segunda-feira, 5 de novembro de 2012

Módulo 2

Elementos de máquinas


Parte 1

1. Elementos de fixação

Na mecânica é muito comum a necessidade de unir peças como chapas, perfis e barras. Qualquer construção, por mais simples que seja, exige união de peças entre si. Entretanto, na mecânica as peças a serem unidas, exigem elementos próprios de união que são denominados elementos de fixação.


Numa classificação geral, os elementos de fixação mais usados em mecânica são: rebites, pinos e cupilhas, parafusos, porcas, arruelas, anéis elásticos e chavetas.
A união de peças feita pelos elementos de fixação pode ser de dois tipos: móvel ou permanente.
No tipo de união móvel, os elementos de fixação podem ser colocados ou retiradas do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. É o caso da figura (Figura 1.1) e (Figura 1.2) onde a união é feita com parafuso, porcas e arruelas.
No tipo de união permanente, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retiradas sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites (Figura 1.3) e soldas (Figura 1.4).


A seguir, serão mostradas em detalhes os principais elementos de fixação.

1.1 Rebites

Os rebites são peças fabricadas em aço, alumínio, cobre ou latão. Unem rigidamente peças ou chapas, principalmente, em estruturas metálicas, de reservatórios, caldeiras, máquinas, navios, aviões, veículos de transporte e treliças. Na figura abaixo veja o exemplo de como é feita a fixação com rebitadeira manual.


1.1.1 Tipos de rebite e suas proporções

O quadro a seguir mostra a classificação dos rebites em função do formato da cabeça e de seu emprego em geral.


1.1.2 Especificações de rebites

Para adquirir os rebites adequados ao seu trabalho, é necessário conhecer suas especificações, ou seja:
  • de que material é feito;
  • o tipo de sua cabeça;
  • o diâmetro do seu corpo;
  • o seu comprimento útil.
1.1.3 Processos de rebitagem

Na rebitagem, colocam-se os rebites em furos já feitos nas peças a serem unidas. Depois aplica-se a forma de cabeça no corpo dos rebites. Esse procedimento está ilustrado na figura 1.6.


Figura 1.6

A segunda cabeça do rebite pode ser feita por meio de dois processos: manual e mecânico.
O processo manual é feito à mão, com pancadas de martelo. Antes de iniciar o processo, é preciso comprimir as duas superfícies metálicas a serem unidas, com o auxílio de duas ferramentas: o contra-estampo, que fica sob as chapas, e o repuxador, que é uma peça de aço com furo interno, no qual é introduzida a ponta saliente do rebite.
A rebitagem por processo mecânico apresenta vantagens, pois utiliza rebitadeiras pneumáticas ou hidráulicas. Essas máquinas são silenciosas, trabalham com rapidez e permitem rebitamento mais resistente, pois o rebite preenche totalmente o furo, sem deixar espaço. Nesse método a rebitagem pode ser feita a quente e a frio.

1.1.4 Ferramentas para rebitagem

1.1.4.1 Estampo

É uma ferramenta usada para dar forma a uma peça. O estampo utilizado na rebitagem manual é feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e ponta. Na ponta existe um rebaixo, utilizado para dar formato final à segunda cabeça do rebite.


1.1.4.2 Contra-estampo

O contra-estampo é na verdade um estampo colocado em posição oposta à do estampo. Também é de aço temperado e apresenta um rebaixo semi-esférico no qual é introduzida a cabeça do rebite. O rebaixo semi-esférico pode apresentar vários diâmetros a fim de alojar cabeças de rebites de diversas dimensões.
1.1.4.3 Repuxador

O repuxador comprime as chapas a serem rebitadas. É feito de aço temperado e apresenta três partes: cabeça, corpo e face. Na face existe um furo que aloja a extremidade livre do rebite.
1.1.5 Exemplo de rebitagem manual

Nesse exemplo, tem-se toda a sequência de operações de uma rebitagem, usando-se rebites de cabeça escareada chata.

Processo de execução:

1. Prepare o material
  • Elimine as rebarbas dos furos a fim de assegurar uma boa aderência entre as chapas.
2. Alinhe as chapas
  • Se necessário, prenda as chapas com grampos, alicates de pressão ou morsa.
  • Se houver furos que não coincidam, passe o alongador.
3. Prepare os rebites
  • Calcule o comprimento do rebite de acordo com o formato da cabeça.
  • Se necessário, corte o rebite e rebarbe-o.
4. Rebite
  • Inicie a rebitagem pelos extremos da linha de rebitagem.
  • Apoie as chapas sobre uma base sólida e repuxe os rebites. A base sólida deve estar sempre limpa, ou seja, livre de partículas sólidas.



