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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FLORESTAIS LÂMINAS DE SERRA Prof. Elio José Santini SANTA MARIA – RS 2007 SANTINI, E.J. Lâminas de serra 2 SUMÁRIO Elio José Santini1 LÂMINAS DE SERRA 1. PERFIL DOS DENTES 2. PRINCIPAIS FORMATOS DE DENTE 3. ELEMENTOS DOS DENTES DE SERRA 3.1. Altura do dente 3.2. Passo do dente 3.3. Garganta do dente 3.4. Ângulo de incidência 3.5. Ângulo de afiação 3.6. Ângulo de gancho 4. MANUTENÇÃO E CONSERVAÇÃO DAS LÂMINAS 4.1. Travamento 4.1.1. Travamento por torção 4.1.2. Travamento por recalque 4.2. Afiamento 4.2.1. Afiação com rebolo de esmeril 4.2.2. Afiação com limas 4.3. Tensionamento e desempenamento 4.3.1. Serra de fita 4.3.2. Serra circular 4.3.3. Serra alternativa de quadro 4.4. Soldagem da lâmina de serra-fita 5. APLICAÇÕES DE REFORÇOS NOS DENTES DE SERRA 5.1. Revestimento com estelita 5.2. Pastilha de carbeto ou carboneto VARIÁVEIS ENVOLVIDAS NA TECNOLOGIA DE CORTE 1. Velocidade da serra 2. Velocidade de alimentação 3. Avanço por dente 4. Profundidade de corte 5. Largura de corte 6. Volume de serragem 7. Energia específica de corte 8. Potência do motor da serra 8.1. Serra de fita 8.2. Serra circular REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Engenheiro Florestal, Dr., professor da disciplina de Tecnologia da Madeira I do Curso de Engenharia Florestal do Centro de Ciências Rurais da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria – RS. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 3 LÂMINAS DE SERRA 1. PERFIL DOS DENTES A forma e o tamanho dos dentes de serra influem decisivamente sobre o resultado do corte da madeira. A escolha do formato mais adequado, que reflete no perfil do dente, é governada em primeira instância pelos seguintes fatores: 1.1. Tipo de madeira Madeira dura e seca requer um formato de dente mais robusto. Madeira macia e madeira verde aceitam um dente com perfil menos robusto, resultando um maior espaço da garganta. 1.2. Direção de corte Serras usadas para executar cortes transversais na madeira requerem dentes mais resistentes a esforços do que aquelas usadas para cortes longitudinais. 1.3. Velocidade da serra Lâminas submetidas a altas velocidades geralmente são associadas ao corte de madeiras de coníferas e velocidades de alimentação maiores. Em razão disso, requerem uma área de garganta grande. 1.4. Velocidade de alimentação Altas taxas de alimentação sobrecarregam os dentes, o que requer um formato de dente mais robusto. Mas altas velocidades de alimentação também requerem uma área de garganta ampla. 1.5. Espessura da lâmina Uma lâmina fina requer um dente proporcionalmente mais forte do que uma lâmina espessa. 1.6. Profundidade de corte Sob as mesmas condições, um aumento da profundidade de corte requer maior área da garganta. Ao mesmo tempo, contudo, a lâmina será submetida a maiores esforços, o que deve ser compensado pela redução da velocidade de alimentação. 2. PRINCIPAIS FORMATOS DE DENTE Existem basicamente três formas de dente, as quais envolvem as condições gerais de corte da madeira, considerando-se tanto madeira verde como seca. A principal diferença entre elas se refere à área da garganta. Essas formas, apresentadas na Figura 1, deveriam ser mais ou menos modificadas de acordo com as condições reais de trabalho. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 4 FIGURA 1 - Formas de dente para lâminas de serra-fita Esta forma é geralmente usada para lâminas de fita estreitas, ou seja, larguras de até 50 mm. É um dente resistente que pode ser recomendado para madeiras excessivamente duras. A área da garganta é comparativamente pequena. Esta forma tem a base do dente plana e uma área da garganta grande. É recomendada para madeira com grã grosseira e fibrosa e, geralmente, para madeira macia. Na opinião de especialistas de serra, a base plana do dente reduz os riscos de surgimento de fendas nesses locais. É a forma usual para lâminas de fita largas, especialmente aquelas com dentes recalcados. Devido a forma convexa do dorso do dente, o ângulo de incidência é reduzido a um mínimo. 3. ELEMENTOS DOS DENTES DE SERRA Os principais elementos que compõem os dentes de serra são apresentados na Figura 2: FIGURA 2 - Principais elementos dos dentes de serra. α - ângulo de incidência δ - ângulo de gancho h - altura do dente β - ângulo de afiação p - passo do dente r - raio do fundo do dente 3.1. Altura do dente (depth of gullet ou tooth height) Se refere a distância vertical entre a ponta e a base do dente. Para lâminas de serra-fita, seu valor deveria ser limitado a um máximo de 43% do passo do dente (ALLEN, 1975). Para lâminas com largura entre 100 e 200 mm, a altura do dente pode ser calculada através da seguinte equação: .p e e 0,43h 15 = Equação 01. onde, h = altura do dente, polegadas e = espessura da lâmina, polegadas e15 = espessura correspondente a 15 gauge = 0,072 polegadas = 1,8288 mm p = passo do dente, polegadas SANTINI, E.J. Lâminas de serra 5 Alguns valores de altura de dente, indicados para madeira macia e madeira dura, são apresentados na Tabela 1. Os valores mostrados evidenciam que o passo do dente é maior nas serras largas do que nas estreitas, porque aquelas comumente operam a velocidades mais altas e estão aptas a realizar cortes mais profundos, e deste modo, necessitam gargantas mais espaçosas. TABELA 1 - Altura do dente em função do seu passo, da largura e espessura da lâmina. largura da lâmina (mm) espessura da lâmina (mm) m d passo do dente (mm) m d altura do dente (mm) m d 101 0,89 - 1,24 44,4 - 25,4 11,1 - 6,3 127 1,06 - 1,47 44,4 - 38,1 12,7 - 11,1 152 1,24 - 1,65 50,8 - 44,4 17,5 - 15,8 178 1,47 - 1,82 50,8 - 44,4 19,0 - 17,5 203 1,65 - 2,10 57,1 - 44,4 23,8 - 19,0 m = madeira macia; d = madeira dura Fonte: KOCH (1964) Considerando-se que um eficiente avanço por dente é uma função do travamento (e em conseqüência, da espessura da lâmina), é possível expressar a altura do dente como uma função da espessura da lâmina e passo do dente. Em outras palavras, uma lâmina fina produz menos resíduos do que uma lâmina espessa, e deste modo, necessita menos espaço na garganta. 3.2. Passo do dente (tooth pitch) É a distância entre as pontas de dois dentes consecutivos . É influenciado pelo tipo de madeira, tipo de lâmina, tipo de travamento, velocidade da serra, velocidade de alimentação, profundidade de corte, dentre outros. Seu valor geralmente é maior para lâminas largas, recalcadas, que funcionam a altas velocidades e realizam cortes profundos na madeira, já que um passo grande permite uma maior capacidade da garganta. O consumo de energia é inversamente proporcional ao tamanho do passo. Entretanto, se o valor for muito grande os dentes podem perder o fio mais rapidamente, uma vez que cada dente será mais exigido para cortar o mesmo comprimento de tábua. Um valor de passo pequeno produz superfícies de corte mais lisas, porém com um maior consumo de energia. O passo do dente está diretamente relacionado com o comprimento da lâmina, no caso da serra fita, ou a circunferência da mesma (serra circular), e inversamente proporcional ao número de dentes, conforme as equações abaixo:Serra circular n π.