Se o medo de deixar a máquina sozinha a trabalhar persistir, pode-se implementar um
sistema de visualização do que está a ser maquinado, nos monitores dos computadores,
utilizando por exemplo o software MasterCam.
76
6 Tecnologias de fabrico utilizadas em
Ferramentas
6.1 Programação CAM para maquinação
O aparecimento da tecnologia CAD (Computer Aided Design) juntamente com a
tecnologia CAM (Computer Aided Machining) impulsionou a indústria a patamares de
desenvolvimento, projecção e a capacidade de execução a níveis nunca antes atingidos. O
desenvolvimento de novos produtos e a maior complexidade, abriu as portas a peças mais
complexas e mais rigorosas, permitindo novos horizontes a todo o tipo de indústrias. O papel
foi substituído rapidamente por um computador conseguindo-se assim mais rigor nos
desenhos e menos incompatibilidades geométricas num conjunto de peças, visto ser possível
montar várias peças no mesmo desenho. A concepção física das peças aumentou em rapidez e
precisão dado que as peças passaram a ser trabalhadas por centros de maquinação, recorrendo
à execução de programas CNC previamente criados, como é o caso do MasterCam.
O crescimento desta tecnologia levou a que os operadores destes equipamentos de
maquinação possam desempenhar também outras tarefas na mesma ou noutras secções,
enquanto os programas CNC são executados automaticamente.
No âmbito do programa do estágio um dos objectivos delineados foi a melhoria em
programação de Mastercam. Durante dois meses aprendi a trabalhar com o programa com a
ajuda do Eng. Fernando Simões e o Eng. Paulo Amaro. Esta aprendizagem teve como
principal objectivo melhorar a parte de programação de Mastercam da empresa, visto ser alvo
de bastante críticas por parte desta. Como objectivo secundário desta aprendizagem, esteve
também a possibilidade de eu conhecer os métodos de trabalho para a execução de programas
para maquinar componentes e poder enriquecer o meu conhecimento na área de produção.
Nos pontos 6.1.1 e 6.1.2 é apresentado um exemplo de uma programação executada na
fábrica e uma programação executada no ISEC, respectivamente, com optimização do tempo
de maquinação no exemplo apresentado em 6.1.2.
77
6.1.1 Programação 2D de um elemento da Ferramenta:
Numa primeira fase deste capítulo será apresentado a programação executada na
empresa, bem como será explicado os métodos usados na maquinação, dado que foi uma das
partes mais importantes na minha aprendizagem na empresa relativamente à ligação entre o
programa MasterCam e os centros de maquinação.
No início de qualquer maquinação devemos, primeiramente discutir com o operador o
melhor método de maquinação para cada componente, bem como o modo fixação deste. De
forma a evitar que quando o componente estiver a ser maquinado não haja perigo da
ferramenta bater nos apoios de fixação do componente.
Para explicar programação 2D executada na empresa será usado um exemplo típico da
Moldicorte. Neste caso trata-se de um componente denominado chaveta maioritariamente
com furações, com maquinações em ambos os lados do componente (Figura 91).
Figura 91 - Lado 1 (Mirror) e lado 2 (Prog) da peça a maquinar
Como o próprio nome indica, uma maquinação a 2D (Figura 92) trata-se de uma
programação executada através do desenho baseado em vistas, ou seja, a geometria do
componente encontra-se representada num plano. Como neste caso o componente a maquinar
tem dois lados devemos primeiramente definir nomes dos lados de programação para
orientação do operador. Na empresa é usado a nomenclatura de “mirror” para a primeira
maquinação e “prog” para a segunda maquinação.
78
Figura 92 - Desenho 2D utilizado para programar ciclos (Lado 2 - Prog)
A partir de agora trataremos a programação “mirror” do componente. Observando a
Figura 88, verificamos que se trata maioritariamente de programação de ciclo de furações.
Para executar o ciclo de programação deve-se escolher a função “Drill” que se encontra no
menu “Toolpath”.
Para continuarmos com a configuração do ciclo de furação desejado o programa pede-
nos para seleccionar os pontos onde a ferramenta vai executar a furação (Figura 93).
