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Técnico em Mecânica - 2014 Tecnologia Mecânica Tecnologia Mecânica Técnico em Mecânica – PRONATEC Sesi Senai SAMA Cícera Ribeiro Barros Coordenadora pedagógica Luciano Jorge Menezes Coordenador técnico Josué Teixeira de Moura Diretor unidade SESI SENAI SAMA Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 História da mecânica ................................................................................................................... 3 Os filósofos e as máquinas .......................................................................................................... 5 Noções gerais dos materiais ........................................................................................................ 8 Propriedades físicas e químicas ................................................................................................ 10 Propriedades mecânicas............................................................................................................ 13 Propriedades dos metais ........................................................................................................... 15 Propriedades dos materiais cerâmicos ...................................................................................... 15 Propriedades dos materiais Polímeros ...................................................................................... 16 Materiais avançados .................................................................................................................. 16 Necessidade de materiais avançados ....................................................................................... 16 Biomateriais ............................................................................................................................... 17 Propriedades mecânicas............................................................................................................ 18 Ensaios ...................................................................................................................................... 19 Traçagem ................................................................................................................................... 27 Lubrificação industrial ................................................................................................................ 36 Elementos de Máquinas............................................................................................................. 50 Segurança .................................................................................................................................. 96 Introdução Diariamente, docentes e alunos se utilizam das info rmações contidas nos materiais didáticos para transformá-los em conhecim entos, ampliar suas experiências, embasar e enriquecer sua vida profissional. O mater ial didático torna-se, então, importante elemento no processo ensino-aprendizagem . Compreende-se que quando o professor se apropria, d esenvolve e adapta o material didático e o utiliza adaptando ao contexto dos alunos a aula resulta mais produtiva para o professor e para o aluno. Por isso , ao planejar, o docente observa possibilidades de uso destes, quer seja um filme, u ma maquete, um jogo, ou mesmo um livro e, vai combinando estes em ação educativa vis ando o desenvolvimento de seus alunos e de seu próprio estilo de pedagogia. No contexto educativo é fundamental estabelecer a e streita correlação entre os materiais didáticos, a criatividade e os objetivos educacionais. Nesta direção percebe-se que há muito ainda o que se fazer no que se refere a constituição de maior correlação entre o sistema de ensino, dimensão macro, possibil ita e adota materiais didáticos padronizados e o contexto da sala de aula, sua dime nsão micro. Gleito Kunde Instrutor de educação profissional História da mecânica As primeiras questões sobre fenômenos mecânicos surgiram nas civilizações antigas, em virtude da necessidade que esses povos tinham de máquinas que os liberassem de certos esforços e que aumentassem a potência dos recursos de que dispunham. Na cultura grega, Heráclito e Aristóteles tentaram sem sucesso encontrar explicações filosóficas para os fenômenos do movimento. Foi Arquimedes quem enunciou os primeiros princípios realmente científicos dessa disciplina. O principal continuador da doutrina de Arquimedes foi o físico grego Heron de Alexandria, da florescente escola alexandrina dos primeiros séculos da era cristã. Embora seu livro Mecânico contivesse algumas afirmações errôneas (em conseqüência, principalmente, da fragilidade de suas formulações matemáticas), ele ali transmitia um profundo conhecimento dos sistemas de roldanas e demais máquinas simples. Após a queda do Império Romano, só no Renascimento os cientistas voltaram a interessar-se pela mecânica. No final do século XVI, o matemático e inventor holandês Simon Stevin ampliou os trabalhos de Arquimedes e solucionou o problema dos planos inclinados. Poucos anos depois surgiu o primeiro grande nome da mecânica, Galileu Galilei, que descobriu as leis do pêndulo e da queda livre e esboçou o princípio da inércia, um dos três pilares fundamentais da mecânica. Galileu solucionou também problemas de estatística, a partir de trabalhos de Stevin, e de descrição da trajetória de projéteis. No século XVII, uma revolução científica iniciada por Nicolau Copérnico e continuada por Galileu questionou o geocentrismo e afirmou o Sol como o centro do universo. No mesmo período, o holandês Christian Huyghens deu importante contribuição à dinâmica, com estudos sobre o movimento oscilatório dos pêndulos. Em 1642, ano da morte de Galileu, nasceu, na Inglaterra, Isaac Newton, que viria a estabelecer os princípios da mecânica clássica. Integrado a uma sociedade científica avançada, na qual sobressaíram personalidades como Edmond Halley e Robert Hooke, Newton escreveu uma obra capital para a evolução da física: Philosophiae naturalis principia mathematica (1687; Princípios matemáticos da filosofia natural), na qual enunciou os três axiomas básicos da mecânica e resolveu o problema do equilíbrio dinâmico do universo por meio da teoria da gravitação universal. O prestígio conquistado por Newton, alicerçado no êxito teórico e experimental de seus trabalhos, estendeu-se aos séculos seguintes. A partir de seus postulados e do método sistemático por ele elaborado, os irmãos Johann e Jakob Bernoulli solucionaram uma série de questões físicas, Leonard Euler aperfeiçoou a aplicação do cálculo infinitesimal às teorias mecânicas e d'Alembert reduziu as questões dinâmicas a problemas de equilíbrio. Apoiado nas idéias de Newton e d'Alembert, o matemático francês Joseph-Louis Lagrange, em Mécanique analytique (1788; Mecânica analítica), lançou as bases de uma concepção matemática e abstrata da mecânica clássica que, num estágio mais avançado, viria a ser utilizada pela física quântica, um século e meio depois. As contribuições do século XIX à mecânica não conduziram a alterações substanciais na teoria, mas permitiram obter importantes inovações tecnológicas com base em estudos anteriores. A aplicação do eletromagnetismo à mecânica deu origem às inovadoras hipóteses atômico- quânticas. A concepção relativista enunciada por Albert Einstein no início do século XX representou um duro golpe para a mecânica newtoniana, que ficou reduzida à particularização de um mundo físico muito mais complexo. Para a solução de problemas mecânicos simples, que não envolvam grandes velocidades nem altas temperaturas, no entanto, as doutrinas de Newton mantiveram vigência e aplicabilidade.Os filósofos e as máquinas A desconfiança da presença das máquinas e suas funções não partiu, como muitos pensam, de trabalhadores ignorantes ou de gente do campo.A fobia à maquina e ao que ela representa, como a racionalização da produção e demais implicações, foi também muito comum entre pensadores e outros consagrados homens de letras. - Platão contra a Calculadora. "Não sentir entusiasmo pela ciência e pela tecnologia não é apenas tolice - é suicídio." - Carl sagan, 1996. Consta que Platão, certa vez, advertiu seriamente dois dos seus discípulos por terem se socorrido de um aparelho que lhes permitira realizar, em pouco tempo, um cálculo geométrico. Advertiu-os de que recorrendo a um artificio técnico - a utilização de algo mecânico - "rompiam e deterioravam a dignidade de tudo o que existia de excelente na geometria", rebaixando-a do sublime abstrato às coisas sensíveis e materiais. Recorrer à técnica era associar-se ao vulgar, ao comezinho e ao banal. Esse é um clássico exemplo do misoneísmo, do enorme preconceito que os homens sábios de então moviam contra as coisas novas e práticas, contra o que poderia se identificar com o trabalho manual e aplicação tecnológica. Segundo Pierre-Maxime Schul, que historiou a relação dos filósofos com as máquinas, esse bloqueio contra a tecnologia foi um poderoso inibidor psicológico, além, naturalmente, da difusão da escravidão, que fez com que a economia daqueles tempos pouco conseguisse ir mais além da estagnação permanente. Mas as possibilidades da máquina, ou de um engenho tecnológico qualquer, vir a mudar o mundo já estava subentendido no dito de Arquimedes "dai-me uma alavanca que eu erguerei o mundo". Preconceito contra o Trabalho A existência da