Projeto e construção de ferramentas e matrizes

Introdução

Fabricar é transformar matérias primas em produtos acabados, por uma variedade de processos. A idéia de fabricar teve início a milhares de anos, quando um homem pré- histórico percebeu que, para sobreviver, precisava de algo mais que pernas e braços para se defender e caçar.

Sua inteligência logo o ensinou que se ele tivesse uma pedra nas mãos, seu golpe seria mais forte, e se a pedra tivesse um cabo esse golpe seria mais forte ainda. Se essa pedra fosse afiada poderia cortar e ajudar a raspar peles dos animais. Foi a partir da necessidade de se fabricar um machado que o homem desenvolveu as operações de desbastar, cortar e furar. Durante centenas de anos a pedra foi a matéria-prima, mas por volta de 4.000 A.C. ele começou a trabalhar com metais, começando com o cobre, depois com o bronze e finalmente com o ferro para a fabricação de armas e ferramentas, a descoberta desses materiais foi um fato marcante para o desenvolvimento tecnológico.

O número de fatores que devem ser considerados num processo de fabricação é muito grande. O projetista de produtos ou engenheiro projetista especifica as formas, dimensões, aparência, e o material a ser usado no produto. Primeiro são feitos os protótipos do produto. Neste estágio, é possível fazer modificações, tanto no projeto original como no material selecionado, se análises técnicas e/ou econômicas assim indicarem. Um método é então escolhido pelo engenheiro de fabricação.

O diagrama a seguir mostra o procedimento correto para se chegar à etapa de fabricação:

NECESSIDADE DO PRODUTO

CONCEITO ORIGINAL

PROJETO DO CONCEITO

ANÁLISE DO PROJETO

MODELOS FÍSICOS E ANALÍTICOS

TESTE DO PROTÓTIPO

AVALIAÇÃO FINAL

DESENHO

ESPECIFICAÇÃO DO MATERIAL; SELEÇÃO DO PROCESSO E DE EQUIPAMENTOS; PROJETO E CONSTRUÇÃO DE FERRAMENTAS E MATRIZES

FABRICAÇÃO

Os processos de transformação de metais e ligas metálicas em peças para utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados: pode-se fundir, soldar, utilizar a metalurgia em pó, ou usinar o metal a fim de obter a peça desejada. Evidentemente, vários fatores devem ser considerados quando se escolhe um processo de fabricação. Como por exemplo:

. Forma e dimensão da peça;

. Material a ser empregado e suas propriedades;

. Quantidade de peças a serem produzidas;

. Tolerâncias e acabamento superficial requerido;

. Custo total do processamento.

Processos de usinagem envolvem operações de corte que permitem remover excessos de um material bruto com auxílio de uma ferramenta até que resulte em uma peça pronta que, posteriormente, irá compor algum engenho mecânico que, por sua vez, farão parte de bens duráveis. Nestas operações de corte são geradas aparas que se costumam chamar de cavacos. Assim, processos de usinagem, invariavelmente, implicam na geração de cavacos.

Definimos cavaco como a porção de material da peça irregular. Além desta característica, estão envolvidos no mecanismo da formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como o recalque, a aresta postiça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). Como operações de conformação, entendemos aquelas que visam conferir à peça a forma ou as dimensões, ou o acabamento específico, ou ainda qualquer combinação destes três bens, através da deformação plástica do metal. Devido ao fato da operação de corte em chapas estar ligada aos processos de estampagem profunda, dobra e curvatura de chapas, essa operação é estudada no grupo de operações de conformação dos metais.

Já há aproximadamente 12 a 50 mil anos o homem estava em condições de produzir ferramentas de pedras com arestas de corte (gumes) afiadas por lascamento, como nos mostram achados arqueólogos da idade da pedra.

Já a partir de 700 anos Antes de Cristo, praticamente todas as ferramentas eram executadas em ferro, e a partir do século XVII foram descobertas constantes melhorias no processo de fabricação do ferro e na siderurgia do aço, que colocaram o aço em posição vantajosa em relação aos metais até então conhecidos. Estudos sistemáticos sobre a tecnologia de usinagem, no entanto, só iniciaram no início do século XIX e levaram entre outros a descoberta de novos materiais de corte. No início de 1900, o americano F. W. Taylor com a descoberta do aço rápido determinou um passo marcante no desenvolvimento tecnológico da usinagem.

Para poder satisfazer as exigências crescentes feitas à qualidade das peças e a viabilidade econômica do processo de fabricação, as ferramentas devem ser usadas de forma econômica para que todas as grandezas que participam no processo de usinagem como, geometria da ferramenta, condições de corte, material da peça e materiais auxiliares, tenham a sua influência e seu efeito sobre o resultado do trabalho considerado. O conhecimento da interdependência funcional dos diversos fatores permite o aproveitamento das reservas tecnológicas disponíveis. Ponto básico no processo de usinagem é o processo de corte.

Usinagem

O termo usinagem (ou maquinagem) compreende todo processo mecânico onde a peça é a matéria prima de um processo de remoção de material.

Segundo o dicionário usinagem significa o ato ou efeito de usinar. Na prática isto significa submeter um material bruto à ação de uma máquina e/ou ferramenta, para ser trabalhado.

A usinagem começou em tempos remotos com processos totalmente manuais e hoje em dia evoluiu muito com o uso de máquinas de alta precisão, como é o caso das chamadas CNC (com comando numérico computadorizado), com uma precisão que chega a ser tão pequena quanto a um mícron.

Hoje em dia, a usinagem está presente em diversas indústrias, como a automotiva, a naval, a aeroespacial, a eletrônica, a de eletrodomésticos, entre outras.

Nesta mesma época surgem as máquinas movidas a vapor, fazendo com que o