Figura 93 - Selecção dos pontos para executar a furação
Depois de seleccionados e confirmados os pontos o programa leva-nos a escolher a
ferramenta que queremos, exactamente como mostra a figura 94.
79
Figura 94 – Procedimento de selecção da ferramenta
Por fim falta configurar os parâmetros de corte (rotações [rpm], velocidade de avanço
[mm/min], a altura de furação/desbaste [mm]), bem como parâmetros do ciclo de furação que
queremos ou nos é permitido ter na ferramenta escolhida (Figura 95). Por exemplo,
imaginemos que escolhemos uma broca HSS (broca aço rápido) para fazer furação numa
placa de aço CK45, teremos de especificamente escolher incrementos de furação (valores
usados na fabrica 3mm) “1st peck”. Se tivermos uma broca de metal duro já podemos fazer
uma furação directa (sem incrementos) dado que este tipo de broca suporta furação directa.
Figura 95 - Configuração de parâmetros de furação
Na Figura 96 é apresentada a simulação da operação designada de pontear, executada
com uma broca de ponta de 3mm de diâmetro. Este ciclo é sempre usado no início de
qualquer tipo de furação dado ser um ciclo de guiamento e alívio de esforço para as brocas
80
que executarem ciclos de furação com diâmetros maiores. Para furos com diâmetros até
10mm usa-se somente este ciclo de preparação. Se o furo for de diâmetro superior, é
conveniente usar a seguir ao ciclo de pontear, um ciclo de furação, para obter um furo de
diâmetro intermédio.
Figura 96 - Ciclo de Pontear: Furação com broca de ponta (3mm diâmetro)
Na figura 97 estamos perante o ciclo de furação específico (broca de 20 mm) para uma
situação de preparação para desbaste com roca (furação com 50mm de diâmetro só executável
com roca).
Figura 97 - Ciclo de preparação para desbaste com roca
Após todos os ciclos de furação programados (executados da mesma maneira variando
somente na escolha da broca e dos parâmetros de maquinação e furação), o resultado final da
programação será correspondente à simulação apresentada na Figura 98, sendo que nesta
figura apenas se encontra a simulação dos ciclos de furação.
81
Figura 98 - Resultado final dos ciclos de furação programados
Após a execução da programação dos ciclos de furação, passamos à programação dos
desbastes que servem para criar as caixas existentes no componente.
Os ciclos de desbaste mais utilizados pela empresa, na programação em Mastercam,
são: “contour” - que consiste num ciclo de desbaste por contorno, ou seja, através da selecção
de uma linha que define o contorno da geometria a obter, a ferramenta vai desbastar material.
No entanto desbastará unicamente o material contíguo a essa linha (Figura 99), deixando, se
necessário, material não maquinado, para servir como sobreespessura para acabamento
posterior. O ciclo de desbaste “pocket” funciona na base do desbaste de uma área limitada
pelas mesmas linhas, mas ao invés do desbaste por contorno este desbasta toda a área no
interior dos limites definidos (Figura 100).
Figura 99 - Programa do ciclo de desbaste por "Contour"
82
Figura 100 - Ciclo de desbaste "Pocket"
As configurações dos ciclos “contour” e “pocket” não diferem muito das
configurações dos ciclos de furação. Teremos de escolher na mesma uma ferramenta para
desbastar, neste caso uma fresa em vez de uma broca, e teremos de escolher também os
parâmetros de corte como rotações, velocidade de avanço e altura de desbaste, neste caso.
No ciclo de desbaste “pocket”, é necessário seleccionar a estratégia de maquinação
para remover o material interior à fronteira seleccionada (Figura 101), sendo também possível
adicionar um ciclo de acabamento, reduzindo em muito a quantidade de ciclos de
programação que temos de fazer (Figura 102).
Figura 101 – Selecção do tipo de varrimento que queremos
83
Figura 102 - Selecção do ciclo de acabamento
Após executada a programação dos ciclos de desbaste necessários (Figura 103), é
importante criar ciclos de acabamento de forma a conferir às zonas desbastadas um bom
acabamento e baixa rugosidade, para facilitar a montagem das peças na secção de ajuste. Se
estes ciclos não fossem criados muitas peças teriam de ir à secção de rectificação para ficarem
com um bom acabamento superficial, sendo que neste caso não dava para rectificar o
componente pois as zonas desbastadas são muito pequenas (Figura 104).