  • As pancadas iniciais sobre os rebites devem ser aplicadas com a face de impacto do martelo e devem ser perpendiculares em relação aos rebites.


  • Boleie os rebites com a bola do martelo a fim de preencher todo o escareado.



  • Termine a rebitagem dando pancadas com a face do martelo. Evite dar pancadas desnecessárias sobre os rebites, pois isto torna-se duros e frágeis.

Observação: Além desses rebites, destaca-se, pela sua importância, o rebite de repuxo, conhecido por "rebite pop". É um elemento especial de união, empregado para fixar peças peças com rapidez, economia e simplicidade.

Abaixo mostramos a nomenclatura de um rebite de repuxo.



Os rebites de repuxo podem ser fabricados com os seguintes materiais metálicos: aço-carbono; alumínio; cobre; monel (liga de níquel e cobre).

1.1.6 Defeitos de rebitagem

É preciso fazer uma boa rebitagem para assegurar a resistência e a vedação necessárias às peças unidas por rebites. Os defeitos, por menores que sejam, representam enfraquecimento e instabilidade da união. Alguns desses defeitos somente são percebidos com o passar do tempo por isso, é preciso estar bem atento e executar as operações de rebitagem com a maior precisão possível.
Os principais defeitos da rebitagem são devidos, geralmente, ao mau preparo das chapas a serem unidas e à má execução das operações nas fases de rebitagem.
Os defeitos causados pelo mau preparo das chapas são:
  • Furos fora do eixo, formando degraus - Nesse caso, o corpo rebitado preenche o vão e assume uma forma de rebaixo, formando uma incisão ou corte, o que diminui a resistência do corpo.

  • Chapas mal encostadas - Nesse caso, o corpo do rebite preenche o vão existente entre as chapas, encunhando-se entre elas. Isso produz um engrossamento da secção do corpo do rebite, reproduzindo sua resistência.

  • Diâmetro do furo muito maior em relação ao diâmetro do rebite - O rebatimento não é suficiente para preencher a folga do furo. Isso faz o rebite assumir um eixo inclinado, que reduz muito a pressão do aperto.

Os defeitos causados pela má execução das diversas operações e fases de rebitagem são:

  • Aquecimento excessivo do rebite - Quando isso ocorre, o material do rebite terá suas características físicas alteradas, pois após esfriar, o rebite contrai-se e então a folga aumenta. Se a folga aumentar, ocorrerá o deslizamento das chapas.

  • Rebitagem descentralizada - Nesse caso, a segunda cabeça fica fora do eixo em relação ao corpo e à primeira cabeça do rebite e, com isso, perde sua capacidade de apertar as chapas.




  • Mal uso das ferramentas para fazer a cabeça - A cabeça do rebite é rebatida erradamente e apresenta irregularidade como rebarbas ou rachaduras.

  • Comprimento do corpo do rebite é pequeno em relação à espessura da chapa - Nessa situação, o material disponível para rebitar a segunda cabeça não é suficiente e ela fica incompleta, com uma superfície plana.

1.1.7 Eliminação dos defeitos

Para eliminar os defeitos é preciso remover a cabeça do rebite. Isso pode ser feito por três processos: com talhadeira, com lima e com esmerilhadeira.

Eliminação com talhadeira

  • A cabeça do rebite é aberta em duas partes e depois extraída.



  • A cabeça do rebite pode ser extraída inteira, com uma talhadeira trabalhando de lado.



  • Depois de eliminada uma das cabeças, o restante do rebite é extraído com um saca-pinos sobre o qual se aplicam alguns golpes com o martelo.



Eliminação com esmerilhadeira

A esmerilhadeira é uma máquina-ferramenta que desgasta o material por meio da ação abrasiva exercida pelo rebolo. A cabeça do rebite pode ser esmerilhada e o corpo retirado com saca-pinos ou por meio de furação.
Abaixo, é ilustrado um rebolo esmerilhado a cabeça de um rebite e uma broca removendo-o em seguida.


