Telecurso 2000 - Processos de Fabricação - 61proc

Telecurso 2000 - Processos de Fabricação - 61proc

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VocŒ certamente jÆ ouviu o ditado “Ægua mole em pedra dura, tanto bate atØ que fura”. Entªo, furar pedra usando Ægua vocŒ jÆ sabe que dÆ, nªo Ø mesmo? Basta um pouco de persistŒncia.

Mase acrílico, alumínio, vidro? E chapas de aço doce de 100 m

de espessura? Agora vocŒ nªo estÆ mais tªo confiante. Mas, acredite. TambØm Ø possível.

Embora seja ainda um processo bastante raro na indœstria, jÆ existem mÆquinas que cortam todos esses materiais, e muitos outros mais, usando jato de Ægua a pressıes elevadíssimas.

A Ægua, combinada com a areia, jÆ era usada pelos egípcios, na Antiguidade, em atividades de mineraçªo e limpeza. Foi tambØm utilizada nas minas de ouro da Califórnia, no sØculo passado, para cortar rochas impregnadas de ouro. No nosso sØculo, jatos de areia em conjunto com vapor de Ægua a alta pressªo tŒm sido freqüentemente empregados para limpeza e remoçªo de tintas.

Mas o uso industrial moderno da tecnologia do jato de Ægua Ø relativamente recente. Data do final dos anos 60 a concessªo da primeira patente de um sistema de corte que utilizava Ægua a uma pressªo muito alta.

De lÆ para cÆ, muita Ægua jÆ correu. Mesmo assim, no dizer dos especialistas, estamos apenas começando a formar uma idØia do potencial do corte com jatode Ægua.

Nesta aula vocŒ terÆ a oportunidade de conhecer as características bÆsicas desta nova e competitiva tecnologia de corte. Vai aprender como funciona o sistema de corte por jato de Ægua pura e o sistema com abrasivo. PoderÆ analisar as vantagens e as desvantagens desse processo de corte e saberÆ quais sªo as exigŒncias de corte por segurança, para a proteçªo do trabalhador que opera sistemas manuais de corte por jato de Ægua.

Primeiras aplicaçıes

Em 1970, o corte por jato de Ægua sob pressªo foi desenvolvido para cortar materiais metÆlicos e nªo-metÆlicos. A Ægua tinha de ser levada a uma pressªo variando de 30.0 a 50.0 psipsipsipsipsi.

Corte com jato de Ægua

Nossa aula

Psi: forma abreviada de pound square inch, que quer dizer libra por polegada quadrada.

AULAO primeiro equipamento comercial de corte por jato de Ægua foi vendido em 1971, para cortar peças para móveis de madeira laminada, material difícil de ser processado pelas serras.

Em 1983, o processo para cortar metais foi modificado, com a adiçªo de abrasivos, entre os quais se destacam as partículas de sílica e de granadagranadagranadagranadagranada.

Desde a sua comercializaçªo, no início dos anos 80, o jato de Ægua com abrasivo vem sendo aceito como ferramenta de corte por um nœmero cada vez maior de indœstrias, incluindo as aeroespaciais, nucleares, fundiçıes, automobilísticas, de pedras ornamentais, de vidros e de construçªo.

Como funciona o jato de Ægua O processo funciona basicamente da seguinte maneira:

•Tratamento da Ægua: Tratamento da Ægua: Tratamento da Ægua: Tratamento da Ægua: Tratamento da Ægua: A Ægua precisa ser filtrada, para ficar livre de impurezas que poderiam ocasionar entupimento dos bicos de corte. Essas impurezas podem afetar o desempenho e a manutençªo do sistema de alta pressªo.

•ElevaçªoElevaçªoElevaçªoElevaçªoElevaçªo da pressªo da Ægua:da pressªo da Ægua:da pressªo da Ægua:da pressªo da Ægua:da pressªo da Ægua: Bombas bastante poderosas elevam a pressªo da Ægua a aproximadamente 4.0 bar bar bar bar bar, ou seja, cerca de 4.0 vezes a pressªo atmosfØrica ao nível do mar. A Ægua pressurizada Ø armazenada num acumulador, que regulariza o fluxo de saída do fluido. Depois Ø levada por tubulaçıes atØ um bocal feito de safira, que Ø um material com elevada resistŒncia ao desgaste.