Figura 103 - Ciclo de desbaste
Figura 104 – Resultado final dos ciclos utilizados
84
Após conclusão de toda a programação para dar forma ao componente, como último
passo, é necessário “escariar” o componente, ou seja, quando executamos os ciclos de
furação/desbaste fica sempre “rebarba” na zona de maquinação. Esta pode provocar
ferimentos nas pessoas mesmo sendo o componente manuseado com cuidado. A solução
encontrada para este problema é criar um ciclo de desbaste e fazer chanfros em todas as zonas
maquinadas. Para executar esta operação, normalmente são modificados os ciclos
anteriormente programados escolhendo somente entre uma broca de ponto e uma roca de
quinas (Figura 105), consoante a dimensão da aresta a chanfrar. Na Figura 106 encontra-se a
simulação final, que inclui a programação de todos os ciclos acima descritos.
Figura 105 - Broca de ponto e roca de quinas
Figura 106 - Primeiro lado totalmente maquinado
85
A próxima fase da programação é virar o componente para podermos programar a
maquinação desta face, usando os mesmos passos que foram feitos até ao momento, ou seja,
ciclo de furação, desbaste, acabamento e por fim “escariar” o componente.
Quando estamos na máquina CNC e ao virarmos o componente a localização dos furos
altera porque sofre uma rotação de 180º. Assim, quando estamos a programar o componente
em Mastercam, temos também que ter em atenção a este facto, para posicionar correctamente
o desenho. Se não o fizermos, quando for executado o programa, o componente ficará
inutilizado.
Para fazermos uma rotação de 180º em MasterCam, basta seleccionarmos a função
“Xform mirror”, seleccionar todo o desenho e assumir que é a peça vai rodar em torno do eixo
X (Figura 107 e 108).
Figura 107 - Aplicação da função "XForm mirror”
Figura 108 – Rotação do componente: Antes (linhas amarelas) e depois (linhas cor-de-rosa)
86
Depois de virada o componente no programa MasterCam e aplicando os mesmos
ciclos de programação para o novo lado do componente (Figura 109) chegamos ao final da
programação de maquinação do componente.
Figura 109 – Resultado das operações programadas relativa ao componente depois de virada
87
6.1.2 Optimização de um programa de maquinação
A programação realizada na empresa é quase exclusivamente baseada em geometrias
2D. Contudo, depois de analisado alguns programas feitos, mais concretamente o exemplo
seguinte, cheguei à conclusão que, no caso de ser implementada a utilização de ciclos 3D,
recorrendo à utilização de ciclos “Surface High speed”, é possível ganhar tempos de produção
e assim melhorar a productividade/custos da empresa.
O exemplo analisado foi uma peça pedida por um cliente (Figura 110), que foi
programada na Moldicorte utilizando ciclos de maquinação 2D e que agora se apresenta, em
alternativa, a programação utilizando ciclos de maquinação 3D “Surface High speed”.
Tendo a peça do cliente as medidas de 570x60x53mm comprimento, largura e altura
respectivamente, criámos um bloco inicial com as medidas em 10mm (5mm para cada lado)
partimos de um bloco assim (Figura 111):
Figura 110 – Trabalho solicitado pelo cliente
Figura 111 - Bloco inicial para maquinar com mais 5mm para cada lado excepto em altura
88
É possível analisar através das imagens anteriores que a peça é exigente quanto à sua
programação.
Comecemos então por analisar os ciclos propostos pela empresa e o tempo de
maquinação para cada lado da peça (Figura 112).
Figura 112 – Simulação da maquinação e número de ciclos utilizados
Para atingir o formato final da peça (Figura 112), a empresa efectuou 21 ciclos de
programação, sendo maioritariamente uma programação em 2D. Normalmente este tipo de
maquinação usa-se para casos simples de desbaste de caixas, desbaste lateral, mas sempre em
peças simples, em que o tempo de maquinação não tenha tanta necessidade de ser optimizado
porque este varia em muito pouco tempo da optimização máxima.