Φ p = Equação 02. Serra de fita n L p = Equação 03 onde, p = passo do dente, mm n = número de dentes π = constante, 3,1416 L = comprimento da lâmina de serra-fita, m. φ = diâmetro do disco, m SANTINI, E.J. Lâminas de serra 6 3.3. Garganta do dente (gullet area) É o espaço existente entre dois dentes sucessivos, utilizado para alojar a serragem produzida durante o corte. A área da garganta é determinada pela altura, passo e formato do dente. A capacidade volumétrica, além das variáveis mencionadas, é influenciada pela espessura da lâmina ou largura de corte. Consequentemente, qualquer mudança nesses fatores, provoca alteração na quantidade de serragem a ser transportada pela mesma. A relação entre a altura e o passo do dente deve ficar em torno de 1:2, podendo variar com a espécie de madeira e espessura da lâmina. Se a altura do dente for muito grande em relação ao passo, podem ocorrer oscilações e vibrações da lâmina, produzindo uma maior largura de corte. O volume de serragem produzido durante o corte é, normalmente, 3 a 6 vezes maior do que o volume de madeira que lhe deu origem. Quando a serra corta madeira verde e de baixa densidade, o volume de serragem pode atingir até três vezes mais que o volume de madeira original. Entretanto, se a madeira for seca e de alta densidade, o volume de serragem pode ser até seis vezes maior. É oportuno lembrar que a serragem produzida durante o corte é armazenada e transportada pela garganta. Como regra geral, considera-se que a serragem pode ser compactada na garganta, em 50% do seu volume a granel sem provocar problemas durante o corte. Deste modo, pode-se assumir que a capacidade da garganta oscila entre 1,5 a 3,0 vezes maior do que o volume de madeira transformada em serragem. Caso a garganta seja sobrecarregada, a serragem será forçada para fora da mesma, e ocupará o espaço entre a lâmina e a madeira. Esta situação acarretará uma fricção, e conseqüente aquecimento da lâmina, resultando em prejuízos ao corte. Uma serra bem afiada e operada corretamente, produz serragem limpa e bem aparada. Caso contrário, se a serra apresentar uma afiação deficiente, a serragem terá uma aparência macerada e farinhenta. Neste caso, pode ocorrer da serragem escapar da garganta, alojando-se lateralmente e formando uma camada de pó fino. Se a garganta for sobrecarregada, a serragem também pode escapar para o espaço entre a lâmina e a madeira, aderindo-se a esta. Entretanto, poderá compactar-se na garganta e continuar na lâmina em forma de cavaco compacto. Tanto no sobrecarregamento como no insuficiente carregamento da garganta, podem ocorrer oscilações da lâmina, produzindo um corte irregular na madeira. Para evitar esses inconvenientes, a capacidade da garganta deve ser limitada a 75% de sua área. A área da garganta pode ser obtida através da seguinte equação: a h.p A = Equação 04. onde, A = área da garganta, mm2 p = passo do dente, mm h = altura do dente, mm a = valor variável em função do formato do dente, entre 1,65 e 1,75 A capacidade da garganta é calculada da seguinte maneira: )p5,0D(dG −= Equação 05. onde, G = capacidade da garganta, mm2 D = profundidade de corte, mm d = avanço por dente, mm p = passo do dente, mm SANTINI, E.J. Lâminas de serra 7 3.4. Ângulo de incidência (clearance angle) O ângulo de incidência é formado por uma linha reta que passa pelas pontas dos dentes e outra que tangencia o dorso do dente, passando pela sua ponta. O valor do ângulo não deve ser muito pequeno (inferior a 5°), porque a fricção resultante do atrito entre o dorso do dente e a madeira produzirá superaquecimento no mesmo. Por outro lado, valores muito grande (superior a 16°) podem enfraquecer o dente, além de comprometer os ângulos de afiação e de chanfro. Por ocasião da afiação da lâmina, deve-se tomar o cuidado de afiar também o dorso do dente, de maneira a manter o ângulo correto. 3.5. Ângulo de afiação (sharpness angle) É formado pela ponta metálica que materializa o dente. Também chamado de ângulo de ponta, este elemento determina a resistência do dente, razão pela qual deve ser suficientemente grande. Usualmente, este ângulo não deve ser inferior a 40°, sendo adotado um valor em torno de 50° para madeiras duras e próximo de 35° para madeiras muito macias. Na costa do pacífico americana, o valor de 44° é considerado padrão para lâminas de serra-fita largas travadas por recalque. 3.6. Ângulo de gancho (hook or rake angle) É formado por uma normal à linha que passa pelas pontas dos dentes e uma reta que tangencia a frente do dente, passando pela sua ponta. É um dos fatores determinantes da capacidade de corte da serra, e influi decisivamente na sua capacidade de produção. O ângulo de gancho precisa ser adaptado em função do tipo de madeira, da velocidade da serra, da velocidade de alimentação, da forma e do tipo de dente. Um valor pequeno produz na madeira serrada uma superfície mais lisa do que um ângulo maior. Além disso, se o ângulo de gancho de uma serra-fita for insuficiente, haverá resistência ao corte, a lâmina será forçada no sentido contrário ao movimento dos volantes, e o pó de serra não será adequadamente eliminado. Por outro lado, se o ângulo for muito grande para a velocidade de alimentação estabelecida, o dente pode penetrar excessivamente na madeira, enfraquecendo-o. Se a velocidade de alimentação for baixa em relação ao ângulo, os dentes não desempenharão suas funções, e as pontas desenvolverão uma ação de fricção ao invés de corte, resultando perda prematura do fio. Esta condição se manifesta principalmente durante o corte de madeiras abrasivas. O ângulo de gancho precisa ser mantido dentro de certos limites determinados pela experiência. Deve-se evitar valores superiores a 40°, devido ao alto consumo de energia. A experiência tem demonstrado que ângulos em torno de 30° produzem um melhor corte, com um mínimo consumo de energia. 4. MANUTENÇÃO E CONSERVAÇÃO DAS LÂMINAS DE SERRA São as operações realizadas com o objetivo de manter a lâmina de serra em condições favoráveis para execução do corte da madeira. 4.1. Travamento (setting) É uma deformação produzida manual, mecânica ou automaticamente nas pontas dos dentes, de maneira que a largura de corte seja maior que a espessura da lâmina de serra. O SANTINI, E.J. Lâminas de serra 8 objetivo desse procedimento é evitar o atrito entre a madeira e a lâmina, fazendo com que esta passe livremente através do corte realizado previamente pelos dentes. A operação de travamento produz esforços no material que podem ir além do seu limite elástico, submetendo-o aos riscos da deformação plástica, o que requer cuidados especiais por ocasião de sua realização. Os dentes de serra são comumente submetidos a dois tipos de travamentos: torção e recalque. Com relação as serras de fita, o primeiro é geralmente empregado para lâminas estreitas e de pequena espessura, ao passo que o segundo se aplica às lâminas largas e mais espessas. O travamento por torção é geralmente empregado para serras circulares de processamento secundário e demais equipamentos utilizados para cortes manuais. 4.1.1. Travamento por torção (spring setting) Consiste em se fazer a inclinação lateral dos dentes de serra, alternadamente, em direções opostas, ora para a direita, ora para a esquerda da lâmina. Esta operação pode ser executada manualmente com ferramentas simples conhecidas como alicate de travar ou travador, ou ainda através de máquinas automáticas. O travamento com máquinas é mais difícil de ser executado em lâminas de fita estreitas que em lâminas mais largas, porque tanto os dentes como seus passos são pequenos.Inicialmente, a lâmina é fixada numa bancada específica, e marca-se o ponto (dente) inicial da operação. O primeiro dente é inclinado para um lado (por exemplo, para a direita), o segundo, para o outro lado (para a esquerda), o terceiro, igual ao primeiro, o quarto igual ao segundo, e assim sucessivamente, até que o travamento de todos os dentes seja concluído, como mostra a Figura 3. FIGURA 3 - Travamento por torção Em alguns casos, todo o terceiro ou quarto dente é deixado reto, sem trava, para servir de guia ou para limpar a largura do corte. Contudo, este procedimento é justificado apenas naqueles casos pouco comuns, em que madeiras muito macias ou verdes são serradas com lâminas de fita largas e a profundidade de corte é grande. Nesses casos, a largura de corte precisa ser tão larga quanto possível, até 2,5 vezes a espessura da lâmina. Caso o terceiro ou quarto dente seja deixado como guia, a trava dos demais pode ser aumentada, sem que com isso o corte deixe de ser retilíneo. A quantidade ou valor da trava depende basicamente do tipo de madeira e da espessura da lâmina de serra. Para coníferas, o valor da trava pode alcançar até ½ da espessura da lâmina, enquanto que para folhosas, este valor atinge, no máximo, 1/3 da espessura. Obviamente, todos os dentes travados devem ter exatamente a mesma inclinação em ambos os lados. A aferição do valor da trava é realizada através de um instrumento comparador, o qual é apoiado lateralmente à lâmina. Dentes que, isoladamente, tem uma trava maior que seus vizinhos, produzem um mau acabamento e marcas indesejáveis na superfície de corte. Se o valor da trava for superior ao recomendado, há um grande consumo de energia e o dente será submetido a esforços e sobrecargas excessivas. Em contrapartida, se a trava for demasiadamente pequena, a largura de corte será insuficiente, o que produzirá um atrito entre a madeira e a lâmina, com conseqüente superaquecimento desta, resultando em cortes irregulares. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 9 É importante que a inclinação seja restrita a ponta do dente, numa medida correspondente a 1/3 da sua altura, aproximadamente. Caso a inclinação exceda a esse limite, ou seja, se a dobra for realizada próximo à base do dente (Figura 3), a linha base do dente tornar-se-á ondulada e poderão surgir fendas no fundo da garganta do dente. 4.1.2. Travamento por recalque (swage setting) Consiste na compressão ou esmagamento da ponta do dente, de modo a possibilitar uma dilatação lateral, provocando um aumento de sua espessura. O recalcamento do dente é realizado em três estágios, como mostra a Figura 4. FIGURA 4 - Estágios do travamento por recalque a) a extremidade frontal do dente é distendida ou dilatada a uma largura maior que a espessura da lâmina; b) os lados de cada dente são comprimidos ou moldados uniformemente, na largura e forma requeridas, com auxílio do aparelho de igualização; c) toda a superfície dos dentes, incluindo o dorso, frente e fundo, é retificada com uma máquina de afiação, para obter o ângulo de corte desejado. Antes de proceder o recalcamento, é importante que todos os dentes da lâmina estejam perfeitamente retos. Deste modo, se os dentes sofreram qualquer tipo de dano durante sua confecção, ou se foram travados por torção anteriormente, devem ser endireitados antes do recalque. O recalcamento pode ser executado manualmente por meio do recalcador manual (Figura 5), ou automaticamente com o uso de máquinas especiais. Em ambos os casos, a operação é executada por um mandril excêntrico, o qual gira lentamente na parte frontal do dente pressionando o aço para trás, para os lados e para cima, de encontro a uma bigorna apoiada no dorso do dente (Figura 6). A pressão exercida por essas duas peças da máquina provoca a deformação da ponta do dente e um aumento de sua dureza. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 10 FIGURA 5 – Instrumento de recalque (a) e seu posicionamento sobre a lâmina de serra - fita (b). b A bigorna deve sobressair-se à frente da ponta do dente e se ajustar de tal forma que o recalque se verifique de 0,5 a 0,7 mm abaixo da ponta do dente. Do contrário, a ponta do dente torna-se demasiadamente dura e quebradiça. FIGURA 6 - Ação do mandril excêntrico e da bigorna durante o recalcamento. Antes de iniciar o recalcamento, os dentes devem ser lubrificados com óleo ou, preferencialmente, com pasta Molikote, a fim de evitar rachadura na ponta dos dentes, uma vez que o processo desenvolve grandes esforços em uma reduzida superfície de contato. Além disso, podem ocorrer danos na própria ferramenta de recalcar, caso este procedimento não seja adotado. O valor de recalque recomendado em função do tipo de madeira, é sugerido na Tabela 2. a SANTINI, E.J. Lâminas de serra 11 TABELA 2 - Valor da trava por recalque em função do tipo de madeira. Tipo de madeira Projeção da trava para cada lado* - mm - madeira dura 0,30 - 0,35 madeira semi-dura 0,40 - 0,45 madeira macia 0,50 - 0,60 madeira seca 0,40 - 0,50 madeira verde 0,50 - 0,70 * Considerando que após o travamento os dentes são submetidos a uma igualização, o recalque deve ser feito com 0,30 a 0,40 mm a mais. Os valores de trava resultantes do recalcamento normalmente são desuniformes e superiores aos desejados. Para ajustá-los à largura e forma requeridas, deve-se proceder a uniformização da trava, o que é realizado através do processo de igualização (equalização, igualação). Este pode ser realizado manualmente através do igualizador (Figura 7), ou através de dispositivos especiais acoplados a máquinas automáticas de recalcamento. A igualização das superfícies laterais do dente, para dar largura igual e corretos ângulos radiais e tangenciais, pode ser feita mediante prensagem (com o uso do igualizador) ou esmerilhamento (com rebolo). FIGURA 7 – Instrumento de igualização do recalque (a) e seu posicionamento na lâmina (b). a b Após a igualização, os dentes devem ser aferidos medindo-se o valor aproximado da trava com o uso de um indicador, antes do afiamento da lâmina. 4.2. Afiamento (sharpening) A afiação é realizada com o objetivo de ajustar os elementos dos dentes de serra às suas necessidades de corte, conferindo-lhes formatos e ângulos adequados. Esta operação é realizada somente em lâminas previamente endireitadas e tensionadas internamente. Os dentes podem ser afiados através de dois métodos: rebolo de esmeril e limas. A operação de afiamento deve ser executada depois do travamento. Um pré-requisito para o afiamento perfeito é a confecção cuidadosa dos dentes, com passos exatos e um mínimo de rebarbas. A vida útil de uma lâmina de serra-fita é altamente dependente de uma correta afiação de seus dentes. Na maioria dos casos, fendas no fundo da garganta podem ser originadas por uma afiação descuidada, feita com ferramentas inadequadas. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 12 4.2.1. Afiação com rebolo de esmeril A afiação é realizada em máquinas automáticas, com rebolos de óxido de alumínio, cuja espessura deve ser aproximadamente 1/3 do passo do dente. É importante que o rebolo usado seja relativamente mole, pois quando muito duros ou mal posicionados, desenvolvem excessivo aquecimento, obtendo-se têmpera abrasiva na superfície do dente com a respectiva perda de dureza. A máquina de afiar deve ser ajustada de acordo com a espessura da lâmina, de forma a manter o perfil desejado do dente e permitir o esmerilhamento sem irregularidades. Este procedimento se aplica também às lâminas novas, cujo formatodos dentes pode divergir do comando do equipamento de afiação. O sistema utilizado para lâminas de serra de fita, é ilustrado na Figura 8. Um gabarito do formato do dente deve ser fornecido para assegurar a formação correta do contorno do rebolo. O rebolo deve ser desbastado regularmente, checando-o com o gabarito. O eixo do rebolo deve estar no mesmo plano da lâmina, e sua inclinação está relacionada ao ângulo de gancho desejado. O fundo da garganta precisa estar numa posição não mais do que 2 - 3 mm acima do sistema de fixação, do contrário o dente vibrará durante a afiação. Qualquer movimento no mecanismo provoca irregularidades que precisam ser corrigidas. As rebarbas formadas durante a afiação com esmeril não podem ser completamente evitadas, mas devem ser mantidas sob controle. FIGURA 8 - Conjunto de afiação para serra de fita. Serras circulares para desdobro são afiadas em ângulo reto, com exceção do topo do dente que é afiado, alternadamente, de forma oblíqua. Serras destopadeiras tem os dentes afiados alternadamente oblíquos. Dentes recalcados normalmente são afiados em ângulos retos, em equipamentos como os mostrado na Figura 9. Máquinas afiadeiras manuais podem ser usadas para afiar serras circulares dotadas de dentes calçados com metal duro. As lâminas precisam ser reafiadas periodicamente. Além de aumentar o consumo de energia, a perda de fio produz esforços acima do tolerado na lâmina. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 13 FIGURA 9 - Dispositivo de afiação para serras circulares 4.2.2. Afiação com limas A afiação manual por meio de limas é o método mais confiável para lâminas estreitas de serra-fita, pois elimina os riscos de superaquecimento dos dentes. A limação deve ser realizada preferencialmente com uma máquina automática de dupla ação (que executa conjuntamente as operações de afiação e travamento), afiando cada dente na direção da sua trava. É importante ressaltar que a forma do dente precisa ser mantida. Isto significa que o fundo da garganta precisa ser repassado quando os dentes são afiados. Não pode ter qualquer aresta pontiaguda ou riscada no fundo da garganta. A lima deve ter a forma mais adequada e ajustar-se bem na garganta. Se a lima é muito fina, haverá uma crista, a qual reduz o esforço da garganta. Além disso, se a lima correta for aplicada posteriormente, ela poderá ser danificada. A lima deve ser limpa periodicamente durante a operação. Uma escova de fio de aço fino é adequada. Outro método de limpeza consiste em esfregar uma peça de metal macio (alumínio ou cobre) ao longo da face da lima. Para lâminas de serra-fita estreitas, com a forma de dente normal, limas triangulares devem ser usadas, afiando tanto a garganta como a ponta do dente. A afiação do dente pode ser melhorada, repetindo-se a operação. No primeiro passo, a frente e o dorso são limados. No segundo passo, após a lima ter sido ajustada, o dorso e a ponta do dente são levemente melhorados. 4.3. Tensionamento (tensioning) Por ocasião do desdobro, a parte da lâmina localizada próxima a zona dentada sofre um aquecimento, provocado pelo atrito entre os dentes e a madeira, e se dilata. Este fato é indesejável por que produz cortes irregulares, resultando em peças com espessuras variáveis. Para compensar a dilatação que a lâmina de serra sofre durante o corte é necessário tensioná-la internamente, o que é obtido dilatando-se a parte central da lâmina por meio de instrumentos apropriados. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 14 O tensionamento interno da lâmina é realizado de forma diferenciada para cada tipo de serra mecânica. Assim, o procedimento é discutido individualmente para serra de fita, circular e alternativa de quadro. 4.3.1. Serra de fita O tensionamento é realizado apenas em lâminas de serra-fita largas, empregadas no processamento de desdobro de toras. As lâminas estreitas, normalmente utilizadas em serras secundárias, não devem ser submetidas ao tensionamento. Por ocasião de sua fabricação, a borda dentada é confeccionada sempre um pouco mais curta que o dorso, para compensar a expansão ocasionada pelo seu aquecimento durante o corte. A parte central da lâmina é submetida a um alongamento, de modo que as duas bordas da fita tornam-se mais curtas que o centro. Em conseqüência, as bordas tornam-se mais rígidas e tensas, submetendo-se a esforços de tração, ao passo que o centro adquire esforço de compressão. Quando a lâmina está em repouso, esses dois esforços se mantém em equilíbrio, ou seja, a soma das forças permanece igual a zero. Além de tornar a borda dentada mais rígida, permitindo um corte mais alinhado, a fita adequadamente tensionada ajusta-se melhor a convexidade dos volantes. O tensionamento da lâmina de serra-fita é realizado em uma bancada de trabalho absolutamente plana, confeccionada de madeira dura ou revestida com uma chapa de ferro, com 2,5 m de comprimento e com uma largura de 10 cm maior que a lâmina mais larga (Figura 10). A tensão é aplicada através de um aparelho laminador, constituído de um par de roletes, entre os quais passa a lâmina de serra, montados ao longo da bancada (Figura 11). FIGURA 10 - Bancada de laminação para serra de fita. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 15 FIGURA 11 - Equipamento de laminação para lâmina de serra-fita. Os roletes, com diâmetro aproximado de 70 mm e 10 mm de espessura, devem estar perfeitamente alinhados um sobre o outro, sendo que o rolete inferior fica no mesmo nível da bancada. A pista de rolamento dos mesmos deve ser abaulada e retificada, com um raio de curvatura de aproximadamente 200 mm. O tensionamento é efetuado de acordo com um plano previamente estabelecido, iniciando-se sempre pelo centro da lâmina, onde é aplicada a pressão mais alta. A medida que as linhas de laminação afastam-se do centro em direção às bordas lisa e dentada, a pressão aplicada pelos roletes diminui gradativamente. A pressão dos roletes é efetuada alternadamente, ora a esquerda ora a direita do centro. A distância entre as linhas, dependendo da largura da lâmina varia entre 10 a 20 mm, e muitas vezes são marcadas previamente com giz e numeradas. O percurso dos roletes não deve aproximar-se demais da borda dentada e do dorso da lâmina, para que não ocorram deformações (Figura 12). FIGURA 12 - Seqüência das linhas de laminação nos dois lados da fita de serra. linhas 1 - 5 − lado da frente da lâmina linhas 6 - 9 − lado de trás da lâmina Uma vez tensionada uma face, a lâmina é invertida e repete-se o processo, sendo neste caso, marcadas as linhas de laminação entre aquelas aplicadas no lado anterior. Os especialistas recomendam este procedimento quando não se conhece a direção da curvatura da lâmina (sentido de rotação dos volantes). Conhecendo-se o equipamento de desdobro, o tensionamento de apenas uma face é suficiente. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 16 O tensionamento deve ser efetuado preferencialmente antes da soldagem, tanto no caso da emenda de lâminas de fitas novas como na recuperação de lâminas que sofreram rompimento. O resultado da operação pode ser julgado com maior facilidade em uma lâmina de fita reta do que numa previamente soldada. Para avaliar a tensão conferida à lâmina de serra-fita, emprega-se comumente uma régua metálica plana, com um comprimento superior à largura da lâmina. Procede-se a verificação erguendo-se levemente a lâmina para cima, de modo a obter uma curvatura, e colocando-se a régua transversalmente sobre sua largura, com uma inclinação de cerca de 45° em relação a horizontal. Como resultado, surge entre ambos um espaço, devido a concavidade produzida pelo tensionamento,que permite a passagem de claridade, que no seu maior ponto pode alcançar uma flecha de décimos de milímetros (Figura 13). O julgamento do tensionamento através da abertura de passagem de luz depende da experiência do profissional, e baseia-se apenas na medida ocular. É importante, porém que o raio de luz esteja situado simetricamente em torno do centro da lâmina. Esta avaliação pode ser realizada também através de um calibre de arco, o qual possui uma borda convexa que se encaixa perfeitamente na concavidade transversal da lâmina. Neste caso, se o tensionamento foi executado corretamente, nenhum raio de luz deve ser visível. FIGURA 13 - Controle do tensionamento através de régua plana. O tensionamento correto é estimado comumente com base na experiência do laminador. Depende de vários fatores, dentre os quais a largura e espessura da lâmina, diâmetro e eventual curvatura dos volantes, a tensão de tração aplicada aos volantes, a velocidade de alimentação e tipo de madeira a ser serrada. Volantes abaulados (convexos) exigem mais tensão que volantes planos. Madeira dura também requer mais tensão que madeira macia. A avaliação visual do tensionamento pode ser verificada pelo posicionamento da lâmina de fita sobre o volante, como mostra a Figura 14. FIGURA 14 - Resultado do tensionamento em lâminas de serra-fita. correto incorreto a) lâminas largas. b) lâminas com até 150 mm de largura. c) apenas próximo à borda dentada da lâmina se apóia sobre o volante, com risco de fendas no fundo do dente. d) apenas próximo à borda lisa da lâmina se apóia sobre o volante. A borda dentada vibrará, com tendência a desviar-se na madeira, produzindo corte desalinhado. e) apenas a parte central da lâmina se apóia sobre o volante. Devido vibrações nas bordas, a lâmina não resistirá aos esforços do corte quando trabalha com altas velocidades de alimentação. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 17 A relação entre largura e espessura da lâmina, raio de abaulamento dos volantes, raio de curvatura do calibre e flecha da abertura de passagem de luz em calibre plano, é apresentada na Tabela 3. Os valores da abertura de passagem de luz mostrados na referida tabela, referem-se a calibres padronizados, e são utilizados para lâminas de serra largas. A máxima abertura para passagem de luz para calibre reto também é mencionada. Os calibres devem ter assinalados o raio de curvatura. Os diversos passos necessários para a execução do tensionamento, comumente são efetuados várias vezes antes de obter-se o resultado desejado. Tensionamento realizado com demasiada rapidez e intensidade, poderá distender excessivamente a lâmina, e ao longo de certos passos, pode ultrapassar os limites de tensão toleráveis. O excesso de tensão é um inconveniente difícil de contornar. O aço sofre sobrecarga em alguns pontos, produzindo formações na lâmina durante o trabalho, o que eventualmente, pode até resultar em quebra. Tensionamento além do limite pode ocasionar também a formação de saliências, diminuindo a vida útil da lâmina. TABELA 3 - Medição do tensionamento em lâminas de serra-fita. Dimensões da lâmina (mm) Raio do calibre convexo (mm) Altura (flecha) de passagem de de luz (calibre reto) largura espessura volante abaulado volante plano (mm) 76 1,07 3700 - 102 1,07 5000 5950 102 1,25 4750 5950 0,2 125 1,07 5650 6250 125 1,25 5350 6250 130 1,07 4500 - 152 1,25 5650 6550 152 1,47 5350 6250 0,5 178 1,25 6250 6990 178 1,47 5950 6550 181 1,47 5200 - 203 1,47 6250 6990 0,8 203 1,65 7500 8100 232 1,65 5700 - 1,2 254 1,65 7500 8100 286 1,83 6300 - 1,6 305 1,83 7800 8400 337 2,11 7800 8700 2,1 387 2,41 7200 - 2,5 413 2,77 7800 - 2,8 Fonte: adaptação de UDDEHOLM (1975). Deve-se ressaltar também, que as reafiações da lâmina aproximam o centro original da borda dentada. Como conseqüência, a lâmina deve sofrer novo tensionamento, sendo que este procedimento poderá ser repetido várias vezes. Assim, a lâmina não deve ser tensionada em demasia sem necessidade, caso contrário sua plasticidade e forma serão esgotadas rapidamente. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 18 Mesmo que a lâmina de serra de fita esteja absolutamente reta e plana antes do tensionamento, ela deverá, após esse tratamento, ser endireitada e aplainada. A retidão é examinada puxando-se gradativamente a lâmina ao longo de uma régua sobre a mesa de endireitamento. Seja o dorso convexo ou côncavo, deverá ser endireitado cuidadosamente, de forma que todos os pontos estejam encostados à régua, como mostra a Figura 15. O percurso dos roletes não deve, portanto, aproximar-se mais de 20 a 30 mm das bordas. Se o endireitamento provocar uma certa alteração da tensão, a parte correspondente da lâmina deverá ser tensionada ainda mais, e o resultado deverá ser novamente controlado. Após verificar-se que toda a lâmina está corretamente tensionada e perfeitamente reta, talvez seja conveniente alongar-se o dorso uniformemente mais um pouco, dando-se um leve passo de rolete entre o centro e o dorso. A ligeira curvatura é controlada com uma régua reta ou com um calibre côncavo especial, que deverá ter aproximadamente 1,5 m de comprimento e uma concavidade de 0,4 ou 0,8 mm, conforme a curvatura desejada. FIGURA 15 - Checagem do endireitamento de lâminas de serra de fita a - dorso côncavo b - dorso convexo c - linhas de dilatação para eliminar concavidade no dorso d - linhas de dilatação para eliminar convexidade no dorso e - pequenas saliências que devem ser limadas Após o endireitamento, quando necessário procede-se o aplainamento. As imperfeições como abaulamentos, saliências e rugosidades devem ser eliminadas por meio de golpes de martelos especiais, os quais são apresentados na Figura 16. Os aparelhos laminadores não são adequados para estes trabalhos, pois as imperfeições se manifestam em diversas direções, e geralmente são muito pequenas. Todos os martelos devem ter a superfície de trabalho ligeiramente abaulada, para evitar golpes com os cantos da ferramenta, os quais devem ser levemente arredondados. Marcas produzidas pelas batidas do martelo podem originar rupturas, que influem na vida útil das lâminas de serra. Para aplicar corretamente os golpes, segura-se o cabo do martelo levemente, a fim de que as batida seja suave e elástica. Golpes muito fortes ou incorretos podem ser prejudiciais à lâmina, pois em virtude da têmpera por golpe, a estrutura torna-se irregular e a lâmina tende a formar trincas quando sob grandes tensões de curvatura durante o trabalho. O tensionamento, o endireitamento e o aplainamento são apresentados como procedimentos individuais, executados em uma certa seqüência. Na prática, porém, eles não são realizados, necessariamente nessa ordem, podendo-se por exemplo, efetuar um endireitamento antes do tensionamento. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 19 O empenamento de uma lâmina de serra-fita pode ter várias causas: volantes fora de prumo, volante superior desalinhado, golpe contra um corpo estranho qualquer, manipulação descuidada, tensionamento e endireitamento incorretos.Quando empenada, a lâmina movimenta- se sobre o volante, de modo que a carga e o corte tornam-se irregulares. FIGURA 16 - Martelos usados nos trabalhos de manutenção das lâminas de serra. Para verificar a presença do empenamento, pendura-se a lâmina como mostrado na Figura 17, de maneira a formar um laço duplo. Observando-se a lâmina de uma das extremidades, se o lado mais próximo do observador desviar-se à direita, significa que esta com empenamento à direita. Do contrário, se o lado mais próximo desviar-se à esquerda, o empenamento é à esquerda. FIGURA 17 - Avaliação do empenamento em uma lâmina de serra-fita. a – lâmina suspensa de modo a formar um laço duplo (double loop) b – empenamento à esquerda c – empenamento à direita Para eliminar o defeito, a lâmina devidamente lubrificada deve ser colocada sobre uma bigorna limpa, polida e também lubrificada, e aplica-se golpes de martelo diagonalmente no SANTINI, E.J. Lâminas de serra 20 sentido do empenamento. Embora na maioria das vezes o defeito se limite a pequenas partes, pode ser necessário realizar o tratamento em toda a lâmina. 4.3.2. Serra circular Um disco de serra circular, sob o ponto de vista da tensão interna, pode ser dividido, basicamente, em três partes, como mostra a Figura 18: as áreas periférica, interna e central. Durante o seu funcionamento, a lâmina desenvolve uma força de tração, que aumenta do centro para a periferia, onde alcança valores máximos. Esta tração deve-se a ação de uma força centrífuga, que eleva-se a medida que a velocidade de rotação é aumentada. A força centrífuga aumenta com o quadrado da velocidade de rotação e com o raio da circunferência descrita. Deste modo, duplicando-se a rotação do disco, a força centrífuga torna-se quatro vezes maior. Para uma mesma velocidade de rotação, quanto maior o diâmetro da lâmina maior será a força centrífuga. FIGURA 18 - Área de tensionamento de uma lâmina de serra circular. A lâmina de serra, portanto, se dilata em função da velocidade de rotação e do aquecimento a que é submetida durante seu funcionamento. Sob a ação do calor, o aço se dilata e as tensões produzidas no metal conduz a deformações transitórias ou permanentes. Estas últimas surgem mais freqüentemente nas lâminas finas, que são mais flexíveis à tensão que as espessas. A dilatação devido ao aquecimento começa no centro do disco e alcança valores máximos na periferia, próximo a zona dentada. Caso a lâmina fosse perfeitamente plana e desprovida de tensão, e se fosse ao mesmo tempo submetida a uma rotação crescente e sem limite prático no seu trabalho de corte, chegaria um momento que a força centrífuga e a fadiga determinada pelo ato de serrar excederiam a força de coesão das moléculas do aço, e a lâmina, então, arrebentaria. Por esta razão, é necessário que o fabricante ou o laminador da lâmina de serra executem o seu tensionamento interno, para que a mesma possa resistir ao esforço resultantes do corte. A dilatação da área interna do disco equilibra a distensão produzida durante o desdobro da madeira devido a ação do aquecimento e velocidade de rotação. Deste modo, quando atinge sua velocidade normal, a lâmina de serra torna-se perfeitamente plana e rígida, produzindo um fio de corte retilíneo e peças de madeira bem dimensionadas. Vários fatores influem na quantidade de tensão interna das serras circulares, dentre os quais