escravidão, praticada em todo o mundo antigo e depois estendida às Américas, tornava o trabalho indigno aos olhos dos homens livres, daí todas as tarefas a ela associadas parecerem-lhes degradantes. Mentalidade essa que, na cultura ocidental, só começou a se desfazer nos princípios do Renascimento, quando a vida ativa - apreciada pelos mercadores, descobridores e aventureiros - começou a ofuscar a vida contemplativa, tão a gosto de Aristóteles como dos monges cristãos. O homem verdadeiramente livre vivia para o ócio, enquanto o negócio era entregue à gente inferior, aos comerciantes ou aos escravos. Logo nenhum homem livre poderia atentar seriamente em dedicar-se às maquinas ou as melhorias produtivas em geral. Arquimedes, morto em 212 a.C., foi uma honrosa exceção em todo o mundo antigo. Mesmo os desenhos dos aparelhos de Leonardo da Vinci foram vistos por muitos como projetos de um visionário, sem nenhuma aplicação ao mundo prático, nada mais do que "sonhos tecnológicos". A aceitação delas, das máquinas, iniciou-se a partir do século XVII, quando sir Francis Bacon, o homem que disse ter tornado todo o conhecimento uma província sua, vislumbrou-lhe as desmedidas potencialidades para obter a soberania humana sobre a natureza em geral. Ambição resultante da dilatação dos horizontes do homem europeu, provocado pelos descobrimentos e pelo intenso contato com outras culturas espalhadas pelos mundo. O que o levou a concluir que "saber é poder", porque eram as máquinas, especialmente as militares, que permitiam aos escassos homens brancos que navegavam pelos oceanos naqueles tempos dominar rapidamente continentes inteiros. Logo, seguiu-o Descartes. Impressionado pela multiplicação dos aparelhos, das fontes e grotas artificiais, relógios, e artefatos mecânicos, deduziu que, em breve, utilizando-se deles em larga escala, o Homem tornar-se-ia "senhor e possuidor da Natureza". Mas tal entusiasmo arrefeceu, pelo menos entre os pensadores do século XIX. Com a proliferação do sistema fabril que tornou o mundo urbano mais feio, com sua estética cinzenta, da fumaça e da chaminé, juntou-se no mesmo espaço citadino uma enorme capacidade produtiva e uma miséria assombrosa, ativando um intensa luta de classes e uma continua tensão social daí decorrente. Como reação a isso, geraram-se os primeiros projetos socio-utópicos de Saint-Simon, de Charles Fourier e de Robert Owen, extremamente críticos à extensão das máquinas a todos os ramos da produção. Eles viram na máquina um inimigo capaz de extrair o sangue dos operários industriais, ao mesmo tempo em que os atava a um sistema produtivo que não distanciava-se muito das condições sociais existentes na escravidão. Posição que foi largamente assumida por Karl Marx e Frederico Engels, os pais fundadores do socialismo moderno. A derradeira oposição furiosa, já no nosso século, contra a máquina e sua aplicação maciça, foi desencadeada pelos pensadores alemães, especialmente Oswald Spengler e Martin Heidegger. Legítimos sobreviventes do romantismo alemão encararam-na como um demônio moderno corroendo as entranhas da Gemeinschaft, a sociedade comunitária, aviltando-nos com sua materialidade, sua racionalidade e regulamentação produtiva, tornando o Homem "de seu criador em seu escravo". A máquina era o grilhão do escravo moderno e o trabalho fabril sua condenação às galés. Imaginaram-no, o mundo da técnica, convertido num novo Leviatã, impondo ao Homem a dura tarefa de transformar-se ou morrer. Heidegger viu em Hitler, em certo momento, como o único capaz de fazer a Alemanha reverter ao mundo idílico da sociedade pastoril, ao bucolismo da vida rural, ao sangue e ao solo. Kafka, por sua vez, outro assombrado por ela, descreveu-a como um instrumento de tortura, apresentando-a, no conto A Colônia Penal, como uma espécie de robô-canibal. Somente após a II Guerra Mundial que esses acessos fóbicos contra a tecnologia e a máquina começaram enfim a ceder. As maravilhas que foram propiciadas pelas técnicas, em quase todos os campos, foram calando as temerosas e agourentas vozes de protesto. É certo que ainda existem rumores rancorosos e assombrados, especialmente entre a atual intelectualidade francesa (que vê o universo da tecnologia e da máquina como sendo essencialmente uma expressão norte-americana), mas ninguém ousa defender uma política ludita, pretendendo destruí-las. O mundo da ação, representado pelo ininterrupto funcionamento dos engenhos, suplantou definitivamente o mundo abstrato da contemplação. Noções gerais dos materiais A matéria é constituída de pequenas partes, chamadas átomos. O átomo constitui-se de um núcleo carregado de eletricidade positiva e em sua volta giram os elétrons carregados de carga negativa. O átomo é eletricamente neutro, enquanto a carga positiva concentrada no seu núcleo é igual à carga negativa dos elétrons. Figura 1 - Modelo Atômico de Rutherford - Modelo Pla netário do Átomo Em muitas substâncias, os átomos se juntam em pequenos grupos, formando as moléculas. Observe na imagem. Figura 3 – Estrutura Cúbica de Corpo Centrado Figura 2– Estrutura Cúbica de Faces Centradas Fonte: Callister (2002, p . 22). Para compreender melhor como acontece a formação de moléculas, veja um exemplo concreto. Uma molécula de água (H2O) é constituída por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. As substâncias sólidas podem se apresentar no estado amorfo e no cristalino. Nos corpos em estado amorfo, os átomos das moléculas se apresentam desordenados, enquanto os corpos em estado cristalino apresentam os átomos ordenados e ligados por determinados pontos. No caso dos materiais metálicos, a disposição dos átomos no cristal elementar pode ser: ▪ Cúbica de corpos centrados (metais duros: ferro, cobre, níquel, alumínio, ouro etc.). ▪ Cúbica de faces centradas (metais dúcteis : ferro, cobre, níquel, alumínio, ouro etc.). ▪ Hexagonal (zinco e magnésio). No caso do ferro, na passagem de um estado para outro estado, temos um acréscimode átomos, ou seja, o aumento da densidade. O conhecimento da temperatura exata, onde se verifica tal fenômeno, tem particular importância para a execução dos tratamentos térmicos dos materiais ferrosos; você sabia? Pois saiba que há muitas descobertas ainda pela frente. Figura 4- Estrutura Hexagonal Compacta Propriedades físicas e químicas São propriedades que o material possui por natureza, independentes de fatores externos. A densidade ou massa específica é a massa da unidade de volume de certa substância, dada pela razão da massa m, representada em g e seu volume V em cm3. Se multiplicarmos a massa específica(kg/ dm3) pela aceleração da gravidade (g =9,81m/s2) temos o peso específico (kgf/dm3). TTTaaabbbeeelllaaa PPPeeerrriiióóódddiiicccaaa A condutibilidade térmica e elétrica refere-se à capacidade que o metal apresenta ao conduzir o calor e a eletricidade. São bons condutores de calor e eletricidade: a prata, o cobre e o alumínio. Tabela 1- Temperatura de fusão Fonte: Adaptado de metal Mundi(2010) Propriedades mecânicas Como importantes propriedades mecânicas, apresentamos a resistência, a ductilidade e a tenacidade. A resistência à tração é a capacidade que o material possui em suportar esforços em sentidos opostos, mais precisamente, no sentido do seu alongamento. A ductibilidade é a capacidade que os materiais possuem de sofrer deformação sem se romper, conforme descrito anteriormente. Nos processos de usinagem, essa propriedade é bem visível, pois os materiais dúcteis geram cavacos contínuos, formando espiral, enquanto os não dúcteis geram cavacos curtos, cujo formato se aproxima de uma vírgula, ou até mesmo se apresentam na forma de pó, como no caso do ferro fundido, grafite e bronze. O aço (sem tratamento), o cobre e o alumínio são exemplos de materiais dúcteis. A tenacidade é a capacidade que alguns materiais possuem de resistência ao impacto. Muitas vezes, o material é bastante resistente em termos de dureza, porém não resiste a esforços intermitentes. Como exemplo de materiais tenazes, temos o aço e o cobre. O metal duro e a cerâmica são exemplos de materiais não tenazes. Inclusive, nas últimas décadas, houve uma tendência forte no desenvolvimento de insertos cerâmicos para usinagem, porém, para fresamento, ela não é adequada, justamente devido a sua baixíssima tenacidade. Na aplicação de cada material deve se levar em conta as propriedades dos materiais, tais como: • Mecânica (relaciona: deformação com força. Ex: E, σ); • Elétrica (estímulo = campo elétrico. Ex: condutividade elétrica, condutividade dielétrica); • Térmica (capacidade calorífica e condutividade térmica); • Magnética (resposta do material à aplicação de um campo magnético); • Ótica (estímulo = radiação eletromagnética ou a radiação luminosa. Ex: Índice de Refração, Refletividade); De acordo com as condições de serviço é o fator que dita as propriedades dos materiais a serem utilizados. Lembrando que é raro o material ideal que assume todas as necessidades para aquele tipo de trabalho. • Comparando a resistência dos materiais com a deterioração das propriedades durante o trabalho. ↑ resistência ⇒ ↓ ductilidade ↓ Resistência com ↑ Temperatura ou Corrosão A ciência dos materiais envolve a investigação das relações entre as propriedades e as estruturas dos materiais. No nível atômico, a estrutura engloba a organização dos átomos ou moléc outros. A inter-relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho é linear: Exercícios de Fixação 1) Descreva 5 objetos e o material(ais) de que foram feitos. 