Neste caso o tempo consumido de maquinação para estes ciclos é de 2h:16m:21s
(Figura 113).
Figura 113 - Tempo de maquinação de um lado da peça
89
Procurámos optimizar esta programação tanto em tempo como em ciclos. Não
mexemos nas ferramentas porque não tínhamos informação dos parâmetros usados como por
exemplo, feed rate (velocidade de avanço), rotations (rotações) máximo de cada ferramenta
bem como a material a ser maquinado.
No entanto, é importante referir, que se conseguirmos optimizar o tempo de
maquinação, conseguiremos reduzir o tempo/custo da peça, aumentar a productividade e
lucro, para tal um dos factores a ter em conta é a quantidade de ciclos. É possível ver que no
caso da empresa criar 21 ciclos de programação é moroso. Reparou-se que houve ciclos em
que efectivamente a ferramenta ou não está a fazer nada ou está efectuar passagens
desnecessárias.
Decidimos então usar a maquinação High Speed 3D, para realizarmos a programação
de maquinação conforme ilustra a simulação da Figura 114.
Figura 114 - Programação de maquinação executada
Para obtermos o mesmo resultado de maquinação precisámos somente de 7 ciclos, isto
só foi possível através do uso da função High speed 3D. Foi também importante
conseguirmos que a ferramenta percorresse o mínimo de trajectórias sobrepostas ou em vazio.
O resultado final no tempo de maquinação foi 1h:16m:28s (Figura 115).
90
Figura 115 - Tempo de maquinação da peça programada no ISEC
91
6.1.2.1 Como se reduziu o tempo de maquinação em 50%?
Como disse anteriormente a resposta para pergunta está efectivamente no uso de
ciclos, no percurso da ferramenta ao longo do tempo e usando a programação High Speed 3D.
Tudo isto é facilitado porque esta função calcula o varrimento da ferramenta e a maneira mais
rápida de o fazer.
O uso de fronteiras, que delimitam a área de maquinação (containments) (Figura 116)
e, as alturas máximas de desbaste (Figura 117), foi também muito importante na diminuição
do tempo de maquinação, na medida em que diminuímos em algumas situações específicas a
altura de desbaste e limitámos o percurso da ferramenta.
Figura 116 - Uso da função "Containment"
Figura 117 - Uso da função "Z depths” que limita a altura de desbaste
92
Outro dos factores que possibilitou a redução do tempo de maquinação, foi utilizar,
para obter o contorno exterior, ciclos que eliminam a sobreespessura existente apenas com
movimentos da ferramenta contíguos ao contorno, o que permite optimizar de forma mais
produtiva os parâmetros de corte (Figura 118).
Figura 118 - Desbaste exterior da peça até à dimensão final
Com um ciclo designado “area clearance” procedemos ao desbaste do resto da peça,
sendo de notar que com esta função era possível fazer o desbaste exterior. No entanto os
parâmetros de corte teriam de ser limitados à zona de maior esforço que é o desbaste
apresentado na Figura 119:
Figura 119 - Desbaste recorrendo à função "Area Clearance"
93
É possível ver, através da figura anterior, que a ferramenta tem toda a sua área de corte
está em esforço, o que exige uma diminuição dos parâmetros de corte, com o objectivo de
evitar danificar/partir a ferramenta. Como consequência da diminuição dos parâmetros de
corte a maquinação da peça fica mais lenta. Então, com a introdução de um ciclo somente
direccionado para o desbaste exterior (situação de menor esforço para a ferramenta),
conseguimos optimizar o tempo de maquinação.
Verificou-se que uma das funções do Mastercam, a qual permite uma entrada mais
segura para a ferramenta, estava desactivada na programação utilizada na empresa, o que
possivelmente era motivo para reduzir o tempo de vida útil das ferramentas. Por este motivo,
utilizei na programação umas das duas funções de aproximação à peça disponíveis.
A função “Ramp” e “Hélix” são funções criadas pelo programa para permitir uma
aproximação da ferramenta à peça de modo a evitar a entrada à compressão da ferramenta na
peça que provoca grandes danos na ferramenta.