•Agregaçªo de material abrasivo: Agregaçªo de material abrasivo: Agregaçªo de material abrasivo: Agregaçªo de material abrasivo: Agregaçªo de material abrasivo: Acoplado ao bocal, existe um reservatório contendo material abrasivo em pó. Assim, a Ægua, ao passar pelo bocal, arrasta o material abrasivo, o que faz o jato, agora formado por uma mistura de Ægua e abrasivo, ter uma potŒncia de corte maior.

•Corte do material: Corte do material: Corte do material: Corte do material: Corte do material: O jato com alta pressªo Ø expelido pelo bocal em direçªo ao material. O corte ocorre quando a força do jato supera a resistŒncia à compressªo do material. Dependendo das características do material a ser cortado, o corte pode resultar de erosªo, cisalhamento ou tensªo localizada. Um sistema de movimentaçªo permite manipular o jato em torno da peça. Esses movimentos sªo realizados por motores elØtricos controlados por computador. Outra possibilidade de corte Ø a movimentaçªo manual da peça sobre uma mesa estacionÆria onde passa um jato vertical de Ægua.

Granada: mineral homogêneo, sem adição de produtos químicos em sua formulação, composto por diversos óxidos.

corte de chapa com jato de água bar: unidade de pressão que equivale a 14,5 psi ou 1,02 kgf/cm2 sistema de dosagem de abrasivo

AULA•Coleta e descarte da Ægua: Coleta e descarte da Ægua: Coleta e descarte da Ægua: Coleta e descarte da Ægua: Coleta e descarte da Ægua: Após atravessar o material, o jato de Ægua Ø amortecido num tanque, contendo Ægua e esferas de aço ou pedras

britadas, que fica sob a mesa do equipamento. Em alguns equipamentos, a Ægua Ø armazenada em uma unidade coletora móvel. O processo nªo produz efluentes tóxicos, portanto o descarte pode ser feito normalmente. A limpeza regular do tanque de Ægua Ø tarefa que nªo oferece perigo nem para o operador, nem para o meio ambiente.

Por que usar abrasivos

Quando se utiliza a tecnologia do jato de Ægua com abrasivo para cortar metais e outros materiais duros, 90% do corte, na realidade, Ø feito pelo abrasivo e nªo pela Ægua. O abrasivo produz uma açªo de cisalhamento que permite cortar materiais de grande dureza atØ a espessura de 152,4 m. Esse tipo de corte Ø eficaz tanto para materiais duros como para peças que passaram por endurecimento superficial.

O sistema de corte com jato de Ægua e abrasivo produz um jato cortante mais potente. Esse jato deixa o cabeçote de corte atravØs de um tubo de misturaçªo, feito de material cerâmico, como a safira.

Os modelos mais recentes de misturadores incorporam aperfeiçoamentos que possibilitam a manutençªo da largura do corte constante, durante todo um turno de trabalho. A diferença da largura de corte no início e no fim de um turno de trabalho Ø de apenas alguns milØsimos de polegadas, o que confere grande confiabilidade ao sistema de corte por jato de Ægua e abrasivo.

A figura ao lado mostra uma representaçªo esquemÆtica de um cabeçote de corte para Ægua e abrasivo.

Pare! Pesquise! Responda!Pare! Pesquise! Responda!Pare! Pesquise! Responda!Pare! Pesquise! Responda!Pare! Pesquise! Responda!

A indœstria de alimentos tem usado o corte por jato de Ægua em vÆrias aplicaçıes, como na remoçªo da espinha de determinados peixes.

Na sua opiniªo, nessa aplicaçªo seria o caso de usar jato de Ægua pura ou jato de Ægua com abrasivo? Para responder, pesquise informaçıes sobre eventuais efeitos contaminantes dos abrasivos.

cabeçote de corte com abrasivo

AULAEquipamentos para corte com jato de Ægua pura e com abrasivo

Os sistemas de corte com jato de Ægua e abrasivo podem ser instalados em diferentes tipos de sistemas de movimentaçªo e controle.

Existem sistemas manuais que trabalham em posiçıes fixas, nos quais o movimento Ø feito pelo operador.

Atualmente, hÆ dois tipos de controle de movimentaçªo manual: um em que o operador guia o sistema de corte e a recepçªo do jato sobre uma peça Ø mantida fixa; e outro em que o operador guia a peça sobre uma mesa em torno de um jato que Ø mantido fixo.