2) A qual (ais) propriedades estão associados? 3) Dê exemplos de 5 objetos e suas aplicações(para que servem). A ciência dos materiais envolve a investigação das relações entre as propriedades e as No nível atômico, a estrutura engloba a organização dos átomos ou moléc relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho é linear: 5 objetos e o material(ais) de que foram feitos. (ais) propriedades estão associados? exemplos de 5 objetos e suas aplicações(para que servem). A ciência dos materiais envolve a investigação das relações entre as propriedades e as No nível atômico, a estrutura engloba a organização dos átomos ou moléculas em relação aos relação entre processamento, estrutura, propriedades e desempenho é linear: exemplos de 5 objetos e suas aplicações(para que servem). Propriedades dos metais Materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. Eles têm grande número de elétrons não localizados, isto é, estes elétrons não estão amarrados a particulares átomos. Muitas propriedades de metais são diretamente atribuíveis a estes elétrons.Metais são extremamente bons condutores de eletricidade e de calor e não são transparentes à luz visível: a superfície de um metal polido tem aparência lustrosa. Além disso, metais são bastante fortes, ainda deformáveis, que respondem pelo seu extensivo uso em aplicações estruturais. Principais propriedades: � Condutores de eletricidade e calor; � Não transparente a luz visível; � Têm aparência lustrosa quando polidos; � Geralmente são resistentes e deformáveis; � São muito utilizados para aplicações estruturais. Propriedades dos materiais cerâmicos Materiais cerâmicos são compostos entre elementos metálicos e não-metálicos: eles são muito freqüentemente óxidos, nitretos e carbetos. A larga faixa de materiais que caem dentro desta classificação inclui cerâmicas que são compostas de minerais de argilas, cimento e vidro. Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e de calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes rudes do que metais e polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são duras, mas muito frágeis. São compostos de elementos metálicos e não metálicos (freqüentemente óxidos, nitreto e carbeto – compostos por minerais argilosos, cimento e vidro) Principais propriedades: � Isolantes de eletricidade e calor; � Resistentes à alta temperatura e ambientes abrasivos (mais que metais e polímeros); � Duros, porém muito quebradiços. Propriedades dos materiais Polímeros Polímeros incluem os materiais familiares, plástico e borracha. Muitos deles são compostos orgânicos que são quimicamente baseados em carbono, hidrogênio, e outros elementos não metálicos; além disto, eles têm muito grandes estruturas moleculares. Estes materiais têm tipicamente baixas densidades e podem ser extremamente flexíveis. Materiais comuns de plástico e borracha. Muitos são compostos orgânicos que tem sua química baseada no carbono, hidrogênio e outros elementos não metálicos. Materiais avançados São materiais utilizados em aplicações de tecnologia de ponta, ou seja, utilizados para fabricação de dispositivos ou componentes que operam usando princípios sofisticados. Exemplos: equipamentos eletrônicos (CD players, DVDs), computadores, sistemas de fibra óptica, foguetes e mísseis militares, lasers, displays de cristal líquido, indústria aeroespacial, etc. Estes materiais são geralmente materiais tradicionais cujas propriedades são otimizadas ou materiais novos de alto desempenho. Necessidade de materiais avançados Devido ao aumento da tecnologia, de superação cada vez mais de limites, existe uma real necessidade de se encontrar materiais com características ideais para cada aplicação. Pesquisadores estão trabalhando cada vez mais para otimizar características destes materiais. Principais necessidades: • Alto desempenho; • Baixo peso (aeronaves, trens, etc) e altaresistência; • Resistência à altas temperaturas (motores); • Desenvolvimento de materiais que sejam menos danosos ao meio ambiente e mais fáceis de serem reciclados ou regenerados (petróleo). Biomateriais Biomateriais são empregados em componentes para implantes de partes em seres humanos. Esses materiais não devem produzir substâncias tóxicas e devem ser compatíveis com o tecido humano (isto é, não deve causar rejeição). Exemplos:Metais, cerâmicos, compósitos e polímeros podem ser usados como biomateriais. Exercícios de Fixação Para cada tipo de material citado abaixo, dê três exemplos. a) materiais metálicos b) materiais cerâmicos c) materiais avançados d) materiais poliméricos. Propriedades mecânicas As propriedades mecânicas definem o comportamento do material quando sujeitos a esforços mecânicos, pois estas estão relacionadas à capacidade do material de resistir ou transmitir estes esforços aplicados sem romper e sem se deformar de forma incontrolável. As principais propriedades mecânicas são: � Resistencia à tração � Elasticidade � Ductilidade � Fluência � Fadiga � Dureza � Tenacidade... Cada uma dessas propriedades está associada à habilidade do material de resistir às forças mecânicas e/ou de transmiti-las. Abaixo segue os tipos de tensão que uma estrutura está sujeita. � Tração � Compressão � Cisalhamento � Torção A forma mais utilizada para determinar as propriedades mecânicas é através de ensaios mecânicos. Utilizam-se normalmente corpos de prova para o ensaio mecânico, não é praticável realizar o ensaio na própria peça, que seria o ideal. Geralmente, usam-se normas técnicas para o procedimento das medidas e confecção do corpo de prova para garantir que os resultados sejam comparáveis. Segue as normas técnicas mais aplicadas para os metais: � ASTM (American Society for Testing and Materials) � ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) Ensaios Principais ensaios para encontrar as propriedades mecânicas: � Resistência à tração � Resistência à compressão � Resistência à torção � Resistência ao choque � Resistência ao desgaste � Resistência à fadiga � Dureza Resistência à tração É medida submetendo-se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento A Norma aplicada para os metais é a NBR Principais ensaios para encontrar as propriedades mecânicas: Resistência à compressão se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento A Norma aplicada para os metais é a NBR-6152. se o material à uma carga ou força de tração, paulatinamente crescente, que promove uma deformação progressiva de aumento de comprimento Segue equivalência entre as unidades de medida de pressão ( Quadro de conversões ). Exercícios de Fixação 1. Calcule as tensões para os casos abaixo, dando o resultado em N/mm². a) 55 Kgf. e 32 x 21 mm b) 124N e 14 x14 mm c) 41kgf e 30 mm diâmetro d) 233N e 12x15mm e) 48,2 Kgf. e 34 mm diâmetro f) 245 kgf. e 5 x 5,8 cm 2. Calcule as deformações para os casos e indique em qual situação ocorreu uma maior deformação do material. a) lo = 36mm l f= 45mm b) l o = 22mm l f= 35mm c) l o = 34mm l f= 52mm d) l o = 16mm l f= 35mm e) lo = 6mm l f= 14mm f) l o = 56mm l f= 75mm g) l o = 43mm l f= 86mm 1 N = 0,10 2kgf 1 kgf = 0,454 lb = 9,807 N 1 MPa = 1N/mm2 = 0,102 kgf/mm2 1 kgf/mm2 = 1422,27 psi = 9,807 MPa = 9,807 N/mm2 3. Calcule a deformação sofrida por um corpo de 15 passou a apresentar 16 cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual. 4. Sabendo que a tensão de um corpo é igual a 12 N/mm tensão em kgf/mm2? (Consulte o quadro de conversões, se necessário). Comportamento dos metais quando submetidos à traçã o Dentro de certos limites, a deformação é proporcional Deformação elástica e plástica � Precede à deformação plástica � É reversível � Desaparece quando a tensão é removida � É proporcional à tensão aplicada (obedece a lei de Hooke) Resistência máxima à tração Calcule a deformação sofrida por um corpo de 15 cm, que após um ensaio de tração cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual. Sabendo que a tensão de um corpo é igual a 12 N/mm2, a quanto corresponde essa ? (Consulte o quadro de conversões, se necessário). Comportamento dos metais quando submetidos à traçã o a deformação é proporcional à tensão (a lei de Hooke é obedecida) ormação elástica e plástica Precede à deformação plástica Desaparece quando a tensão é removida É proporcional à tensão aplicada (obedece cm, que após um ensaio de tração cm de comprimento. Expresse a resposta de forma percentual. , a quanto corresponde essa ? (Consulte o quadro de conversões, se necessário). à tensão (a lei de Hooke é obedecida) DEFORMAÇÃO PLÁSTICA � É provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade � É irreversível; é resultado do deslocamento permanente dos átomos e, portanto não desaparece quando a tensão é removida Módulo de elasticidade ou Módulo de Young É o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. Está relacionado com a rigidez do material ou à resistência à deformação elástica. Escoamento Esse fenômeno é nitidamente observado em alguns metais de natureza dúctil, como aços baixo teor de carbono. Caracteriza-se por um grande alongamento sem acréscimo de carga. Resistência à Tração (Kgf/mm 2) Corresponde à tensão máxima aplicada ao material antes da ruptura. É calculada dividindo-se a carga máxima suportada pelo material pela área de seção reta inicial. Tensão de Ruptura O limite de ruptura é geralmente inferior ao limite de resistência em virtude de que a área da seção reta para um material dúctil reduz-se antes da ruptura. Ductilidade em termos de alongamento Corresponde ao alongamento total do material devido à deformação plástica � %alongamento= (lf-lo/lo)x100 Tenacidade Corresponde à capacidade do material de absorver energia até sua ruptura. Variação das propriedades mecânicas com a temperatu ra Falhas ou rupturas nos metais As falhas ou rupturas nos metais Fadiga Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixa material. Fratura � Dúctil a deformação plástica continua até uma redução na área Corresponde à capacidade do material bsorver energia até sua ruptura. Variação das propriedades mecânicas com a temperatu ra Falhas ou rupturas nos metais As falhas ou rupturas nos metais ocorrem principalmente por: Fratura, Fluência e Fadiga. Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma carga estática à temperaturas relativamente baixas em relação ao ponto de fusão do a deformação plástica continua até uma redução na área ocorrem principalmente por: Fratura, Fluência e Fadiga. Consiste na separação do material em 2 ou mais partes devido à aplicação de uma s em relação ao ponto de fusão do a deformação plástica continua até uma redução na área. � Frágil não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições no material. Tipos de fratura Mecanismo da fratura dúctil a- formação do pescoço b- formação de cavidades c- coalescimento das cavidades para promover uma trinca ou fissura d- formação e propagação da trinca em umângulo de 45 graus em relação à tensão aplicada e- rompimento do material por propagação da trinca. Fluência Quando um metal é solicitado por uma carga, imediatamente sofre uma deformação elástica. Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o tempo (fluência) até haver um estrangulamento e ruptura do material não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições Mecanismo da fratura dúctil coalescimento das cavidades para formação e propagação da trinca em 45 graus em relação à rompimento do material por propagação por uma carga, imediatamente sofre uma deformação elástica. Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o tempo (fluência) até haver um estrangulamento e ruptura do material. não ocorre deformação plástica, requerendo menos energia que a fratura dúctil que consome energia para o movimento de discordâncias e imperfeições por uma carga, imediatamente sofre uma deformação elástica. Com a aplicação de uma carga constante, a deformação plástica progride lentamente com o Então, a fluência é definida como a deformação permanente, dependente do tempo e da temperatura, quando o material é submetido à uma carga constante. Este fator muitas vezes limita o tempo de vida de um determinado componente ou estrutura. FATORES QUE AFETAM A FLUÊNCIA � Temperatura � Módulo de elasticidade � Tamanho de grão Em geral: � Quanto maior o ponto de fusão, maior o módulo de elasticidade e maior é a resistência à fluência. � Quanto maior o tamanho de grão maior é a resistência à fluência. Fadiga É a forma de falha ou ruptura que ocorre nas estruturas sujeitas à forças dinâmicas e cíclicas Nessas situações o material rompe com tensões muito inferiores à correspondente à resistência à tração (determinada para cargas estáticas). É comum ocorrer em estruturas como pontes, A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil Os esforços alternados que podem levar à fadiga � Tração � Tração e compressão � Flexão � Torção,... Traçagem Desenhando no material Muitas vezes, dentro do processo de fabricação mecânica, é necessário prever se a peça em bruto ou pré-usinada resultará realmente na peça acabada que se deseja, isto é, se as dimensões da peça em bruto são suficientes para permitir a usinagem final. Isso geralm acontece na produção de peças únicas, na fabricação de pequenas séries ou na produção de primeiros lotes de peças de uma grande série. Para fazer isso, executa-se um conjunto de operações chamado de traçagem são marcadas na peça final da peça após a usinagem. Com o auxílio da traçagem, são transportados para a peça os desenhos dos planos e outros pontos ou linhas importantes para a usinagem e o acabamento. É comum ocorrer em estruturas como pontes, aviões, componentes de máquinas A falha por fadiga é geralmente de natureza frágil mesmo em materiais dúcteis. Os esforços alternados que podem levar à fadiga podem ser: vezes, dentro do processo de fabricação mecânica, é necessário prever se a peça em usinada resultará realmente na peça acabada que se deseja, isto é, se as dimensões da peça em bruto são suficientes para permitir a usinagem final. Isso geralm acontece na produção de peças únicas, na fabricação de pequenas séries ou na produção de primeiros lotes de peças de uma grande série. se um conjunto de operações chamado de traçagem traçagem são marcadas na peça pré-usinada as linhas e os pontos que delimitam o formato final da peça após a usinagem. Com o auxílio da traçagem, são transportados para a peça os desenhos dos planos e outros pontos ou linhas importantes para a usinagem e o acabamento. componentes de máquinas. mesmo em materiais dúcteis. vezes, dentro do processo de fabricação mecânica, é necessário prever se a peça em usinada resultará realmente na peça acabada que se deseja, isto é, se as dimensões da peça em bruto são suficientes para permitir a usinagem final. Isso geralmente acontece na produção de peças únicas, na fabricação de pequenas séries ou na produção de traçagem . Por meio da usinada as linhas e os pontos que delimitam o formato final da peça após a usinagem. Com o auxílio da traçagem, são transportados para a peça os desenhos dos planos e outros pontos ou linhas importantes para a usinagem e o acabamento. Como a traçagem consiste basicamente em desenhar no material a correta localização dos furos, rebaixos, canais, rasgos e outros detalhes, ela permite visualizar as formas finais da peça. Isso ajuda a prevenir falhas ou erros de interpretação de desenho na usinagem, o resultaria na perda do trabalho e da peça. O trabalho de traçagem pode ser classificado em dois tipos: Traçagem plana , que se realiza em superfícies planas de chapas ou peças de pequena espessura. Traçagem no espaço , que se realiza em peças Nesse caso, a traçagem se caracteriza por delimitar volumes e marcar centros. Na traçagem é preciso considerar duas referências: • a superfície de referência , ou seja, o local no qual a peça se apoia; • o plano de referência, ou seja, a linha a partir da qual toda a traçagem da peça é orientada. agem consiste basicamente em desenhar no material a correta localização dos furos, rebaixos, canais, rasgos e outros detalhes, ela permite visualizar as formas finais da peça. Isso ajuda a prevenir falhas ou erros de interpretação de desenho na usinagem, o resultaria na perda do trabalho e da peça. O trabalho de traçagem pode ser classificado em dois tipos: , que se realiza em peças forjadas e fundidas e que não são planas. Nesse caso, a traçagem se caracteriza por delimitar volumes e marcar centros. Na traçagem é preciso considerar duas referências: , ou seja, o local no qual a peça se apoia; referência, ou seja, a linha a partir da qual toda a traçagem da peça é orientada. agem consiste basicamente em desenhar no material a correta localização dos furos, rebaixos, canais, rasgos e outros detalhes, ela permite visualizar as formas finais da peça. Isso ajuda a prevenir falhas ou erros de interpretação de desenho na usinagem, o que forjadas e fundidas e que não são planas. Nesse caso, a traçagem se caracteriza por delimitar volumes e marcar centros. referência, ou seja, a linha a partir da qual toda a traçagem da peça é orientada. Dependendo do formato da peça, a linha que indica o plano de referência pode corresponder à linha de centro. Da mesma forma, o plano de referência pode coincidir com Dependendo do formato da peça, a linha que indica o plano de referência pode corresponder à Da mesma forma, o plano de referência pode coincidir com a superfície de referência. Dependendo do formato da peça, a linha que indica o plano de referência pode corresponder à a superfície de referência. Os conceitos que você conheceu nesta primeira parte da aula são importantes. Dê uma parada para estudá-los. Pare! Estude! Responda! Exercícios � Responda às seguintes perguntas. a) Para que é utilizada a traçagem? b) Como é possível prevenir erros na usinagem e saber se o material em bruto possui dimensões suficientes? � Complete com as expressões traçagem plana ou traçagem no espaço. a) A .............................. é realizada em peças forjadas ou fundidas sem superfície de apoio a fim de delimitar volumes e marcar centros. b) A .............................. é realizada em superfícies de chapas ou peças de pequena espessura. � Diga com suas palavras o que é: a) Plano de referência. b) Superfície de referência. Instrumentos e materiais para traçagem Para realizar a traçagem é necessário ter alguns instrumentos e materiais. Os instrumentos são muitos e variados: mesa detraçagem ou desempeno, escala, graminho, riscador, régua de traçar, suta, compasso, esquadro d macacos de altura variável, cantoneiras, cubo de traçagem. Para cada etapa da traçagem um desses instrumentos ou grupo de instrumentos é usado. Assim, para