Eliminação com lima

A lima é usada quando se trata de chapas finas que não podem sofrer deformações. O corpo do rebite pode ser retirado por meio de furação, com broca de diâmetro pouco menor que o diâmetro do rebite.





sábado, 27 de outubro de 2012

Módulo 1



                                                                 MISSÃO


Promover a educação profissional e tecnológica, a inovação e a transferência de tecnologias industriais, contribuindo para elevar a competitividade da indústria cearense.


                                                POLÍTICA DA QUALIDADE

Promover a satisfação dos clientes, desenvolvendo produtos e serviços que atendam aos seus requisitos, através de talentos humanos qualificados e valorizados, melhoria contínua e recursos adequados.




Parte 1

Materiais empregados na indústria mecânica.


1. Classificação e características dos materiais 

Quando da confecção de um determinado produto, deve-se, como um dos fatores prioritários, selecionar o material adequado que o constituirá.



1.1 Classificação dos materiais

Apresentação abaixo uma classificação dos materiais mais comumente utilizados, tendo cada um sua importância e emprego definidos  em função de suas características e propriedades.



1.2 Materiais metálicos

A Classe de materiais metálicos pode ser dividida em dois grandes grupos distintos: ferrosos e não ferrosos.

1.2.1 Materiais metálicos ferrosos

É um dos principais materiais empregados na industria mecânica. Os mais famosos são:
Aço: liga de ferro e carbono com C<2%. É um material de excelentes propriedades e de fácil trabalho;
Ferro fundido: liga de ferro e carbono com 2%<C<5%, material amplamente empregado na construção mecânica, e que, mesmo não possuindo a resistência do aço, pode substituí-lo em diversas aplicações, muitas vezes com vantagens.
 Como esses materiais são facilmente trabalhados, com eles é construída maior parte das máquinas, ferramentas, bem como instalações que necessitam de materiais de grande resistência.

1.2.2 Materiais metálicos não-ferrosos

São todos os demais materiais metálicos empregados na construção mecânica. Podem ser usados isoladamente como também na formação de ligas metálicas. Normalmente são materiais caros, utilizado em aplicações onde se exijam resistência a oxidação.

1.3 Materiais não-metálicos

Existem numerosos materiais não metálicos, porém é possível dividi-los em dois grupos:

  • Naturais: madeira, couro, fibras, etc.
  • Artificiais ou sintéticos: plástico, baquelite, acrílico, tecnil, celeron, etc.


1.4 Estrutura cristalina dos metais

A maioria dos metais ao se solidificarem sofrem uma contração de volume. Nesse estado, os átomos dotados de pequena energia cinética não conseguem deslizar livremente uns em relação aos outros, assumindo assim posições de equilíbrio.
Essas posições apresentam uma ordenação geométrica espacial que é função da natureza do metal. A essa disposição ordenada denomina-se estrutura cristalina.



1.4.1 Tipos de estrutura cristalina

 a) Rede cúbica de face centrada: típica dos metais Ni, Cu, Pb, Al. É chamado ferro Gama.


b) Rede cúbica de corpo centrado: típica dos metais V, Cr, Mo. É chamado ferro  (Alfa).


c) Hexagonal compacta: típica dos metais Mg, Zn, Cd, Ti.


1.5 Propriedades mecânicas dos materiais

Na construção de peças e componentes, deve-se observar se os materiais empregados podem suportar os esforços aos quais serão submetidos. Assim, o conhecimento das propriedades dos materiais é fundamental para determinar sua escolha. A seguir, tem-se algumas dessas propriedades.

Elasticidade

Pode ser definida como a capacidade que um material tem de retornar à sua forma e dimensões originais quando cessa o esforço que o deformava.


Fragilidade

Materiais muito duros tendem a se quebrar com facilidade, não suportando choques. Assim os materiais que possuem baixa resistência aos choques são chamados frágeis. Exemplo: vidro, FoFo (ferro fundido).

Ductibilidade

É o oposto da fragilidade. São dúcteis os materiais que por ação de uma força se deformam plasticamente (permanentemente), conservando sua coesão. Exemplos: cobre, alumínio, aço com baixo teor de carbono, etc.
A seguir, tem-se um fio de cobre de 300 mm de comprimento que, ao ser tracionado, esticará até 400mm sem se romper, o que demonstra sua ductibilidade.