Os sistemas automÆticos de corte podem ser instalados em robôs tipo pórtico de 5 ou 6 eixos, utilizados para fazer perfis complexos, peças aeroespaciais e componentes automotivos.

Outro equipamento disponível sªo as mesas X-Y, controladas por CNC.

Nesse sistema, a peça Ø normalmente colocada sobre um tanque, que receberÆ o jato de Ægua após o corte. Durante a operaçªo, as forças de reaçªo sªo muito leves, ou seja, o material cortado nªo vibra e nªo sofre deslocamentos e todos os movimentos sªo realizados pelo cabeçote, que se desloca sobre o pórtico e pela mesa.

A maior parte dos sistemas de corte utiliza tanques cheios de Ægua e algumas vezes outros meios para absorver a energia do jato depois do corte do material. Para cortes feitos no sentido vertical, ou próximo do vertical, sªo usados tanques com fundo coberto por pedras britadas.

Em sistemas de 5 eixos, normalmente Ø necessÆrio utilizar um recipiente móvel, que se movimenta junto com o cabeçote de corte. Esse recipiente Ø parcialmente cheio com esferas de aço inoxidÆvel ou de cerâmica, que absorvem e dissipam a força do jato. Essas esferas devem ser substituídas periodicamente, pois sªo destruídas pelo processo.

operador utilizando equipamento de corte manual equipamento para corte com jato de água e abrasivo

mesa X-Y

AULAVariÆveis que afetam o corte por jato de Ægua com abrasivo

VÆrios fatores influenciam o corte por jato de Ægua com abrasivo:

PressªoPressªoPressªoPressªoPressªo – A pressªo determina o nível de energia das molØculas de Ægua.

Quanto maior a pressªo, mais fÆcil fica vencer a força de coesªo das molØculas do material que se pretende cortar.

FluxoFluxoFluxoFluxoFluxo – O fluxo de Ægua determina o índice de remoçªo do material. HÆ dois modos de aumentar o fluxo de Ægua: aumentando a pressªo da Ægua ou aumentando o diâmetro do orifício da safira.

Diâmetro do jatoDiâmetro do jatoDiâmetro do jatoDiâmetro do jatoDiâmetro do jato – O diâmetro do bico de corte para sistemas de corte por

Ægua pura varia de 0,5 m a 2,5 m. Jatos de diâmetros menores tambØm podem ser produzidos, para aplicaçıes específicas. Para o corte de papel, o diâmetro do jato Ø de 0,07 m. Quando se trata do corte por jato de Ægua e abrasivo, os menores diâmetros situam-se em torno de 0,5 m.

Abrasivo – Abrasivo – Abrasivo – Abrasivo – Abrasivo – A velocidade de corte do sistema Ø aumentada quando se aumenta o tamanho da granulaçªo do abrasivo. Em compensaçªo, abrasivos com menores tamanhos de grªos produzem uma superfície cortada com melhor qualidade. PorØm, partículas muito finas de abrasivo sªo praticamente ineficientes.

O abrasivo mais utilizado Ø a granada. Ocasionalmente sªo utilizados outros abrasivos, como a sílica, o óxido de alumínio, o metal duro granulado e o nitrato de silício. Para usinar metais cerâmicos muito duros podem ser usados abrasivos à base de carbetocarbetocarbetocarbetocarbeto de boro.de boro.de boro.de boro.de boro.

Quanto mais duro for o abrasivo, mais rapidamente se desgasta o bico de corte. Fluxos elevados de abrasivos tambØm aceleram o desgaste do bico de corte.

O fluxo alto de abrasivos acarreta um custo operacional elevado, pois o custo do abrasivo representa uma parcela importante no custo total dos sistemas de corte por jato de Ægua.

Distância e velocidade de corteDistância e velocidade de corteDistância e velocidade de corteDistância e velocidade de corteDistância e velocidade de corte – À medida que sai do bico, o jato de Ægua se abre. O jato de Ægua com abrasivo apresenta maior abertura, por ser menos uniforme. Isso explica porque a distância entre o bico e o material Ø sempre muito pequena, abaixo de 1,5 m. A abertura do jato pode ser reduzida, com a diminuiçªo da velocidade de saída do fluido, com conseqüente diminuiçªo da velocidade de corte.

Analisando os prós e os contras

VocŒ jÆ conheceu alguns tipos de cortes nos livros anteriores deste módulo.