apoiar a peça, usa formato da peça e da maneira como precisa ser apoiada, é necessário também usar macacos, cantoneiras e/ou o cubo de traçagem Para medir usam-se: escala , goniômetro Instrumentos e materiais para traçagem Para realizar a traçagem é necessário ter alguns instrumentos e materiais. Os instrumentos são muitos e variados: mesa de traçagem ou desempeno, escala, graminho, riscador, régua de traçar, suta, compasso, esquadro de centrar, cruz de centrar, punção e martelo, calços em V, macacos de altura variável, cantoneiras, cubo de traçagem. Para cada etapa da traçagem um desses instrumentos ou grupo de instrumentos é usado. Assim, para apoiar a peça, usa-se a mesa de traçagem ou desempeno. formato da peça e da maneira como precisa ser apoiada, é necessário também usar cubo de traçagem . goniômetro ou calibrador traçador . Para realizar a traçagem é necessário ter alguns instrumentos e materiais. Os instrumentos são muitos e variados: mesa de traçagem ou desempeno, escala, graminho, riscador, régua de e centrar, cruz de centrar, punção e martelo, calços em V, Para cada etapa da traçagem um desses instrumentos ou grupo de instrumentos é usado. desempeno. Dependendo do formato da peça e da maneira como precisa ser apoiada, é necessário também usar calços , Para traçar, usa-se o riscador , o Para auxiliar na traçagem usa-se tampões , gabaritos . , o compasso e o graminho ou calibrador traçador se régua , esquadros de base , o esquadro de centrar calibrador traçador . esquadro de centrar , a suta , Para marcar usam- se um punção e um martelo . Para que o traçado seja mais nítido, as superfícies das peças devem ser pintadas com soluções corantes. O tipo de solução depende da superfície do material e do controle do traçado. O quadro a seguir resume as informações sobre essas soluções. Substância Composição Verniz Goma-laca, álcool, anilina Solução de alvaiade Alvaiade, água ou álcool. Gesso diluído Gesso, água, cola comum de madeira, óleo de linhaça, secante. Gesso seco Gesso comum (giz) Tinta Já preparada no comércio. Tinta negra especial Já preparada no comércio que o traçado seja mais nítido, as superfícies das peças devem ser pintadas com soluções corantes. O tipo de solução depende da superfície do material e do controle do traçado. O quadro a seguir resume as informações sobre essas soluções. Superfícies Traçado laca, álcool, Lisas ou polidas Rigoroso Alvaiade, água ou Em bruto Sem rigor Gesso, água, cola de madeira, óleo de Em bruto Sem rigor Gesso comum (giz) Em bruto Pouco rigoroso Já preparada no Lisas Rigoroso Já preparada no De metais claros Qualquer que o traçado seja mais nítido, as superfícies das peças devem ser pintadas com soluções corantes. O tipo de solução depende da superfície do material e do controle do traçado. O quadro a seguir resume as informações sobre essas soluções. Quando há necessidade de realizar a traçagem em peças fundidas ou forjadas muito é possível fazê-lo em máquinas de traçagem. Agora que você já conheceu quais os materiais e instrumentos necessários à traçagem, vamos estudar um pouco antes de aprender como essas operações são executadas. Pare! Estude! Responda! Quando há necessidade de realizar a traçagem em peças fundidas ou forjadas muito lo em máquinas de traçagem. Agora que você já conheceu quais os materiais e instrumentos necessários à traçagem, vamos estudar um pouco antes de aprender como essas operações são executadas. Quando há necessidade de realizar a traçagem em peças fundidas ou forjadas muito grandes, Agora que você já conheceu quais os materiais e instrumentos necessários à traçagem, vamos estudar um pouco antes de aprender como essas operações são executadas. Exercícios � Relaciona a coluna A (o que fazer) com a coluna B (ins-trumentos). Coluna A Coluna B a) ( ) Para medir 1. régua, esquadro de base e de centrar, b) ( ) Para traçar suta, tampões, gabaritos. c) ( ) Para auxiliar 2. riscador, compasso, graminho. d) ( ) Para marcar 3. escala, graminho. 4. soluções corantes. 5. punção e martelo. 6. mesa de traçagem. 5. Responda às seguintes perguntas. a) O que se usa para apoiar a peça durante a traçagem? b) O que é usado para auxiliar no apoio de peças de formato irregular? c) Quais são os fatores que influenciam na escolha das soluções corantes? Lubrificação industrial Uma empresa de bebidas utiliza em sua linha de produção uma esteira com mancais de rolamento. A esteira transporta garrafas que são enchidas com um delicioso refrigerante diet. De tempos em tempos, o funcionário encarregado da lubrificação das máquinas e equipamentos ia até a esteira para lubrificá esteira utilizavam um lubrificante com características especiais. Quais eram as características especiais do lubrificante usado nos mancais de rolamento da esteira? Resposta para esta pergunta e outras informações a respeito de lubrificação e lubrificantes serão dadas nesta aula. Conceito e objetivos da lubrificação A lubrificação é uma operação que consiste em introduzir uma substância apropriada entre superfícies sólidas que estejam em contato entre si e que executam movimentos relativos. Essa substância apropriada normalmente é um óleo ou uma graxa que impede o contato direto entre as superfícies sólidas. Quando recobertos por um lubrificante, os pontos de atrito das superfícies sólidas fazem com que o atrito sólido seja substituído pelo atrito fluido, ou seja, em at sólida e um fluido. Nessas condições, o desgaste entre as superfícies será bastante reduzido. Lubrificação industrial Uma empresa de bebidas utiliza em sua linha de produção uma esteira com mancais de transporta garrafas que são enchidas com um delicioso refrigerante diet. De tempos em tempos, o funcionário encarregado da lubrificação das máquinas e equipamentos ia até a esteira para lubrificá-la. Ele sabia que os mancais de rolamento da avam um lubrificante com características especiais. Quais eram as características especiais do lubrificante usado nos mancais de rolamento da Resposta para esta pergunta e outras informações a respeito de lubrificação e lubrificantes Conceito e objetivos da lubrificação A lubrificação é uma operação que consiste em introduzir uma substância apropriada entre superfícies sólidas que estejam em contato entre si e que executam movimentos relativos. ormalmente é um óleo ou uma graxa que impede o contato direto Quando recobertos por um lubrificante, os pontos de atrito das superfícies sólidas fazem com que o atrito sólido seja substituído pelo atrito fluido, ou seja, em atrito entre uma superfície sólida e um fluido. Nessas condições, o desgaste entre as superfícies será bastante reduzido. Uma empresa de bebidas utiliza em sua linha de produção uma esteira com mancais de transporta garrafas que são enchidas com um delicioso refrigerante diet. De tempos em tempos, o funcionário encarregado da lubrificação das máquinas e la. Ele sabia que os mancais de rolamento da Quais eram as características especiais do lubrificante usado nos mancais de rolamento da Resposta para esta pergunta e outras informações a respeito de lubrificação e lubrificantes A lubrificação é uma operação que consiste em introduzir uma substância apropriada entre superfícies sólidas que estejam em contato entre si e que executam movimentos relativos. ormalmente é um óleo ou uma graxa que impede o contato direto Quando recobertos por um lubrificante, os pontos deatrito das superfícies sólidas fazem com rito entre uma superfície sólida e um fluido. Nessas condições, o desgaste entre as superfícies será bastante reduzido. Além dessa redução do atrito, outros objetivos são alcançados com a lubrificação, se a substância lubrificante for selecionada � menor dissipação de energia na forma de calor; � redução da temperatura, pois o lubrificante também refrigera; � redução da corrosão; � redução de vibrações e ruídos; � redução do desgaste. Lubrificantes Os lubrificantes podem ser gasosos como o como as graxas e sólidos como a grafita, o talco, a mica etc. Contudo, os lubrificantes mais práticos e de uso diário são os líquidos e os semi os óleos e as graxas. Classificação do s óleos quanto à origem Quanto à origem, os óleos podem ser classificados em quatro categorias: óleos minerais, óleos vegetais, óleos animais e óleos sintéticos. Além dessa redução do atrito, outros objetivos são alcançados com a lubrificação, se a substância lubrificante for selecionada corretamente: menor dissipação de energia na forma de calor; redução da temperatura, pois o lubrificante também refrigera; redução de vibrações e ruídos; Os lubrificantes podem ser gasosos como o ar; líquidos como os óleos em geral; semi como as graxas e sólidos como a grafita, o talco, a mica etc. Contudo, os lubrificantes mais práticos e de uso diário são os líquidos e os semi s óleos quanto à origem Quanto à origem, os óleos podem ser classificados em quatro categorias: óleos minerais, óleos vegetais, óleos animais e óleos sintéticos. Além dessa redução do atrito, outros objetivos são alcançados com a lubrificação, se a ar; líquidos como os óleos em geral; semi-sólidos Contudo, os lubrificantes mais práticos e de uso diário são os líquidos e os semi-sólidos, isto é, Quanto à origem, os óleos podem ser classificados em quatro categorias: óleos minerais, óleos Óleos minerais - São substâncias obtidas a partir do petróleo e, de acordo com sua estrutura molecular, são classificadas em