A imagem seguinte prova que a função “Ramp” não está seleccionada, ou seja, a
entrada da ferramenta é feita à compressão provocando danos desnecessários na ferramenta
(Figura 120).
Figura 120 - Função “Ramp” desactivada
A análise de parâmetros de corte das ferramentas não foi executada, visto não saber
quais as ferramentas que se usavam, bem com que marcas trabalhavam.
Após esta fase de aprendizagem, estudo sobre o programa Mastercam e objectivo
alcançado de optimização de tempos e ciclos, foi decidido que voltaria para a fábrica com o
objectivo de aplicar estes novos conhecimentos e ao mesmo tempo optimizar toda a área de
CNC’s.
94
6.1.3 Trabalho desenvolvido na optimização de parâmetros de corte
No sentido de optimizar a sessão de maquinação, enquanto se analisou os tempos de
maquinação, verificou-se que os parâmetros de corte usados encontravam-se muitas vezes
abaixo do seu rendimento máximo, tornando-se por isso imperativo criar uma lista de todas as
ferramentas que cada CNC usava e calcular os seus parâmetros de corte para os diversos tipos
de materiais que pudessem ser maquinados na empresa.
Para concretizar esta tarefa era necessário um inventário completo com as ferramentas,
no qual deveria estar discriminada a marca, referência e no caso das rocas referências das
pastilhas usadas.
Para calcular os parâmetros de corte foi necessário recorrer às fórmulas 1 e 2 e a
catálogos de produtos:
Onde:
Vc = Velocidade de corte (m/min) (valor retirado do catálogo do fabricante da
ferramenta variável consoante o material que vai maquinar)
D = Diâmetro da ferramenta (mm)
N = Rotação da ferramenta (rpm)
Para calcular a rotação máxima a que a ferramenta pode funcionar teremos somente de
substituir as variáveis D, Vc:
Após calculada rotação máxima para a ferramenta resta-nos calcular a velocidade de
avanço, uma variável que depende do material que está para ser maquinado.
FR = velocidade de avanço (mm/min)
Fz = avanço por dente (mm/dente) (valor retirado pelo catálogo do fornecedor)
N = rotação da ferramenta (r.p.m) (calculado a partir da expressão 1)
Z = número de gumes de corte da ferramenta (valor retirado pelo catálogo do
fornecedor ou visto através da ferramenta)
Somente no caso de furações e mandrilamentos o cálculo varia na última fórmula dado
que não se contempla o número de gumes de corte (Z) Neste caso será:
(mm/min)
95
Há mais duas variáveis que se teve que ter em consideração para garantir os melhores
parâmetros de corte: altura de desbaste (ap), que consiste na quantidade de material retirado
em altura numa passagem (Figura 121 a)), e largura de corte (ae), que consiste na quantidade
de material retirado na largura (figura 121 b)).
Os parâmetros de corte foram então compilados num documento Excel tal como é
apresentado um exemplo na tabela 4.
Figura 121 - (a) ap - altura de desbaste; (b) ae - largura de corte
Tabela 4 - Tabela referente ao calculo de parâmetros de corte
96
6.2 Programação CAM para Electroerosão por corte de fio
Conforme definido inicialmente no plano de estágio, além da programação CAM para
maquinação, estava também prevista a abordagem da programação CAM para electroerosão.
Como tal passei algum tempo nesta área da fábrica para poder aprender como se programa em
Mastercam.
Para uma melhor percepção dos passos a ter na programação de ciclos em Mastercam,
vou considerar o exemplo apresentado na figura 122.
A peça apresentada vai para a secção de electroerosão para ser efectuada a rectificação
para cavilhas após ter sido alvo de um tratamento térmico (Figura 122).
Figura 122 – Modelo geométrico ilustrando a zona rectificar na secção de electroerosão
Numa primeira fase é necessário converter o desenho de Solidworks num desenho
compatível para ser lido em Mastercam. Este, ficheiro deve ter a extensão “.dwg”.
Após abertura do desenho em Mastercam (Figura 123) e de coincidirmos a origem do
programa com o centro da peça, é necessário seleccionar o pós-processador para começarmos
a programação para electroerosão.