E ainda conhecerÆ outros, nas próximas aulas. Todos eles apresentam vantagens e limitaçıes.

Como nada neste mundo Ø perfeito, no caso do corte por jato de Ægua e por jato de Ægua com abrasivo nªo Ø diferente. Ao lado de muitas vantagens, o sistema tambØm apresenta algumas limitaçıes, que tornam seu uso seletivo.

Um dos principais atrativos desse corte Ø que ele nªo produz problemas de efeito tØrmico, isto Ø, decorrentes da geraçªo de calor, como ocorre em muitos outros processos de corte.

Carbeto de boro: substância negra, cristalina, muito dura, com ponto fusão a 2.450°C.

AULAAlØm disso, Ø uma tecnologia “limpa”, que nªo polui o meio ambiente e Ø aplicÆvel a uma vasta gama de materiais, permitindo fazer o corte em qualquer direçªo e nas mais variadas formas.

É a tecnologia ideal para cortar certos materiais duros, como placas blindadas ou alguns materiais cerâmicos, que normalmente levam a grande desgaste de ferramentas nos sistemas de corte tradicionais.

Pode ser aplicado sem problemas a materiais do tipo sanduíches de mœltiplas camadas, como laminados de madeira, ilustrado na figura abaixo, sem produzir delaminaçªo.

Quanto às limitaçıes, a principal delas Ø a velocidade do processo. Nesse aspecto, o corte por jato de Ægua perde feio para os sistemas de corte com chama, encarecendo o processo.

O abrasivo escolhido deve ser mais duro que o material que irÆ cortar.

Chapas de metal de pequena espessura tendem a sofrer esforços de dobramento, apresentando rebarbas na face de saída.

Materiais cerâmicos tŒm sua resistŒncia diminuída após o corte com jato de Ægua e abrasivo.

Vidros temperados, projetados para quebrar a baixas pressıes, tambØm nªo podem ser cortados por esse sistema.

Entretanto, a expectativa das empresas produtoras de sistemas de corte por jato de Ægua Ø a de apresentar soluçıes às exigŒncias do crescente mercado consumidor.

Segurança do operador

Se vocŒ jÆ tomou uma ducha com esguicho, Ø bem capaz de avaliar o impacto da Ægua sobre o corpo humano. Imagine, entªo, o que aconteceria aos ossos e órgªos se fossem atingidos por um jato de Ægua ou um jato de Ægua com abrasivo, capaz de cortar chapas de metal de mais de 200 m de espessura!

O ruído, que Ø proporcional ao diâmetro do jato, tambØm pode afetar o trabalhador, se nªo se usar um protetor auricular adequado.

Por isso, nos equipamentos em que se faz manualmente o corte, Ø indispensÆvel que o operador trabalhe protegido, usando luvas, óculos e protetores auriculares.

Os equipamentos de corte por jato de Ægua e abrasivo jÆ incorporam dispositivos de segurança construídos pelos próprios fabricantes. Por exemplo, se ocorrer a ruptura de alguma tubulaçªo, uma proteçªo externa ao tubo evita a descarga da Ægua a alta pressªo e um sistema de segurança desliga o equipamento.

Como vocŒ pode observar, a Ægua tem muito mais utilidades, alØm de matar a sede. E, para matar sua sede de saber, faça os exercícios a seguir. Eles o ajudarªo a sistematizar os assuntos apresentados nesta aula.

AULAMarque com X a resposta correta.

Exercícios 1Exercícios 1Exercícios 1Exercícios 1Exercícios 1

No sistema de corte por jato de Ægua, a agregaçªo do abrasivo tem por finalidade: a)a)a)a)a)()aumentar a velocidade do processo; b)b)b)b)b)()aumentar o fluxo do jato de Ægua; c)c)c)c)c)()aumentar a pressªo do jato de Ægua; d)d)d)d)d)()aumentar a potŒncia de corte do jato de Ægua.

Exercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2

Depois de atravessar a peça, o jato de Ægua ainda conserva grande parte da sua energia. Assinale com X os materiais que sªo usados para amortecer o impacto da Ægua no tanque de coleta. a)a)a)a)a) ( ) borracha; b)b)b)b)b) ( ) pedras britadas; c)c)c)c)c)()esferas de aço inoxidÆvel; d)d)d)d)d)()material mais duro que as paredes do tanque.

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