óleos parafínicos ou óleos naftênicos. Óleos vegetais - São extraídos de sementes: soja, girassol, milho, algodão, arroz, mamona, oiticica, babaçu etc. Óleos animais - São extraídos de animais como a baleia, o cachalote, o bacalhau, a capivara etc. Óleos sintéticos - São produzidos em indústrias químicas que utilizam substâncias orgânicas e inorgânicas para fabricá-los. Estas substâncias podem ser silicones, ésteres, resinas, glicerinas etc. Aplicações dos óleos Os óleos animais e vegetais raramente são usados isoladamente como lubrificantes, por causa da sua baixa resistência à oxidação, quando comparados a outros tipos de lubrificantes. Em vista disso, eles geralmente são adicionados aos óleos minerais com a função de atuar como agentes de oleosidade. A mistura obtida apresenta características eficientes para lubrificação, especialmente em regiões de difícil lubrificação. Alguns óleos vegetais são usados na alimentação humana. Você é capaz de citar alguns? Os óleos sintéticos são de aplicação muito rara, em razão de seu elevado custo, e são utilizados nos casos em que outros tipos de substâncias não têm atuação eficiente. Os óleos minerais são os mais utilizados nos mecanismos industriais, sendo obtidos em larga escala a partir do petróleo. Características dos óleos lubrificantes Os óleos lubrificantes, antes de serem colocados à venda pelo fabricante, são submetidos a ensaios físicos padronizados que, além de controlarem a qualidade do produto, servem como parâmetros para os usuários. Os principais ensaios físicos padronizados para os óleos lubrificantes encontram-se resumidos na tabela a seguir. Tipo de ensaio O que determina o ensaio Viscosidade Resistência ao escoamento oferecida pelo óleo. A viscosidade é inversamente proporcional à temperatura. O ensaio é efetuado em aparelhos denominados viscosímetros. Os viscosímetros mais utilizados são o Saybolt, o Engler, o Redwood e o Ostwald. Índice de viscosidade Mostra como varia a viscosidade de um óleo conforme as variações de temperatura. Os óleos minerais parafínicos são os que apresentam menor variação da viscosidade quando varia a temperatura e, por isso, possuem índices de viscosidade mais elevados que os naftênicos. Densidade relativa Relação entre a densidade do óleo a 20°C e a densidade da água a 4°C ou a relação entre a densidade do óleo a 60°F e a densidade da água a 60°F. Ponto de fulgor (flash point) Temperatura mínima à qual pode inflamar-se o vapor de óleo, no mínimo, durante 5 segundos. O ponto de fulgor é um dado importante quando se lida com óleos que trabalham em altas temperaturas. Ponto de combustão Temperatura mínima em que se sustenta a queima do óleo. Ponto de mínima fluidez Temperatura mínima em que ocorre o escoamento do óleo por gravidade. O ponto de mínima fluidez é um dado importante quando se lida com óleos que trabalham em baixas temperaturas. Resíduos de carvão Resíduos sólidos que permanecem após a destilação destrutiva do óleo. Graxas As graxas são compostos lubrificantes semi-sólidos constituídos por uma mistura de óleo, aditivos e agentes engrossadores chamados sabões metálicos, à base de alumínio, cálcio, sódio, lítio e bário. Elas são utilizadas onde o uso de óleos não é recomendado. As graxas também passam por ensaios físicos padronizados e os principais encontram-se no quadro a seguir. Tipo de ensaio O que determina o ensaio Consistência Dureza relativa, resistência à penetração. Estrutura Tato, aparência. Filamentação Capacidade de formar fios ou filamentos Adesividade Capacidade de aderência. Ponto de fusão ou gotejo Temperatura na qual a graxa passa para o estado líquido. Tipos de graxa Os tipos de graxa são classificados com base no sabão utilizado em sua fabricação. Graxa à base de alumínio : macia; quase sempre filamentosa; resistente à água; boa estabilidade estrutural quando em uso; pode trabalhar em temperaturas de até 71°C. É utilizada em mancais de rolamento de baixa velocidade e em chassis. Graxa à base de cálcio: vaselinada; resistente à água; boa estabilidade estrutural quando em uso; deixa-se aplicar facilmente com pistola; pode trabalhar em temperaturas de até 77°C. É aplicada em chassis e em bombas d’água. Graxa à base de sódio: geralmente fibrosa; em geral não resiste à água; boa estabilidade estrutural quando em uso. Pode trabalhar em ambientes com temperatura de até 150°C. É aplicada em mancais de rolamento, mancais de rodas, juntas universais etc. Graxa à base de lítio: vaselinada; boa estabilidade estrutural quando em uso; resistente à água; pode trabalhar em temperaturas de até 150°C. É utilizada em veículos automotivos e na aviação. Graxa à base de bário : características gerais semelhantes às graxas à base de lítio. Graxa mista: é constituída por uma mistura de sabões. Assim, temos graxas mistas à base de sódio-cálcio, sódio-alumínio etc. Além dessas graxas, há graxas de múltiplas aplicações, graxas especiais e graxas sintéticas. Lubrificantes sólidos Algumas substâncias sólidas apresentam características peculiares que permitem a sua utilização como lubrificantes, em condições especiais de serviço. Entre as características importantes dessas substâncias, merecem ser mencionadas as seguintes: • baixa resistência ao cisalhamento; • estabilidade a temperaturas elevadas; • elevado limite de elasticidade; • alto índice de transmissão de calor; • alto índice de adesividade; • ausência de impurezas abrasivas. Embora tais características não sejam sempre atendidas por todas as substâncias sólidas utilizadas como lubrificantes, elas aparecem de maneira satisfatória nos carbonos cristalinos, como a grafita, e no bissulfeto de molibdênio, que são, por isso mesmo, aquelas mais comumente usadaspara tal finalidade. A grafita, após tratamentos especiais, dá origem à grafita coloidal, que pode ser utilizada na forma de pó finamente dividido ou em dispersões com água, óleos minerais e animais e alguns tipos de solventes. É crescente a utilização do bissulfeto de molibdênio (MoS2) como lubrificante. A ação do enxofre (símbolo químico = S) existente em sua estrutura propicia uma excelente aderência da substância com a superfície metálica, e seu uso é recomendado sobretudo para partes metálicas submetidas a condições severas de pressão e temperaturas elevadas. Pode ser usado em forma de pó dividido ou em dispersão com óleos minerais e alguns tipos de solventes. A utilização de sólidos como lubrificantes é recomendada para serviços em condições especiais, sobretudo aquelas em que as partes a lubrificar estão submetidas a pressões ou temperaturas elevadas ou se encontram sob a ação de cargas intermitentes ou em meios agressivos. Os meios agressivos são comuns nas refinarias de petróleo, nas indústrias químicas e petroquímicas. Aditivos Aditivos são substâncias que entram na formulação de óleos e graxas para conferir-lhes certas propriedades. A presença de aditivos em lubrificantes tem os seguintes objetivos: • melhorar as características de proteção contra o desgaste e de atuação em trabalhos sob condições de pressões severas; • aumentar a resistência à oxidação e corrosão; • aumentar a atividade dispersante e detergente dos lubrificantes; • aumentar a adesividade; • aumentar o índice de viscosidade. Lubrificação de mancais de deslizamento O traçado correto dos chanfros e ranhuras de distribuição do lubrificante nos mancais de deslizamento é o fator primordial para se assegurar a lubrificação adequada. Os mancais de deslizamento podem ser lubrificados com óleo ou com graxa. No caso de óleo, a viscosidade é o principal fator a ser levado em consideração; no caso de graxa, a sua consistência é o fator relevante. A escolha de um óleo ou de uma graxa também depende dos seguintes fatores: • geometria do mancal: dimensões, diâmetro, folga mancal/eixo; • rotação do eixo; • carga no mancal; • temperatura de operação do mancal; • condições ambientais: temperatura, umidade, poeira e contaminantes; • método de aplicação. aumentar o índice de viscosidade. Lubrificação de mancais de deslizamento o correto dos chanfros e ranhuras de distribuição do lubrificante nos mancais de deslizamento é o fator primordial para se assegurar a lubrificação adequada. Os mancais de deslizamento podem ser lubrificados com óleo ou com graxa. No caso de óleo, sidade é o principal fator a ser levado em consideração; no caso de graxa, a sua A escolha de um óleo ou de uma graxa também depende dos seguintes fatores: geometria do mancal: dimensões, diâmetro, folga mancal/eixo; temperatura de operação do mancal; condições ambientais: temperatura, umidade, poeira e contaminantes; o correto dos chanfros e ranhuras de distribuição do lubrificante nos mancais de deslizamento é o fator primordial para se assegurar a lubrificação adequada. Os mancais de deslizamento podem ser lubrificados com óleo ou com graxa. No caso de óleo, sidade é o principal fator a ser levado em consideração; no caso de graxa, a sua A escolha de um óleo ou de uma graxa também depende dos seguintes fatores: Lubrificação de mancais de rolamento Os rolamentos axiais autocompensadores de rolos são lubrificados, normalmente, com óleo. Todos os demais tipos de rolamentos podem ser lubrificados com óleo ou com graxa. Lubrificação com graxa Em mancais de fácil acesso, a caixa pode ser aberta para se renovar ou completar a graxa. Quando a caixa é bipartida, retira-se a parte superior; caixas inteiriças