Tenacidade

Se um material é resistente e possui boas características de alongamento, suporta esforços consideráveis de torção, tração ou flexão, sem romper-se, é dito tenaz. Exemplos: a chapa da lataria de um automóvel consegue absorver grande parte da energia numa colisão diminuindo os efeitos nos seus ocupantes.
Abaixo, tem-se dois pinos de aço submetidos a um esforço de torção. A mesma não rompe facilmente, o que demonstra no ensaio a tenacidade de seu material.


Dureza

Pode ser definida como a resistência que um material sofre ao ser penetrado por outro. Exemplos: Abaixo tem-se ilustrações do processo conhecido como usinagem, nos quais as ferramentas de corte devem ser duras o suficiente para não se desgastar e penetrarem em outro material menos duro.



1.6 Resistência dos materiais

Resistência é a característica dos materiais a se oporem a esforços externos. Abaixo, tem-se os principais esforços que o material pode estar submetido.


A figura acima mostra graficamente os tipos de esforços mais comuns a que são submetidos os elementos construtivos:

(a) Tração: a força atuante tende a provocar um alongamento do elemento na direção da mesma.
(b) Compressão: a força atuante tende a produzir uma redução do elemento na direção da mesma.
(c) Flexão: a força atuante provoca uma deformação do eixo perpendicular à mesma.
(d) Torção: forças que atuam num plano perpendicular ao eixo e cada secção transversal tende a girar em relação às outras.
(e) Ruptura: é um esforço de compressão numa barra de secção transversal, pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra.
(f) Cisalhamento:
 forças que tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre secções transversais.


Observação: os esforços podem se apresentar de forma isolada ou combinada.

1.7 Ensaios mecânicos

Os ensaios mecânicos dos materiais são procedimentos padronizados que simulam os esforços que os materiais vão sofrer nas condições reais de uso, chegando a limites extremos de solicitação.
Os ensaios podem ser realizados na própria oficina ou em ambientes especialmente equipados para essa finalidade: os laboratórios de ensaios (destrutivos e não-destrutivos).

Ensaios de Oficina

São exemplos de ensaios que podem ser realizados na oficina:

a) Ensaio por lima - É utilizado para verificar a dureza por meio do corte do cavaco. Quanto mais fácil é retirar o cavaco, mais mole o material. Se a ferramenta desliza e não corta, podemos dizer que o material é duro.




b) Ensaio pela análise da centelha - É utilizado para fazer a classificação do teor de carbono de um aço, em função da forma das centelhas que o material emite ao ser atritado num esmeril.



c) Ensaio por som - Utilizado para verificar trincas em peças fundidas, rebolos, etc. Pode-se distinguir também o som alto, característico do aço, ou som baixo, típico do ferro fundido, etc.

Ensaios destrutivos

São aqueles que deixam algum sinal na peça ou corpo de prova submetido ao ensaio, mesmo que estes não fiquem inutilizados.
Os principais ensaios destrutivos são: tração, compressão, cisalhamento, dobramento, flexão, embutimento, torção, dureza, fluência, fadiga, impacto. A seguir, serão mostrados, em detalhes, os ensaios de tração, dureza e impacto.
a) Ensaio de tração - Consiste em submeter o material a um esforço que tende a alongá-lo até a ruptura. Os esforços ou cargas são medidos na própria máquina de ensaio. A seguir, o corpo de prova empregado no ensaio.



b) Ensaio de dureza - Por definição, a dureza de um matal é a resistência que o mesmo oferece a penetração de um corpo mais duro. O objetivo do ensaio é: conhecer a resistência do material quanto ao desgaste e a penetração, avaliar o tratamento térmico realizado e verificar as possibilidades de usinagem do material.




c) Ensaio de impacto - Caracteriza-se por submeter o corpo de prova a uma força brusca e repentina no intuito de rompê-lo. Os principais tipos de ensaio são: Charpy e Izod.





Ensaios não-destrutivos

São aqueles que após sua realização não deixam nenhuma marca ou sinal e, por consequência, nunca inutilizam a peça ou corpo de prova. Por essa razão, podem ser usados para detectar falhas em produtos acabados e semi-acabados.
Os ensaios mais importantes são: visual, líquido, penetrante, partículas magnéticas, ultra-som, radiografia industrial.

1.8 Tratamento térmico

É o conjunto de operações de aquecimento, permanência e resfriamento das ligas metálicas em estado sólido, com a finalidade de alterar suas estruturas para obter desejáveis propriedades físicas e mecânicas. Os tratamentos podem ser termofísicos e termoquímicos.

