tese de monografia.CAMPOS-VICENTE-USINAGEM-DE-NÃO-METAIS

tese de monografia.CAMPOS-VICENTE-USINAGEM-DE-NÃO-METAIS

(Parte 1 de 6)

Usinagem de materiais não metálicos

SALVADOR – BA 2010

VICENTE ANTONIO MANGABEIRA CAMPOS FILHO Usinagem de materiais não metálicos

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria do Curso de Engenharia de Produção da Faculdade ÁREA1, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia.

Orientador: Prof. Ismael Emílio de Oliveira Jr, M.Sc.

SALVADOR – BA 2010

C218u Campos Filho, Vicente Antonio Mangabeira.

Usinagem de materiais não metálicos. / Vicente Antonio Mangabeira Campos Filho. Salvador: VAMCAMPOSFILHO, 2010.

52 fls. lls

Monografia (Graduação) – ÁREA1 – Faculdade de Ciência e Tecnologia, 2010. Orientador: Prof. M. Sc. Ismael Emílio de Oliveira Júnior

1. Usinagem de madeira 2. Usinagem de Polimeros 3. Conformação mecanica I. Oliveira Júnior, Ismael de. I. Título

Usinagem de materiais não metálicos

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria do Curso de Engenharia de Produção da Faculdade ÁREA1, como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia.

Orientador: Prof. Ismael Emílio de Oliveira Jr, M.Sc.

Ismael Emílio de Oliveira Júnior (orientador) – Professor M.Sc. Faculdade ÁREA1

Joselito da Silva Santos – Professor Dr. Faculdade ÁREA1

Angela Cristina Andrade Costa – Professora M Sc. Faculdade ÁREA1

Aprovada em

Dedico este trabalho a minha avó e minha mãe que sempre me amaram acima de tudo.

Se hoje estou aqui, é porque subi em ombros de gigantes. Se hoje estou aqui, é porque subi em ombros de gigantes.

O universo é algo complexo para ter sido criado por acaso, por isto, agradeço primeiramente a esta força criadora, que milimetricamente e com toda a complexidade criou tudo aquilo que conhecemos.

Agradeço especialmente à minha avó e minha mãe que tanto amo, minhas tias e meus tios.

Agradeço a todos os meus professores aos quais tenho carinho especial por ter auxiliado a construir tudo que sou hoje, especialmente a professora Marinalva e por ter me auxiliado nesta pesquisa, e ao professor Ismael por ter sido um grande professor na matéria de mecânica e ter me inspirado a construir este trabalho.

Agradeço a meus colegas de curso, especialmente Danilo Silva e Jorge Castro aos quais foram grandes amigos na caminhada deste curso.

Agradeço a Isaac Newton por ter iluminado o mundo com as suas descobertas.

O presente estudo tem o objetivo de apresentar o assunto sobre a usinagem de materiais não metálicos. A usinagem é o ato de se refinar a peça com o propósito de remover os abscessos deixados pelos processos antecedentes, com isto, este trabalho acarreta a visão econômica e os principais fatores que proporcionam o baixo desempenho que o país possui neste seguimento. Também é abordado pelo autor o uso de fluidos de corte alternativo (vegetal), que é uma forma de visão de produção mais limpa ao processo mecânico. Além disto, esta pesquisa aborda a usinagem de polímeros, fazendo um levantamento bibliográfico, com o intuído de encontrar uma melhor forma para conhecer as restrições e efeitos deste tipo de material no processo.

Palavras-chave: Usinagem de madeira; Usinagem de polímeros; Fluidos de cortes alternativos; Avaliação econômica da usinagem; Competitividade da usinagem nacional.

This study aims to present the matter on the machining of nonmetallic materials. The machining is the act of refining the piece in order to remove the abscess left by previous processes, with that, this work brings the vision and key economic factors that provide the poor performance that the country has in this action. The author also addresses the usage of alternative cutting fluids (vegetable), which is a cleaner production view to a mechanical process. Moreover, this research addresses the polymers machining, making a literature survey aiming of finding better ways to know the restrictions and effects of this kind of material during the process.

Key Words: Machining of wood, machining of polymers; Fluids alternative cuts, economic evaluation of machining; National competitiveness of machining.