dispõem de tampas laterais facilmente removíveis. Como regra geral, a caixa deve ser cheia apenas até um terço ou metade de seu espaço livre com uma graxa de boa qualidade, possivelmente à base de lítio. Lubrificação com óleo O nível de óleo dentro da caixa de rolamentos deve ser mantido baixo, não excedendo o centro do corpo rolante inferior. É muito conveniente o emprego de um sistema circulatório para o óleo e, em alguns casos, recomenda-se o uso de lubrificação por neblina. Intervalos de lubrificação No caso de rolamentos lubrificados por banho de óleo, o período de troca de óleo depende, fundamentalmente, da temperatura de funcionamento do rolamento e da possibilidade de contaminação proveniente do ambiente. Não havendo grande possibilidade de poluição, e sendo a temperatura inferior a 50°C, o óleo pode ser trocado apenas uma vez por ano. Para temperaturas em torno de 100°C, este intervalo cai para 60 ou 90 dias. Lubrificação dos mancais dos motores Temperatura, rotação e carga do mancal são os fatores que vão direcionar a escolha do lubrificante. Regra geral: • temperaturas altas: óleo mais viscoso ou uma graxa que se mantenha consistente; • altas rotações: usar óleo mais fino; • baixas rotações: usar óleo mais viscoso. Lubrificação de engrenagens fechadas A completa separação das superfícies dos dentes das engrenagens durante o engrenamento implica presença de uma película de óleo de espessura suficiente para que as saliências microscópicas destas superfícies não se toquem. O óleo é aplicado às engrenagens fechadas por meio de salpico ou de circulação. A seleção do óleo para engrenagens depende dos seguintes fatores: tipo de engrenagem, rotação do pinhão, grau de redução, temperatura de de acionamento, método de aplicação e contaminação. Lubrificação de engrenagens abertas Não é prático nem econômico encerrar alguns tipos de engrenagem numa caixa. Estas são as chamadas engrenagens abertas. As engrenagens abertas só podem ser lubrificadas intermitentemente e, muitas vezes, só a intervalos regulares, proporcionando películas lubrificantes de espessuras mínimas entre os dentes, prevalecendo as condições de lubrificação limítrofe. O óleo é aplicado às engrenagens fechadas por meio de salpico ou de circulação. A seleção do óleo para engrenagens depende dos seguintes fatores: tipo de engrenagem, rotação do pinhão, grau de redução, temperatura de serviço, potência, natureza da carga, tipo de acionamento, método de aplicação e contaminação. Lubrificação de engrenagens abertas Não é prático nem econômico encerrar alguns tipos de engrenagem numa caixa. Estas são as chamadas engrenagens abertas. engrenagens abertas só podem ser lubrificadas intermitentemente e, muitas vezes, só a intervalos regulares, proporcionando películas lubrificantes de espessuras mínimas entre os dentes, prevalecendo as condições de lubrificação limítrofe. O óleo é aplicado às engrenagens fechadas por meio de salpico ou de circulação. A seleção do óleo para engrenagens depende dos seguintes fatores: tipo de engrenagem, serviço, potência, natureza da carga, tipo Não é prático nem econômico encerrar alguns tipos de engrenagem numa caixa. Estas são as engrenagens abertas só podem ser lubrificadas intermitentemente e, muitas vezes, só a intervalos regulares, proporcionando películas lubrificantes de espessuras mínimas entre os Ao selecionar o lubrificante de engrenagens abertas, é necessário levar em consideração as seguintes condições: temperatura, método de aplicação, condições ambientais e material da engrenagem. Lubrificação de motorredutores A escolha de um óleo para lubrificar motorredutores deve ser feita considerando-se os seguintes fatores: tipo de engrenagens; rotação do motor; temperatura de operação e carga. No geral, o óleo deve ser quimicamente estável para suportar oxidações e resistir à oxidação. Lubrificação de máquinas-ferramenta Existe, atualmente, um número considerável de máquinas-ferramenta com uma extensa variedade de tipos de modelos, dos mais rudimentares àquelesmais sofisticados, fabricados segundo as tecnologias mais avançadas. Diante de tão grande variedade de máquinas-ferramenta, recomenda-se a leitura atenta do manual do fabricante do equipamento, no qual serão encontradas indicações precisas para lubrificação e produtos a serem utilizados. Para equipamentos mais antigos, e não se dispondo de informações mais precisas, as seguintes indicações genéricas podem ser obedecidas: Sistema de circulação forçada - óleo lubrificante de primeira linha com número de viscosidade S 215 (ASTM). Lubrificação intermitente (oleadeiras, copo conta-gotas etc.) - óleo mineral puro com número de viscosidade S 315 (ASTM). Fusos de alta velocidade (acima de 3000 rpm) - óleo lubrificante de primeira linha, de base parafínica, com número de viscosidade S 75 (ASTM). Fusos de velocidade moderada (abaixo de 3000 rpm) - óleo lubrificante de primeira linha, de base parafínica, com número de viscosidade S 105 (ASTM). Guias e barramentos - óleos lubrificantes contendo aditivos de adesividade e inibidores de oxidação e corrosão, com número de viscosidade S 1000 (ASTM). Caixas de redução - para serviços leves podem ser utilizados óleos com número de viscosidade S 1000 (ASTM) aditivados convenientemente com antioxidantes, antiespumantes etc. Para serviços pesados, recomendam-se óleos com aditivos de extrema pressão e com número de viscosidade S 2150 (ASTM). Lubrificação à graxa - em todos os pontos de lubrificação à graxa pode-se utilizar um mesmo produto. Sugere-se a utilização de graxas à base de sabão de lítio de múltipla aplicação e consistência NLGI 2. Observações S = Saybolt; ASTM = American Society of Testing Materials (Sociedade Americana de Materiais de Teste). NLGI = National Lubricating Grease Institute (Instituto Nacional de Graxa Lubrificante). Em resumo, por mais complicada que uma máquina pareça, há apenas três elementos a lubrificar: 1. Apoios de vários tipos, tais como: mancais de deslizamento ou rolamento, guia etc. 2. Engrenagens de dentes retos, helicoidais, parafusos de rosca sem-fim etc., que podem estar descobertas ou encerradas em caixas fechadas. 3. Cilindros, como os que se encontram nos compressores e em toda a espécie de motores, bombas ou outras máquinas com êmbolos. Pare! Estude! Responda! Exercícios Responda. a) No que consiste a lubrificação? b) Em termos práticos, quais são os lubrificantes mais utilizados? c) Quanto à origem, como se classificam os lubrificantes? d) O que é viscosidade? e) O que são graxas? f) Um mancal de deslizamento que opera sob alta pressão e em baixa rotação deve ser lubrificado com óleo ou graxa? Justifique. Elementos de Máquinas Elementos de fixação Se você vai fazer uma caixa de papelão, possivelmente usará cola, fita adesiva ou grampos para unir as partes da caixa. Por outro lado, se você pretende fazer uma caixa ou engradado de madeira, usará pregos ou taxas para unir as partes. 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, em 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, cavilhas, parafusos, porcas, arruelas, chavetas etc. Você vai estudar cada um desses elementos de fixação para conhecer suas características, o material de que é feito, suas aplicações, representação, simbologia e alguns cálculos necessários para seu emprego. 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 retirados do conjunto sem causar qualquer dano às peças que foram unidas. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com parafusos, porcas e arruelas. No tipo de união permanente, os elementos de fixação, uma vez instalados, não podem ser retirados sem que fiquem inutilizados. É o caso, por exemplo, de uniões feitas com rebites e soldas. Tanto os elementos de fixação móvel como os elementos de fixação permanente devem ser usados com muita habilidade e cuidado porque são, geralmente, os componentes mais frágeis da máquina. Assim, para projetar um conjunto mecânico é preciso escolher o elemento de fixação adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou fixadas. Se, por exemplo, unirmos peças robustas com elementos de fixação fracos e mal planejados, o conjunto apresentará falhas e poderá ficar inutilizado. Ocorrerá, portanto, desperdício de tempo, de materiais e de recursos financeiros. Ainda é importante planejar e escolher corretamente os elementos de fixação a serem usados para evitar concentração de tensão nas peças fixadas. Essas tensões causam rupturas nas peças por fadiga do material, isto é, a queda de resistência ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços. Fadiga de material significa queda de resistência ou enfraquecimento do material devido a tensões e constantes esforços. Tipos de elementos de fixação Para você conhecer melhor alguns elementos de fixação, apresentamos a seguir uma descrição simples de cada um deles. Rebite O rebite é formado por um corpo cilíndrico e uma cabeça. É fabricado em aço, alumínio, cobre ou latão. É usado para fixação permanente de duas ou mais peças. Pino O pino une peças articuladas. Nesse tipo de união, uma das peças pode se movimentar por rotação. pinos Cavilha A cavilha une peças que não são articuladas entre si. Contrapino ou cupilha O contrapino ou cupilha é uma haste ou arame com forma semelhante à de um meio-cilindro, dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem duas pernas desiguais. Introduz-se o contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou parafuso com porca castelo. As pernas do contrapino são viradas para trás e, assim, impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas. cupilha ou contrapino Parafuso O parafuso é uma peça formada por um corpo cilíndrico roscado e uma cabeça, que pode ter várias formas. Porca A porca tem forma de prisma, de cilindro etc. Apresenta um furo roscado. Através desse furo, a porca é atarraxada ao parafuso. Arruela A arruela é um disco metálico com um furo no centro. O corpo do parafuso passa por esse furo. Anel elástico O anel elástico é usado para impedir deslocamento de eixos. Serve, também, para posicionar ou limitar o movimento de uma peça que desliza sobre um eixo. Chaveta A chaveta tem corpo em forma prismática ou cilíndrica que pode ter faces paralelas ou inclinadas, em função da grandeza do esforço e do tipo de movimento que deve transmitir. Alguns autores classificam a chaveta como elementos de fixação e outros autores, como elementos de transmissão. Na verdade, a chaveta desempenha as duas funções. Nos exercícios a seguir, você tem oportunidade de verificar sua aprendizagem. Exercícios Marque com um X a resposta correta. 