1º Passo: Para seleccionarmos o pós-processador devemos ir ao menu “machine type”
(figura 124) e seleccionarmos a opção “wire”, visto ser a correspondente ao módulo de
electroerosão no programa Mastercam.
97
Figura 123 - Geometria que servirá para programação dos ciclos de electroerosão
Figura 124 - Pormenor da opção a seleccionar para electroerosão por corte de fio
Depois de escolhido o pós-processador, temos de preparar o desenho para a
electroerosão, sendo então necessário indicar o ponto de entrada do fio, bem como onde
começará a erodir o material.
Para definirmos o ponto de entrada do fio, o primeiro passo é seleccionarmos o ponto
de comando previsto pelo Mastercam (Figura 125). O ponto definido para entrada do fio
encontra-se no canto inferior direito do interface do programa (figura 126).
Figura 125 - Ponto que deve ser escolhido para indicar a entrada do fio
98
Figura 126 - Localização do ponto de entrada do fio de electroerosão
Para introduzirmos estes pontos no desenho devemos seleccionar a função “Create
point position” e seleccionar o centro das circunferências que vão maquinadas (Figura 127).
Figura 127 - Função "Create point position" e selecção dos respectivos centros de circunferências
A última configuração a ser feita, antes de podermos seleccionar o ciclo de
programação, é a divisão das circunferências que vão ser maquinadas. Estas têm de ser
divididas para que o programa consiga criar uma trajectória, que vá desde o ponto que nós
adicionámos até à circunferência. Se não o fizéssemos o programa não assume nenhuma
trajectória. Para isso basta seleccionar a função “ break two pieces” (Figura 128). Depois de
seleccionada a função, só temos de escolher a circunferência (Figura 129) e o ponto onde
queremos dividir (Figura 130).
99
Figura 128 - Função "Break two pieces"
Figura 129 - Selecção da circunferência a dividir
Figura 130 - Escolha do ponto a dividir
De seguida iniciamos o processo de selecção do tipo de ciclo de electroerosão que
pretendemos. Normalmente o ciclo usado é “contour” que se encontra no menu “toolpaths”
(figura 131).
Figura 131 - Escolha do ciclo de electroerosão
100
A próxima fase na programação é a escolha de parâmetros para a electroerosão. Inicia-
-se com a escolha dos pontos onde vai ocorrer a electroerosão. Assim, a escolha de pontos é
feita da seguinte maneira. Primeiro escolhe-se o ponto de entrada do fio e de seguida a
circunferência a ser maquinada (Figura 132 e 133).
Figura 132 - Selecção do ponto de entrada do fio
Figura 133 - Selecção da circunferência a maquinar
É importante seguir sempre este método porque se não fizermos corremos o risco de o
fio cortar material que não deve (Figura 134 a) e b)).
Figura 134 - (a) Selecção incorrecta dos pontos; (b) Resultado da electroerosão com selecção
incorrecta de pontos
101
Como podemos ver através das imagens, a escolha incorrecta dos pontos de entrada e
da circunferência a maquinar, traduz-se no corte errado de material, o que inutiliza a peça que
muitas vezes já se encontra no final de maquinação.
Depois de escolhidos os pontos de referência para electroerosão, entramos na fase de
configuração de parâmetros.
Para a execução da electroerosão para os furos das cavilhas, é preciso ter em atenção
que as cotas que representam este elemento dizem respeito a uma tolerância H7. [scribd,
2006]
O procedimento fabril é constituído por uma passagem de erosão “mais grosseiro”, em
que o fio estará mais distanciado da peça, provocando uma erosão menos rigorosa (com
maiores crateras), e uma fase de rectificação em que fio estará mais perto da peça, provocando
mais explosões mas de menores intensidade, garantindo a cota e o acabamento necessário
para a exigência da situação.
Para programarmos este exemplo devemos configurar os seguintes parâmetros:
Figura 135 - Configuração dos parâmetros para a erosão (passo 1)
“Pass#” – Sendo uma situação de um erosão e uma rectificação teremos de seleccionar
2 passos. No entanto a programação deve ser feita individualmente para cada um dos passos.