pode-se mencionar o diâmetro, a espessura, a velocidade da serra, o número de dentes, o SANTINI, E.J. Lâminas de serra 21 tipo de madeira, a potência disponível e a velocidade de alimentação. Em geral, serras de maior diâmetro, mais finas, mais rápidas e submetidas a maiores esforços requerem mais tensão interna que aquelas que apresentam características contrárias. Para realizar a operação de tensionamento é necessário uma bigorna, um apoio de madeira e um martelo arredondado de pena ao contrário, um sistema de fixação da lâmina e duas réguas planas, sendo uma de 45 cm e outra de 110 cm. O tensionamento é obtido por martelamento da área interna do disco, cujas batidas são efetuadas em círculos concêntricos previamente traçados sobre a superfície da lâmina. (Figura 19.) A superfície de trabalho arredondada do martelo impede que cantos vivos possam ofender a lâmina. Marcas produzidas por golpes do martelo podem dar origem a rupturas que reduzem a vida útil da lâmina de serra. FIGURA 19: Marcação das linhas de tensionamento de uma serra circular. Quando se martela ou lamina uma determinada parte do disco, esta perde sua rigidez, tornando-se frouxa. Com isso, procura-se conferir maior rigidez possível à borda dentada sem provocar um afrouxamento exagerado da parte central do disco. Se a lâmina for excessivamente tensionada, o centro perde sua rigidez, tornando a mesma côncava ou convexa. Ao mesmo tempo, a borda dentada torna-se muito rígida, o que requer a aplicação de marteladas diretamente sob a base dos dentes. O tensionamento das serras circulares é avaliado através da altura da passagem de luz pelo espaço deixado entre a concavidade da lâmina e uma régua plana. Quando a régua é encostada à lâmina, a abertura de luz medida no centro do disco deve apresentar determinados valores, que variam em função do diâmetro da serra, como mostra a Tabela 4. TABELA 4 - Controle do tensionamento em serras circulares. Diâmetro da lâmina (mm) Altura de passagem de luz (mm) 400 0,3 - 0,5 600 0,6 - 0,8 1000 1,6 - 1,8 1400 2,4 - 2,6 SANTINI, E.J. Lâminas de serra 22 As serras circulares depois de tensionadas, apresentam, quando em repouso, o formato de um disco côncavo, e quando em movimento, em razão das forças de dilatação e centrífuga, tornam-se planos. O perfil apresentado pelo disco de serra em diferentes situações de uso, é mostrado na Figura 20. FIGURA 20 - Comportamento da lâmina de serra circular em função do tensionamento aplicado. a) lâmina corretamente tensionada, em repouso b) lâmina com excessiva curvatura causada, possivelmente, por desgaste nas falanges c) deformação da lâmina causada por excesso de tensionamento para a velocidade que a serra opera d) funcionamento da lâmina a uma velocidade superior àquela a que foi tensionada. Os fabricantes de serra circular já fornecem a lâmina devidamente tensionada. Entretanto, se a serra for utilizada para uma velocidade diferente daquela prevista, deve ser novamente tensionada para esta nova situação. Após a operação de tensionamento, é comum encontrar partes da lâmina abauladas ou salientes. Essas imperfeições são detectadas com a régua plana já mencionada, e devem ser eliminadas com o uso do martelo especial. Algumas vezes pode acontecer que a lâmina de serra, em razão de sua tensão, vacila no momento de ser posta em movimento, mas quando alcança plena velocidade trabalha normalmente. Entretanto, se estas oscilações ocorrem sempre, significa que a lâmina está muito distendida. Neste caso, é necessário dar umas marteladas no corpo da lâmina, próximo da zona dentada, para torná-la um pouco mais rígida no centro. Para obter um rendimento perfeito, é indispensável que a lâmina de serra tenha uma tensão proporcional à velocidade do eixo no qual ela funciona. Em conseqüência, nunca deve ser utilizada uma mesma lâmina para duas ou mais máquinas, cujos eixos tem velocidades diferentes. Pela mesma razão, uma lâmina que teve seu diâmetro reduzido pelo uso, não terá mais a tensão adequada que apresentava quando nova. Nesse caso, será necessário proceder novamente seu tensionamento, ou aumentar a velocidade do eixo motor. 4.3.3. Serra alternativa de quadro As lâminas de uma serra alternativa raramente necessitam de tensão interna, poisdurante seu funcionamento são submetidas a uma grande tensão dada pela própria máquina. As lâminas normalmente trabalham sob uma tensão de tração que varia entre 12 a 25 kgf/cm2, o que corresponde a aproximadamente 2 a 3 vezes a tensão de tração das serras de fita para desdobro, cujo valor é de aproximadamente 7 kgf/cm2. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 23 4.4. Soldagem da lâmina de serra-fita (joining) A lâmina de serra-fita normalmente é adquirida no comércio em rolos de comprimento variável, e para ser utilizada nos equipamentos de desdobro, precisa ser cortada na dimensão correta. Feito isso, as extremidades da lâmina devem ser unidas através da soldagem. A soldagem da lâmina pode ser realizada através de diferentes meios: soldagem forte, soldagem elétrica, soldagem a gás e soldagem a topo. Quando efetuados corretamente, qualquer um desses métodos oferece costuras de solda boas e seguras. Fitas estreitas são soldadas, de preferência, com máquinas elétricas, enquanto que em lâminas largas, o método mais empregado na Europa e, provavelmente, no Brasil, é a soldagem com liga de prata. Os materiais necessários e os procedimentos adotados por ocasião da soldagem de uma lâmina de serra-fita, são descritos a seguir: 4.4.1. Metal de solda A liga de prata é o material geralmente empregado porque permite baixas temperaturas de fundição e fusão. Uma liga típica é constituída de 45-65% de prata, aproximadamente 25%, 10% e 5-10% de cobre, zinco e cádmio, respectivamente. A inclusão do cádmio permite reduzir ainda mais as temperaturas. A temperatura de fusão desse metal de solda oscila entre 670 e 720°C, portanto, abaixo da temperatura de têmpera do aço. O metal de solda é encontrado na forma de uma lâmina com espessura entre 0,10 e 0,12 mm, largura sempre um pouco maior do que o chanfro, geralmente em torno de 20 mm, e com comprimento alguns milímetros a mais que a largura da lâmina. A Aplicação desses metais é normatizada, sendo que a ASTM recomenda o uso de metais de solda com até 72% de Ag e até 24% de cd. Ensaios de tração em juntas soldadas da lâmina apresentaram uma resistência em torno de 100 kgf/mm2. A ruptura, contudo, normalmente ocorre fora do local onde foi realizada a soldagem. 4.4.2. Fundente O fundente é uma substância pastosa a base de boro, aplicado nas extremidades chanfradas e no metal de solda com o objetivo de facilitar o seu espalhamento, bem como proteger as superfícies do aço contra a oxidação do ar. Pastas de solda como Castolin 181, Eutector Flux 1600B, Prata Flux, são os tipos mais utilizados. O bórax dissolvido em um pouco de água, forma uma pasta apropriada para lâminas estreitas. Para lâminas largas, porém, é mais indicado o uso de um líquido como o ácido clorídrico diluído ou uma solução de cloreto de zinco misturada com cloreto de amônio. A corrosão do aço pode ser evitada através de lavagem com uma solução de soda. 4.4.3. Aparelho de soldagem O equipamento deve ter uma constituição robusta, possuir um conjunto de presilhas para fixação da lâmina, e um par de ferros de soldar para efetuar a soldagem (Figura 21). SANTINI, E.J. Lâminas de serra 24 FIGURA 21 - Aparelho de soldagem para lâminas de serra de fita. Os principais componentes de um aparelho de soldagem são mostrados na Figura 22. Depois de aquecidos, os ferros de soldar são posicionados encima e embaixo da área da lâmina a ser emendada e mantidos sob pressão até o final do processo. Devem ser fabricados de um aço resistente ao calor, ligado com aproximadamente 23% de Ni e 25% de Cr, para evitar o seu descascamento de oxidação, o que tornaria o aquecimento da lâmina desigual. Os ferros de solda devem ser levemente mais compridos que a largura da fita. São previamente aquecidos em forja ou forno elétrico a uma temperatura em torno de 850°C (até adquirir cor vermelho claro), o que corresponde a 100-150°C acima da temperatura de fusão do metal de solda, para compensar a perda de calor ocasionada pelo manuseio. FIGURA 22 - Componentes de um aparelho de soldagem. 