Figura 1 – Exemplos do Processo de Torneamento17
Figura 2 – Exemplos do Processo de Aplainamento17
Figura 3 – Exemplo do Processo de Furação18
Figura 4 – Exemplos do Processo de Mandrilamento18
Figura 5 – Exemplos do Processo de Fresamento19
Figura 6 – Exemplos do Processo de Brochamento19
Figura 7 – Exemplo do Processo de Serramento20
Figura 8 – Exemplo do Processo de Roscamento20
Figura 9 – Exemplo do Movimento de Corte com Avanço21
Figura 10 – Lubricidade de Ferramentas25
Figura 1 - Cadeia de Polimerização do Polietileno27
Figura 12 - Polímero com Cadeia sem Ramificações28
Figura 13 - Polímero com Cadeias Ramificadas28
Figura 14 – Polímero com Cadeia Reticulada ou com Ligações Cruzadas28
Figura 15 – Representação do Átomo no Modelo Rutherford-Bohr30
Figura 16 – Ligação Atômica do Tipo Iônica31
Figura 17 – Ligação Atômica do Tipo Coordenada31
Figura 18 – Ligação Atômica do Tipo Metálica32
Figura 19 – Ligação Atômica do Tipo Covalente32
Figura 20 – Cadeia Polimérica Linear3
Figura 21 – Cadeia Polimérica Ramificada34
Figura 2 – Cadeia Polimérica com Ligações Cruzadas34
Figura 23 – Representação da Dureza Janka por espécie de madeira45

Lista de Figuras Figura 24 – Representação da Contração Volumétrica da Madeira. ...................................................46

1 INTRODUÇÃO14
2 JUSTIFICATIVA15
3 PROCESSO DE USINAGEM16
3.1 Movimento da Ferramenta e Peça21
3.2 Formação do Cavaco2
3.3 Fluido de Corte23
3.4 Vantagens do Óleo vegetal24
3.5 Lubricidade das Ferramentas com Óleos Vegetais25
3.6 Usinagem de Polímeros26
3.7 Conceitos Fundamentais dos Polímeros26
3.8 Breve Conceito Atômico29
3.9 Forças Moleculares Atuantes nos Polímeros30
3.10 Tipos de Cadeias Poliméricas3
3.1 Classificação dos Polímeros Quanto ao Comportamento Mecânico35
3.12 Propriedades Sobre a Usinagem de Polímeros35
3.13 Usinagem de Madeira37
3.14 Avaliação Econômica da Usinagem de Madeira37
3.15 Tipo de Matéria-Prima de Madeira39
3.16 Processo de Manufatura40
3.17 Tecnologia de Usinagem Madeireira42
3.18 Efeitos considerados na Usinagem Madeireira4
4 Metodologia de Pesquisa47
4.1 Problema47
4.2 Objetivo47
4.3 Hipótese47
4.4 Metodologia47
5 considerações finais da pesquisa48
5.1 Conclusões50

1 INTRODUÇÃO

A usinagem é um processo pouco abordado em nosso país, quando se trata de materiais não metálicos, nota-se certa escassez quanto à quantidade de pesquisa. Desta forma, hoje vivemos um enorme contraste da usinagem de madeira, onde temos uma grande diversidade de espécies, no entanto, apresentamos uma baixa competitividade no mercado mundial deste seguimento.

A pesquisa sobre a usinagem para materiais como madeira e polímeros, traz a tona fundamentos teóricos e restrições que, se forem acompanhados ou estudados, ganham a possibilidade de aperfeiçoamento a eliminação de erros pertinentes ao processamento do mesmo. Para Lucas Filho (2004, p. 149), “as causas de baixa eficiência produtiva na usinagem de madeiras estão relacionadas, principalmente, ao desconhecimento dos fenômenos envolvidos”. Atualmente, existem algumas pesquisas desenvolvidas neste assunto, ainda assim, é visivelmente um campo amplo e carente para o desenvolvimento de pesquisas. Segundo Lucas Filho (2004, p. 2), “a importância do estudo da usinagem se exprime ainda mais quando há uma ligação direta com o custo da produção”. A pouca especialidade da mão-de-obra, assim como, a defasagem tecnológica do seguimento, proporciona a não existência de um design inferindo diretamente no marketing e na qualidade do produto, Bonduelle apud Lucas Filho (2004, p. 3).

O conhecimento sobre a usinagem de não metais fundamenta a teoria sobre o assunto, de maneira a gerar uma oportunidade de melhoria ao processo. Esta pesquisa bibliográfica fundamenta propriedades dos polímeros e madeiras no processo de usinagem, alem de, indicar fatores que impedem um maior desempenho competitivo do setor, procurando gerar oportunidades de melhorias e otimizações aos processos.