Neste caso começamos pelo passo 1 (Figura 135).
“Offset” – Esta função coincide com uma tabela de tolerâncias que existe na fábrica e
é usada dependendo das situações. Foi escolhido o número “5” porque este número coincide
com a tolerância indicada na tabela de fábrica.
102
“Condition code” – Este parâmetro consiste na condição de trabalho que queremos.
Neste caso o código 8 indica que o fio vai trabalhar para desbastar material, para rectificação
o código de trabalho é o código 9.
“Wire diameter” – Neste espaço coloca-se o diâmetro do fio que estamos a usar na
máquina de electroerosão. Na fábrica era de diâmetro 0.25
Como acabámos de programar o passo 1, teremos de fazer o mesmo para o passo 2, e
como vemos na figura 136, as alterações foram somente ao nível de “offset” e “condition
code”.
Figura 136 - Configuração dos parâmetros para o passo de rectificação
O próximo passo da programação de electroerosão consiste na estruturação dos passos
de erosão e rectificação. Neste passo vamos definir o que queremos que seja feito quando o
fio tiver a cortar. Normalmente na fábrica o método utilizado é de erosão, saída do sobrante
(material que ficou após ter sido feito o erosão, pois quando é feito uma erosão de material,
esta será feita afectando somente o diâmetro do fio, ficando sempre material no interior do
furo que implica paragem da máquina) e por fim rectificação (Figura 137).
É muito importante perceber que a paragem do programa para tirar o sobrante não
deve ser saltada nem esquecida de programar, porque se não o fizermos quando o fio
completar a erosão total da circunferência, o material a mais pode cair para cima do fio,
podendo encostar à peça e este começar a desbastar uma zona que não deve. Se esta situação
ocorrer a peça poderá ficar inutilizada.
103
Figura 137 – Definição dos parâmetros gerais de erosão/rectificação
Para esta situação os parâmetros a escolher são (Figura 137):
“Cuts before tabs” – esta opção permite garantir que a erosão acontece primeiro que o
corte para tirar o sobrante.
“Tab” – Ao seleccionar esta opção garante-se uma quantidade material que segura o
sobrante no final da erosão, nunca cortando a sua totalidade.
“Tab width” – É aqui definida a distância que queremos deixar antes de retirar o
sobrante.
“Tabs and finish together” – esta função garante que quando estiver a executar a
função “tab”, está a decorrer o acabamento da superfície.
O próximo passo da programação é configurar as paragens dos programas para tirar o
sobrante (Figura 138).
Figura 138 - Configuração das paragens de programa para retirar o sobrante
104
A configuração usada pela empresa para definir as paragens do programa é sempre que
acaba a erosão de uma circunferência e após ter executado o ”tab”.
“For first cut in each chain” – esta opção permite paragem do programa sempre que
acaba a erosão de uma circunferência.
“As stop” - define na linguagem programação uma paragem como “stop” Assim a
máquina quando chegar a esta linha de programação irá apitar e chamar a atenção do
operador.
“After tab” - a paragem será executada depois de ter sido executado o “tab”.
E assim conclui-se mais uma etapa da programação de electroerosão, faltando somente
configurar os parâmetros de saída/corte do fio após finalizado a totalidade do programa de
electroerosão.
Para evitarmos a situação anteriormente descrita seleccionamos a opção “Max lead
out” e atribuímos um valor, que neste caso é um valor pré-definido da empresa. Esta função
determina a distância que o fio vai percorrer para uma posição do seu corte em cada passo
(Figura 139).
Figura 139 - Configuração de parâmetros para saida do fio após execução de programa
O parâmetro “Trim final lead out” deve estar também activo dado que garante que o
fio é cortado após finalizar a programação
O último passo para acabar toda a programação reside na configuração da altura da
peça a maquinar (UV height) e a altura que trabalha a cabeça da máquina de electroerosão
(UV trim plane). Normalmente o único parâmetro que se altera na empresa é a altura da peça
105
a maquinar (UV height) dado ser o mais importante, porque senão o fizermos corremos o
risco da cabeça da máquina poder bater na peça e danificar a cabeça, o que se traduz numa
despesa elevada de manutenção (Figura 140).
