ANÁLISE DE VIABILIDADE DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA ATUALMENTE USINADA PARA O PROCESSO DE FORJAMENTO

        

ANÁLISE DE VIABILIDADE DE FABRICAÇÃO DE UMA PEÇA ATUALMENTE USINADA PARA O PROCESSO DE FORJAMENTO

Augusto Mendel, Dênis Soares Arnold, Luís Felipe Rubi

Disciplina: Conformação

Resumo

Este trabalho visa avaliar a viabilidade de fabricação de uma peça com a forma semelhante ao símbolo da Apple, atualmente fabricada por usinagem, pelo processo de forjamento. Foram analisadas algumas vantagens e desvatagens de cada processo, analisou-se os parâmetros do processo atual, foram analisadas algumas modificações necessárias para a fabricação por forjamento e calculados alguns parâmetros para o processo de forjamento. Por fim, foi feita uma análise do acabamento obtido e dos processos posteriores necessários. Chegou-se à conclusão de que é viável mecanicamente a fabricação da peça pelo forjamento, entretanto não se pode fazer uma avaliação da viabilidade econômica, por falta de noção dos custos de cada processo.

Palavras-chave: Forjamento, Usinagem, Apple, Viabilidade, Acabamento.

1 Introdução

        Existe, atualmente, uma grande variedade de processos de fabricação mecânica conhecidos e aplicados na obtenção de produtos acabados e semi-acabados. Cada um desses processos possui características, vantagens e desvantagens muito singulares. Dentre esses processos destacam-se dois amplamente utilizados na indústria: o forjamento e a usinagem.

        O forjamento consiste basicamente em conformar um material base entre duas matrizes através da ação de uma maquinário específico (martelos de queda ou prensas) a fim de se obter um produto final desejado ou uma pré-forma para um novo forjamento. Pode ser realizado a frio ou a quente, e pode ocorrer em matriz aberta (onde não há restrição nas laterais, utilizado para se obter matéria-prima para outros processos ou pré-formas) ou fechada. Esse processo tem grande presença e importância na indústria, devido aos benefícios técnicos e econômicos que se pode obter através dele.

Como vantagens do forjamento podemos citar:

• aumento da resistência mecânica devido ao encruamento gerado no processo;
• baixo ou único número de operações;
• baixo desperdício de material;
• possibilidade de obtenção de diversos tamanhos de peça com o mesmo maquinário;
• menor custo por peça em relação a vários processos (como fundição e usinagem);
• alta produtividade.

Entretanto, o forjamento também apresenta algumas desvantagens:

• alto custo de maquinário;
• necessidade de fabricação de nova matriz para cada nova peça a ser fabricada, o que agrega grande custo inicial por lote (só se torna vantajoso para grandes lotes);
• baixa exatidão dimensional;
• rugosidade relativamente alta.

Usinagem é todo o processo de fabricação que modifica a forma e as dimensões de uma peça através da remoção de material, o qual é chamado de cavaco. Dentre os processos de usinagem existentes, os mais conhecidos e utilizados são: torneamento, fresamento, furação e retificação. O método da usinagem é o mais difundido e utilizado no mundo e também o mais dominado tecnicamente. Sua ampla utilização deve-se a algumas vantagens que outros processos de fabricação dificilmente conseguem fornecer.

Algumas das principais vantagens do processo de usinagem por fresamento (que será utilizado nesse trabalho):

• alta exatidão dimensional;
• bom acabamento e possibilidade de obtenção de rugosidade relativamente muito baixa;
• maquinário mais simples e barato;
• controle de parâmetros de processo mais simples;
• custo inicial para fabricação de nova peça nulo (desconsiderando-se tempos de pre-set de máquina), o que viabiliza a fabricação de lotes muito pequenos ou peças únicas;

Entretanto há também algumas desvantagens nesse processo:

• Produtividade média a baixa, devido ao grande número de operações e passes;
• Desperdício de material;
• Maior limitação da máquina com relação ao tamanho da peça.

Esse trabalho visa avaliar a viabilidade de fabricação da peça da Figura 1, que se assemelha ao símbolo da fabricante de softwares e produtos eletrônicos Apple, pelo processo de forjamento, realizando a análise do desenho da peça e possíveis alterações necessárias, o cálculo das forças do processo, a definição da matéria-prima, a avaliação da necessidade de pré-forma e seu projeto, o projeto das matrizes, a definição do maquinário e dos processos posteriores de acabamento, sendo que o processo atual de fabricação proposto é o de usinagem por fresamento. Essa peça foi desenvolvida para estudo acâdemico, não sendo uma peça já produzida industrialmente. Adotar-se-á, para esse estudo, que a aplicação da peça será para fins decorativos e que será fabricado, inicialmente, um lote único de 500 peças. O material utilizado será a liga de alumínio ASTM 6060 O (estado recozido), devido às suas propriedades mecânicas e sua característica de resistência à corrosão.

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Figura 1 – Modelo tridimensional da peça.

Fonte: Elaborada pelos autores.

2 Metodologia

        O processo atual de fabricação é realizado em um centro de usinagem CNC com comando Polaris, com potência de até 15 kW e frequência máxima de 6000 rotações por minuto (rpm) e fixação por morsa do material base. Na Figura 2 observa-se o desenho da peça com as principais medidas.

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Figura 2 – Desenho da peça para usinagem.

Fonte: Elaborada pelos autores.

Nesse processo são necessárias quatro operações: uma para desbaste, uma para semi-acabamento e duas para acabamento. Os parâmetros de corte para cada operação são adaptados de acordo com o catálogo da fabricante das ferramentas e a capacidade da máquina utilizada no processo. A força de corte (Fc) é calculada segundo a Equação 1 e a potência de corte (Pc) segundo a Equação 2.