A usinagem é um segmento que se fomentado o crescimento pode-se tornar um grande fator econômico ao país. No caso dos não metais como a madeira, o Brasil possui uma grande variedade de matéria-prima, o que já um grande fator competitivo em relação a outros países, desta forma, conclui-se a importância do estudo nesta área.

2 JUSTIFICATIVA

O processo de usinagem de materiais não metálicos é um tema pouco abordado em nosso país, o que se percebe pela pouca quantidade de assuntos disponíveis quando comparado a outros campos de pesquisa. Pode-se ver que, com isto, o país perde competitividade em produtos gerados internamente que contenham na sua confecção este tipo de processo. Isto se mostra claramente no caso do mercado de móveis, no qual o Brasil vive grande contradição, possuindo uma enorme diversidade de espécies de madeira, mas tendo um diminuto destaque neste mercado. Em particular, o país não é um grande especialista mundial no setor de conformação mecânica, seja em materiais metálicos ou não. Atualmente, saem toneladas de matéria-prima para o exterior, que sofrem processos mecânicos e retornam com um maior valor agregado. A pesquisa nesta área é importante porque contribui para o avanço e o desenvolvimento de novas técnicas e procedimentos que, por sua vez, possam aperfeiçoar conhecimentos e processos, gerando uma maior visão para a indústria da usinagem.

3 PROCESSO DE USINAGEM

A usinagem é um processo bastante antigo utilizado pelo homem para a confecção de produtos em série. De acordo com a história, o processo de usinagem acompanha a industrialização, ainda mais com uma sociedade crescente que exige cada vez mais a eficiência de produtos com qualidade e em grandes quantidades.

O processo de usinagem é composto por alguns fatores, como o método utilizado, a máquina-ferramenta, o material a ser usinado, a ferramenta de corte e os fluídos de corte. A importância da usinagem foi descrita por Chiaverini, (1986, pag. 193) como: “as peças fabricadas por processos convencionais, geralmente apresentam irregularidades grosseiras, necessitando assim de um tratamento ao seu acabamento”.

As máquinas-ferramenta atuais apresentam uma grande rigidez, o que diminui suas vibrações e melhora o seu processo. Com o avanço tecnológico, obteve-se grande suporte às máquinas, trazendo maior precisão, como os recursos do comando de controle numérico. A usinagem de altíssima velocidade de corte é um exemplo disso, apesar de não ser muito utilizada no Brasil, por haver poucos institutos de pesquisas no assunto.

A usinagem é definida como um processo que utiliza como ferramenta um material mais duro que o da peça. A ferramenta, atua desgastando o material a ser usinado, resultando numa conformação desejada à peça. Baseando-se na dureza relativa, vários materiais de ligas foram criados com maior resistência, principalmente para suprir as necessidades aeronáuticas, o que obrigou o surgimento de ferramentas ainda mais resistentes, novas geometrias e técnicas.

No entanto, a usinagem de materiais frágeis ou operações como fresamento, em que, os cortes são interrompidos, requerem ferramentas com suficiente tenacidade, pois há necessidade de que elas suportem os choques mecânicos, térmicos e possíveis impactos inerentes a tais processos.

De modo geral, o processo de usinagem consiste de um material que é removido por uma ferramenta de corte, produzindo assim um “cavaco”, resultando em uma peça com formas e dimensões desejadas.

Há vários tipos de processos de usinagem, como por exemplo, o

Torneamento, que é o processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies, com o auxilio de uma ou mais ferramentas. Para isto, a peça gira em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente, segundo uma trajetória com o eixo referido; O torneamento pode ser retilíneo ou curvilíneo, como mostrado na figura abaixo:

Figura 1 – Exemplos do Processo de Torneamento. (Fonte: http://academicos.cefetmg.br)

Existe também o processo de Aplainamento, que é destinado à obtenção de superfícies regradas, geradas por um movimento retilíneo alternativo da peça ou ferramenta, podendo ser este movimento na horizontal ou na vertical. Por sua vez, este pode ser um aplainamento de desbate ou de acabamento da peça, como ilustrado na figura abaixo:

Figura 2 – Exemplos do Processo de Aplainamento. (Fonte: http://academicos.cefetmg.br)

O processo de Furação usado para a obtenção de um furo, geralmente cilíndrico na peça, com o auxilio de uma ferramenta multicortante. Com isto, a peça ou ferramenta se desloca numa trajetória retilínea coincidente com o eixo principal da máquina ou paralela a este, como mostra a figura abaixo:

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