Figura 140 - Configuração de altura da peça a maquinar
Estes passos descritos são os mais decisivos para garantir que a maquinação fica bem
executada e segura, ou seja, com baixa probabilidade de errar.
Figura 141 - Programa CNC pós-processado
A figura anterior mostra o resultado da programação acima descrita. Para enviarmos
esta programação para a máquina de electroerosão, temos primeiro de a converter para um
106
ficheiro que a máquina consiga ler. Existe uma função do Mastercam que faz essa conversão
automaticamente. Para iniciar essa conversão é necessário garantir que todos programas de
electroerosão estão seleccionados. De seguida basta carregar na Função “G1” e gravar o
ficheiro onde queremos, conforme ilustra a figura seguinte:
Figura 142 - Pós - processamento de um programa de electroerosão
Com esta ferramenta de trabalho conseguimos programações e erosões por corte de fio
mais rápidas e seguras, o que não era possível até há uns anos. Mais importante ainda, é que a
gestão de recursos humanos fica mais facilitada, visto que um operador pode trabalhar de
forma eficaz com três máquinas, ao mesmo tempo, garantindo assim uma diminuição do custo
final da ferramenta bem como uma maior productividade da empresa.
107
7 Conclusão
Todo o conhecimento adquirido provém de conclusões obtidas através da experiência,
este trabalho não foge à regra e portanto neste sentido concluo que o estágio a que me propus
foi sem dúvida enriquecedor a nível pessoal, dado que aprendi muito acerca de ferramentas
progressivas, especificamente na concepção através do programa “Solidworks”, e também
sobre os processos de fabrico e organização de produção que a empresa utiliza para a criação
destas ferramentas. Outro ponto de aprendizagem foi relativo ao programa “Mastercam”, pois
obtive bastantes conhecimentos na área de programação quer para maquinação quer para
electroerosão.
No entanto, a minha presença na empresa não se manifestou somente na
aprendizagem, pois tive um papel importante na análise de productividade e optimização da
empresa. Dando mais ênfase à parte de maquinação foi possível provar que há possibilidade
de melhorar os métodos utilizados na programação da maquinação CNC. Assim, foram
propostas algumas alterações e criados métodos de trabalho de forma a melhorar a
productividade, sendo esta uma necessitada apontada logo à partida pela direcção. Contudo,
senti dificuldades na aplicação destes métodos porque nem sempre os recursos humanos
aceitaram o factor mudança e as ferramentas disponíveis eram escassas para os métodos de
trabalho propostos.
Paralelamente à análise de métodos e organização de produção criei uma tabela com
os parâmetros de corte das várias ferramentas existentes na empresa para os diversos materiais
com que esta trabalha. Foi também estudada uma função do “solidworks” útil para a secção
de projecto para aplicar no estudo de planificação de uma peça.
Desta forma, finalizo este relatório não só ciente de que consegui cumprir todos os
objectivos que me foram propostos, mas também, consciente da mais-valia que este me
proporcionou, mostrando uma faceta mais prática da aplicação do meu curso, dado que me
levou a pôr em prática as competências que adquiri, fomentando a capacidade para enfrentar
obstáculos. Foi importante este estágio, pois veio enriquecer a minha formação profissional e
académica fornecendo ferramentas para uma melhor adaptação ao mundo do trabalho.
108
8 Anexos
8.1 Anexo 1: Elementos constituintes de uma Ferramenta
109
9 Referências
[Rodrigues et al, 2010] – J. Rodrigues, P. Martins, “Tecnologia Mecânica – Tecnologia da
Deformação Plástica Vol. II – Aplicações industriais”, Segunda edição, Escolar Editora,
Lisboa, 2010.
[Baptista, 2010] – J. Baptista “Tecnologia Mecânica I – Ensaios e Processos”, ISEC, Sebenta, 2010.
[scribd, 2006] - scribd, “tabelas de tolerância ISO”, página web, www.scribd.com, (2006).
[efunda, 2010] - eFunda, “bending process”, página web, www.efunda.com, (2010).
[dspace, 2010] - dspace, “teoria da plasticidade”, página web, www.dspace.com, (2010).