Tratamentos termofísicos

São aqueles que modificam as características mecânicas e as propriedades do aço, por simples aquecimento e resfriamento. Segue os principais tipos:
a) Normalização - Aquece-se o aço em temperaturas elevadas durante certo tempo em seguida resfria-se ao ar;
b) Recozimento - Aquece-se o aço a temperaturas superiores a 723ºC durante certo tempo até que ocorra a completa transformação de sua estrutura. Em seguida procede-se o lento resfriamento dentro do próprio forno até 600ºC, em seguida termina-se o resfriamento ao ar;
c) Têmpera - Consiste em aquecer o aço a temperaturas superiores a 723ºC de modo a se obter sua completa transformação estrutural. Após o aquecimento o aço é resfriado bruscamente em água ou óleo. O resultado é um aço duro e resistente;
d) Revenimento - Tratamento efetuado após a têmpera para redução de tensões internas geradas no processo. Aquece-se o aço a temperaturas inferiores a 723ºC, mantém-se certo tempo nessa temperatura para depois resfriá-lo lentamente ao ar.

Tratamentos termoquímicos

Consiste em endurecer superficialmente os aços através da adição de certos elementos químicos que modificam parcialmente sua composição química superficial. Os tratamentos mais usuais são:
a) Cementação ou carbonetação - Enquanto no núcleo os aços cementados contêm de 0,15 a 0,25 % de carbono, na superfície o teor de carbono pode ser ajustado para valores entre 0,8 e 1 %. A cementação pode ser realizada em meio sólido, líquido ou gasoso, também podendo ser utilizado plasma. O potencial químico do carbono no meio de cementação determina o potencial máximo de carbono que o aço pode atingir e assim o teor de carbono na superfície do material.
b) Nitretação - É um tratamento termoquímico da metalurgia em que se promove enriquecimento superficial com nitrogênio, usando-se de um ambiente nitrogenoso à determinada temperatura, buscando o aumento de dureza do aço até certa profundidade. O objetivo é difundir o nitrogênio, para isso, um cubico de corpo centrado é melhor para a difusão, portanto, temperaturas abaixo de 720ºC são ideais. A nitretação tem menos empenamento em relação a cementação, porem, a camada é muito mais fina,chega a 0,3µm a nitretação gasosa e a 0,15µm a nitretação a plasma. Com a nitretação, a dureza pode chegar a 1400HV.
c) Cianetação - É também chamada de carbo-nitretação líquida, consiste no aquecimento do aço a uma temperatura acima da crítica num banho adequado de sal cianeto fundido, ocorrendo absorção simultânea na superfície do aço de carbono e nitrogênio. O resfriamento posterior em óleo, água ou salmoura produz uma camada superficial dura, de alta resistência ao desgaste. A camada cianetada contém menos carbono e mais nitrogênio do que as camadas cementadas por via líquida. Para os banhos de cianetação preferem-se os banhos de cianeto de sódio aos de potássio pela sua maior eficiência e custo mais baixo. A faixa de temperatura de operação dos banhos de cianetação varia de 760ºC a 870ºC. O tempo de imersão varia de 30 minutos a 1 hora, e a espessura da camada cianetada varia geralmente entre 0,10 a 0,30 mm. A cianetação é mais aplicada comumente em aços carbono co baixo teor de carbono, quando se deseja rapidamente uma camada com dureza e resistência ao desgaste satisfatório. A camada cianetada compõe-se de duas zonas distintas: uma, mais externa, martensítica; outra, mais interna, bainítica; apresentando teor mais baixo de carbono.
d) Boretação - É um processo termoquímico de tratamento de superfícies onde ocorre a difusão de átomos de boro para dentro da superfície formando um complexo de boretos (F e 2B). O boro preenche os espaços do substrato criando uma nova liga de boro e ferro. Por se tratar de um verdadeiro processo de difusão não há interferência mecânica entre a liga e o substrato. A camada boretada é extremamente dura, apresentando, também, uma grande resistência à corrosão. Tipos de boretação: gasosa, líquida, sólida ou pastosa. Os agentes boretantes estão disponíveis na forma de pós ou pastas, em granulometrias que variam de <150µm até grãos >2000µm e sua escolha vai em função do substrato metálico que receberá a boretação, aplicação de peça a ser boretada e o acabamento final que se deseja.