1. A união de peças é feita com elementos de máquinas de: a) ( ) transmissão; b) ( ) fixação; c) ( ) vedação. 2. Rebites, cavilhas, pinos são elementos de máquinas de: a) ( ) transmissão; b) ( ) articulação; c) ( ) fixação. 3. Uma fixação com elementos de máquinas pode ser: a) ( ) móvel ou permanente; b) ( ) móvel ou articulada; c) ( ) fixa ou permanente. 4. Numa união permanente você usa: a) ( ) pino ou chaveta; b) ( ) solda ou rebite; c) ( ) porca ou arruela. Elementos de apoio De modo geral, os elementos de apoio consistem de acessóriosauxiliares para o funcionamento de máquinas. Nesta unidade, são abordados os seguintes elementos de apoio: buchas, guias, rolamentos e mancais . Na prática, podemos observar que buchas e mancais são elementos que funcionam conjuntamente. Apenas para facilitar o estudo, eles são descritos separadamente. Para que você tenha uma visão geral dos assuntos a serem estudados em cada aula, são apresentadas algumas das principais informações relativas aos elementos de apoio. Buchas As buchas existem desde que se passou a usar transportes com rodas e eixos. No caso de rodas de madeira, que até hoje são usadas em carros de boi, já existia o problema de atrito. Durante o movimento de rotação as superfícies em contato provocavam atritos e, com o tempo, desgastavam-se eixos e rodas sendo preciso trocá-los. Com a introdução das rodas de aço manteve-se o problema com atritos. A solução encontrada foi a de colocar um anel de metal entre o eixo e as rodas. Esse anel, mais conhecido como bucha , reduz bastante o atrito, passando a constituir um elemento de apoio indispensável. Na aula Buchas , você vai ver que as buchas podem ser classificadas, quanto ao tipo de solicitação, em buchas de fricção radial e de fricção axial . Em determinados trabalhos de usinagem, há a necessidade de furação, ou seja, de fazer furos. Para isso é preciso que a ferramenta de furar fique corretamente posicionada para que os furos sejam feitos exatamente nos locais marcados. Nesse caso, são usadas as buchas-guia para furação e também para alargamento dos furos. Devido à sua importância, as buchas-guia serão estudadas com mais detalhes. Guias . As guias, que são elementos de apoio de máquinas, têm a função de manter a direção de uma peça em movimento. Por exemplo, numa janela corrediça, seu movimento de abrir e de fechar é feito dentro de trilhos. Esses trilhos evitam que o movimento saia da direção. A guia tem a mesma função desses trilhos. Numa máquina industrial, como uma serra de fita, a guia assegura a direção da trajetória da serra. Geralmente, usa-se mais de uma guia em máquinas. Normalmente, se usa um conjunto de guias com perfis variados, que se denomina conforme a função que ele exerce. Rolamentos e mancais Os mancais como as buchas têm a função de servir de suporte a eixos, de modo a reduzir o atrito e amortecer choques ou vibrações. Eles podem ser de Os mancais de deslizamento são constituídos de uma bucha fixada num suporte. São usados em máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa rotação. Os mancais de rolamento dispõem de elementos rolantes: esferas, roletes e agulhas. se mais de uma guia em máquinas. Normalmente, se usa um conjunto de guias com perfis variados, que se denomina barramento . Existem vários tipos de barramento, conforme a função que ele exerce. Os mancais como as buchas têm a função de servir de suporte a eixos, de modo a reduzir o atrito e amortecer choques ou vibrações. Eles podem ser de deslizamento Os mancais de rolamento dispõem de elementos rolantes: esferas, roletes e agulhas. se mais de uma guia em máquinas. Normalmente, se usa um conjunto de m vários tipos de barramento, Os mancais como as buchas têm a função de servir de suporte a eixos, de modo a reduzir o deslizamento ou rolamento . Os mancais de rolamento dispõem de elementos rolantes: esferas, roletes e agulhas. De acordo com as forças que suportam, os mancais podem ser radiais , axiais ou mistos . Em relação aos mancais de deslizamento, os mancais de rolamentos apresentam as seguintes vantagens: • Menor atrito e aquecimento. • Pouca lubrificação. • Condições de intercâmbio internacional. • Não desgasta o eixo. • Evita grande folga no decorrer do uso. Mas os mancais de rolamentos têm algumas desvantagens: • Muita sensibilidade a choques. • Maior custo de fabricação. • Pouca tolerância para carcaça e alojamento do eixo. • Não suportam cargas muito elevadas. • Ocupam maior espaço radial. Teste, agora, sua aprendizagem, faça os exercícios a seguir. Exercícios Marque com um X a resposta correta. 1. São elementos de apoio de máquinas: a) ( ) mancais e rolamentos, eixos, rodas; b) ( ) buchas, guias, mancais e rolamentos; c) ( ) guias, esferas, mancais; d) ( ) rodas, buchas, pinos, placas de proteção. 2. Os elementos de apoio são acessórios de: a) ( ) ferramentas; b) ( ) equipamentos; c) ( ) materiais plásticos; d) ( ) máquinas. 3. As buchas-guia servem para: a) ( ) fazer e alargar furos; b) ( ) orientar trajetória de máquinas; c) ( ) posicionar rodas; d) ( ) amortecer choques. 4. Um conjunto de guias com perfis variados, denomina-se: a) ( ) bucha-guia; b) ( ) serra; c) ( ) barramento; d) ( ) rosca. 5. Os mancais servem de suporte a: a) ( ) pinos; b) ( ) chavetas; c) ( ) eixos; d) ( ) molas. 6. Os mancais podem ser de dois tipos: a) ( ) fixação e transmissão; b) ( ) tração e retração; c) ( ) pressão e compressão; d) ( ) deslizamento ou rolamento. Elementos elásticos Os motoristas de uma empresa de transportes discutiram com o gerente um problema que vinham enfrentando. De tanto transportarem carga em excesso, as molas dos caminhões vinham perdendo, cada vez mais, sua elasticidade. Com isso, as carrocerias ficavam muito baixas, o que significava possíveis riscos de estragos dos caminhões e de sua apreensão por policiais rodoviários. O gerente, que já estava preocupado com o problema, conven molas dos caminhões e a reduzir a quantidade da carga transportada. As molas, como você pode ver nesse problema, têm função muito importante. Por isso elas serão estudadas em três aulas deste módulo. São diversas as funções das molas. Observe, por exemplo, nas ilustrações, sua função na prancha de um trampolim. São as molas que permitem ao mergulhador elevar para o salto do mergulho. A movimentação do mergulhador se deve à elasticidade das molas. Peças fixadas entre si com elementos elásticos podem ser deslocadas sem sofrerem alterações. Assim, as molas são muito usadas como componentes de fixação elástica. Elas sofrem deformação quando recebem a ação de alguma força, mas voltam ao estado normal, o seja, ao repouso , quando a força pára. Os motoristas de uma empresa de transportes discutiram com o gerente um problema que vinham enfrentando. De tanto transportarem carga em excesso, as molas dos caminhões perdendo, cada vez mais, sua elasticidade. Com isso, as carrocerias ficavam muito baixas, o que significava possíveis riscos de estragos dos caminhões e de sua apreensão por O gerente, que já estava preocupado com o problema, convenceu o empresário a trocar as molas dos caminhões e a reduzir a quantidade da carga transportada. As molas, como você pode ver nesse problema, têm função muito importante. Por isso elas serão estudadas em três aulas deste módulo. as molas. Observe, por exemplo, nas ilustrações, sua função na prancha de um trampolim. São as molas que permitem ao mergulhador elevar A movimentação do mergulhador se deve à elasticidade das molas. Peças fixadas entre si com elementos elásticos podem ser deslocadas sem sofrerem alterações. Assim, as molas são muito usadas como componentes de fixação elástica. Elas sofrem deformação quando recebem a ação de alguma força, mas voltam ao estado normal, o , quando a força pára. Os motoristas de uma empresa de transportes discutiram com o gerente um problema que vinham enfrentando. De tanto transportarem carga em excesso, as molas dos caminhões perdendo, cada vez mais, sua elasticidade. Com isso, as carrocerias ficavam muito baixas, o que significava possíveis riscos de estragos dos caminhões e de sua apreensão por ceu o empresário a trocar as As molas, como
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