1 - ferro de soldar superior 2 - ferro de soldar inferior 3 - lâmina de serra 4 - cunha móvel 5 - encosto 6 - mesa 4.4.4. Preparativos, soldagem e operações complementares Os extremos da lâmina são cortados em ângulo reto com as bordas, através de uma guilhotina especial, tendo-se o cuidado de deixar a junta exatamente no centro do dente. Com esse procedimento, obtém-se uma maior área de soldagem e, em conseqüência, maior resistência na junta. É importante que a seqüência dos dentes permaneça inalterada, mantendo-se o mesmo passo dos demais, de modo a possibilitar a afiação com máquinas automáticas. ` Após o corte, executa-se o chanfro dos extremos com uma inclinação de 1:10 (Figura 23). Esta relação significa que uma lâmina com 1,5 mm de espessura deve ter um chanfro de 15 mm de largura. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 25 FIGURA 23 - Chanfro para soldagem da lâmina de serra-fita Para realizar essa operação, aconselha-se o uso de uma esmeriladora especial, com rebolo afiado e não muito duro. O emprego de máquinas chanfradeiras permite realizar com precisão essa operação, resultando uma superfície plana e sem abaulamentos em toda a sua extensão. O chanfro pode ser executado manualmente através de limas, que é uma alternativa menos precisa e mais demorada. Neste caso, deve-se ter o cuidado de fixar o extremo da lâmina através de grampos ou de torno, para minimizar as imprecisões provocadas pela influência humana. Em ambos os casos, os extremos chanfrados não devem formar cantos agudos, sendo que os mesmos devem ter aproximadamente 0,1 mm de espessura, para evitar superaquecimento. As superfícies a serem soldadas às vezes são tratadas com uma lixa grossa para que se tornem ásperas e facilitem a soldagem. Nesse estágio não devem ser mais tocadas com as mãos, pois óleos, graxas, gorduras ou qualquer vestígio de impureza prejudica a soldagem. A preparação da soldagem, os extremos da lâmina são colocados sobre o aparelho de soldar, de forma que o seu dorso fique apoiado no encosto. As extremidades chanfradas são aproximadas, colocadas sobre o entalhe existente no centro do aparelho, e então, ambos os lados da lâmina são pré-fixados pelos parafusos de aperto. Após, separa-se um pouco as extremidades chanfradas, espalha-se o fundente sobre as suas superfícies, e posteriormente, introduz-se o metal de solda na posição exata. Antes do aperto definitivo dos parafusos fixadores da lâmina, o passo dos dentes dever ser novamente conferido. O metal de solda deve exceder em aproximadamente 3,0 mm, tanto na largura do chanfro como na largura da lâmina (Figura 24). Este excesso contribui para uma boa soldagem, e pode ser eliminado após a operação. Em linhas gerais, após a colocação da lâmina de serra-fita no aparelho, a soldagem deve ser executada, considerando-se os componentes apresentados na Figura 22, através dos seguintes passos: ♦♦♦♦ apertar os parafusos fixadores nos dois lados da lâmina; ♦♦♦♦ colocar o ferro de soldar inferior sobre a cunha móvel, embaixo da área de soldagem, e posicioná-la de forma a elevar ligeiramente as extremidades da lâmina; ♦♦♦♦ introduzir o ferro superior na sua posição, alinhado com o ferro inferior e a cunha; ♦♦♦♦ apertar rapidamente o conjunto por meio do parafuso central; ♦♦♦♦ afrouxar os parafusos fixadores da lâmina para que a fita possa dilatar-se livremente; ♦♦♦♦ consumada a soldagem, soltar o parafuso central e retirar os ferros de solda. Se os ferros de solda tiverem grande capacidade calorífica, a lâmina de serra pode ser superaquecida, e alcançar a temperatura de têmpera, o que deve ser evitado. Temperatura superior a recomendada pode tornar o metal de soldamuito líquido, provocando uma fuga da junção. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 26 FIGURA 24 - Posição do metal de solda na área chanfrada. Após o esfriamento da lâmina de serra, elimina-se o excesso de metal de solda, bem como a espessura excedente deixada por ocasião da chanfradura, com uma máquina esmeriladora ou manualmente através de lima. Caso a operação de soldagem produza alguma deformação nas bordas da lâmina de serra, deve-se proceder o seu endireitamento com o aparelho de laminação ou com o martelo especial. 5. APLICAÇÕES DE REFORÇOS NOS DENTES DE SERRA A vida útil das lâminas de serra de fita, circulares e alternativas múltiplas é influenciada por uma série de fatores relacionados aos cuidados de manutenção das mesmas, bem como ao tipo de matéria-prima e às suas condições de armazenamento Algumas dessas causas podem ser neutralizadas adotando-se algumas providências para evitar o contato direto da madeira com o solo, descascamento e umidificação periódica das toras. Entretanto, a presença de substâncias abrasivas como cristais de sílica, encontrados em madeiras de guajuvira e angelim pedra, e a resistência ao corte oferecida por madeiras de alta densidade, podem reduzir substancialmente a vida útil das lâminas de serra. Para contornar o problema, os fabricantes de lâminas de serra desenvolveram alguns tipos de materiais duros para serem adaptados aos dentes, de modo a conferir-lhes maior resistência nas pontas. Dentre os materiais mais comumente aplicados nas pontas dos dentes, destacam-se a estelita e o carboneto. Ambos conferem maior vida útil às ferramentas de corte, quase na mesma proporção em que aumenta a sua dureza. Entretanto, conforme a dureza aumenta, cresce também a fragilidade. Os custos também aumentam proporcionalmente. O carboneto é um material tão duro sem ser tão frágil para resistir ao impacto de cargas, o que não significa que os outros materiais tenham menos importância. Esses custam menos e apresentam menor manutenção. Porém, as pastilhas de carboneto não se aplicam a algumas situações e circunstâncias. Por exemplo, as serras de fita são mais adaptáveis ao revestimento com estelita. Onde a perda de dente é alta devido à fragmentação de metal, o custo de substituição do carboneto pode tornar-se proibitivo. As principais alternativas comumente adotadas para aumentar a vida útil dos dentes de serra, são descritas a seguir. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 27 5.1. Revestimento com estelita (stellite tipping) O revestimento da ponta dos dentes com uma liga de metal resistente como a estelita n. 12, propicia um aumento substancial da vida útil das lâminas de serra-fita. As vantagens aparecem quando do desdobro de madeiras duras e abrasivas, como mogno e teca, e outras espécies refratárias, muitas vezes impregnadas de componentes siliciosos, os quais podem tirar o fio da lâmina rapidamente. Madeiras que contenham corpos estranhos deveriam ser serradas com lâminas cujas pontas dos dentes de serra são revestidas com estelita. Para madeiras macias, contudo, o revestimento dos dentes com estelita usualmente não é vantajoso. Considera-se normalmente que dentes de aço bem retificados adquirem melhor afiação e possibilitam um avanço por dente mais adequado. O revestimento com estelita é um processo que consome muito tempo e raramente é aplicável, exceto para lâminas de serra-fita largas, com espessura superior a 1,0 mm, e pode ser usado apenas para dentes recalcados. Lâminas de serra-fita que se destinam ao revestimento com estelita requerem atenção especial durante os procedimentos de bancada, já que de outro modo, o aumento da vida útil dos dentes não será aproveitado. Preparação dos dentes Os dentes devem ser estampados da forma usual e, então, pré-retificados. A ponta não precisa, necessariamente, estar totalmente afiada, mas é imperativo evitar qualquer superaquecimento durante o esmerilhamento, e também dar-lhes um perfeito acabamento, principalmente no fundo do dente, para evitar fendas prematuras nesse local. Os dentes são então recalcados, para produzir o formato desejado. Aplicação da estelita por soldagem A lâmina deve estar disposta sobre os volantes, de maneira que a face do dente a ser estelitado permaneça numa posição horizontal e a uma altura favorável quando o operador esta convenientemente sentado. Uma pequena gota de estelita é derretida sobre o dente, tomando-se o cuidado de não fundir o aço. A operação precisa ser feita rapidamente antes que o aço oxide e impeça a estelita de espalhar-se. 5.2. Pastilha de carbeto ou carboneto (carbide tipping) O uso de pastilhas de carboneto na implantação de dentes de serras circulares ou outras ferramentas de corte já vem sendo praticado há muitos anos. É fato conhecido que este material reduz o desgaste dos dentes em até 8 vezes. Recentemente, foram introduzidas no mercado pastilhas de carboneto pré-afiadas. Neste processo, a ponta inteira é substituída, pré-afiada na largura de corte exata. A pastilha é unida a ponta do dente com solda forte e polida. O uso de carboneto para pontas de dentes sólidos de serra circular tem se tornado mais popular a medida que tem aumentado o processamento de toras pequenas, uma vez que elas são mais adaptáveis às serras de pequeno diâmetro que os tipos de serra com dentes postiços. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 28 VARIÁVEIS ENVOLVIDAS NA TECNOLOGIA DE CORTE 1. Velocidade da serra (saw speed) Velocidade com que a lâmina de serra se movimenta durante o processo de corte, geralmente expressa em metros/minuto. Sua determinação é realizada em função do tipo de serra. Para serras circulares, a velocidade é determinada através da equação: c = π.Φ.N Equação 6. onde, c = velocidade periférica, m/min π = constante, equivalente a 3,1416 Φ = diâmetro do disco, m N = número de rotações do motor/min. O produto π.Φ corresponde à circunferência ou perímetro do disco de serra. Multiplicando-se este resultado pelo número de rotações do motor, obtém-se a velocidade periférica da serra circular. A partir desta equação pode-se depreender que o aumento da velocidade da serra é diretamente proporcional à rotação do motor, e ao diâmetro do disco. Existe, naturalmente, uma relação entre o diâmetro do disco e a velocidade de rotação do motor. Os valores comumente utilizados, variam de acordo com o tipo de madeira. Para madeiras de folhosas, entre 2400 e 2700 m/min, enquanto que para coníferas, entre 3000 e 3300 m/min. Para serras de fita, a velocidade da lâmina pode se calculada através da seguinte relação: c = ℓ.N Equação 7. onde, c = velocidade da fita, m/min ℓ = comprimento da fita, m N = número de rotações do motor/min. A experiência com o emprego de lâminas de fita largas para desdobro de madeira indica que velocidade de10000 fpm (3000 m/min) são adequadas para madeiras mais macias, tais como Pinus sp. Comparativamente, madeiras mais duras podem usar velocidades entre 8000 e 9000 fpm (2400 e 2700 m/min). Para madeiras muito duras ou congeladas, em geral velocidades entre 6000 e 7000 pé/minuto (1800 a 2100 m/min) são empregadas. 2. Velocidade de alimentação (feed speed or feed rate) Se refere a distância que a madeira avança de encontro a serra por unidade de tempo. Nos equipamentos que dispõem de carro transportador, é dada pela sua velocidade. Para serras de fita, a velocidade de alimentação é calculada por meio da seguinte equação: p c dF = Equação 8. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 29 onde, F = velocidade de alimentação, m/min d = avanço por dente, mm c = velocidade da serra, m/min p = passo do dente, mm. A velocidade de alimentaçãoé influenciada por vários fatores, sendo diretamente proporcional ao número de dentes, avanço por dente, velocidade da serra, e inversamente proporcional ao passo do dente. No caso das serras circulares, a velocidade de alimentação pode ser obtida a partir da distância que a madeira avança para cada revolução da lâmina de serra. Pode ser calculada, também, através das equações abaixo: F = d.n (revoluções/min) Equação 9. ou F = d.n.N (m/min) Equação 10. onde, F = velocidade de alimentação, m/min d = avanço por dente, mm n = número de dentes N = número de rotações/min. É comum a madeira apresentar em sua superfície serrada, marcas visíveis provocadas geralmente por travas de dente um pouco saliente em relação aos demais. Em razão disso, a velocidade de alimentação pode ser obtida, medindo-se a distância entre as marcas deixadas na superfície serrada da madeira. 3. Avanço por dente (bite per tooth) Se refere a distância linear que cada dente de serra penetra na madeira, ao passar pela mesma, como ilustrado na Figura 25. É determinado pela interação de algumas variáveis, como número de dentes, velocidade da serra e velocidade de alimentação. De acordo com o tipo de serra, o avanço por dente pode ser calculado por meio das seguintes equações: Serra de fita: D A 75,0d = Equação 11. Serra circular: )p75,0D(7,0 A d − = Equação 12. onde, d = avanço por dente, mm A = área da garganta do dente, mm2 D = profundidade de corte, mm p = passo do dente, mm SANTINI, E.J. Lâminas de serra 30 FIGURA 25 - Avanço por dente O avanço por dente é uma variável usada no balanceamento operacional das serras. Valores grandes requerem garganta do dente com capacidade adequada para armazenar e remover os resíduos do corte, sendo que o volume de madeira removido por dente é igual ao produto entre o avanço por dente, a profundidade de corte e a largura de corte. Avanços por dente grandes são comumente empregados em serras de desdobro, onde a superfície da madeira serrada resulta áspera. Valores pequenos são mais usados por ocasião do beneficiamento da madeira, em que o acabamento fino é importante. Por outro lado, a serragem produzida durante o corte não deve ser muito fina para não penetrar no espaço entre a lâmina e a madeira. Caso isso ocorra, a lâmina se aquece devido o atrito com a madeira, perde a tensão e a estabilidade, resultando num fio de serra ligeiramente curvo, desalinhado. Existe um certo consenso que um avanço por dente de 3,17 mm é apropriado para madeiras de coníferas, e que 2,54 mm é geralmente usado para folhosas. Entretanto, 2,79 mm é o valor padrão usual para cálculos de potência da serra circular. Uma regra prática, com base nas limitações de resistência, considera bom avanços por dente variando entre 25 e 50% da largura de corte, atingindo no máximo 80% da mesma. O avanço por dente é empregado em modelos ajustados para estimar a energia específica de corte, a qual compõe a equação utilizada para calcular as necessidades de potência da serra. 4. Profundidade de corte (depth of cut) Corresponde ao diâmetro da tora no caso de desdobro de madeira roliça, ou a espessura da peça no caso de corte para dimensionamento da madeira serrada. Pode ser obtida por meio das seguintes equações: Serra de fita d A 75,0D = Equação 13. Serra circular p75,0 d7,0 A D += Equação 14. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 31 onde, D = profundidade de corte, mm A = área da garganta, mm2 d = avanço por dente, mm p = passo do dente, mm A profundidade de corte máxima recomendada é aquela que permite o preenchimento da garganta, a um especificado avanço por dente. Caso sejam serradas maiores profundidades, o avanço por dente precisa ser reduzido através da diminuição da velocidade de alimentação. Caso este princípio não seja observado, podem ocorrer sobrecargas no eixo motor da serra e cortes curvos, e diminuição da velocidade da lâmina. Em condições extremas, a serra pode “engasgar” e parar totalmente no corte. 5. Largura de corte (kerf) Corresponde ao fio de corte produzido pela trava dos dentes durante a passagem da lâmina pela madeira. É outra variável importante uma vez que, junto com o avanço por dente, determina a capacidade da garganta, influi na resistência e rigidez da lâmina devido a sua relação com a espessura da mesma, e influencia também nas necessidades de potência. Na prática, a largura de corte (k) é praticamente igual ao valor da trava do dente, a qual corresponde ao dobro da espessura da lâmina (e). k = 2.e (mm) Equação 15. Como regra geral para serra circular, a cada 1/32” (0,8 mm) de mudança em largura de corte produzirá uma alteração de 11% na potência requerida. 6. Volume de serragem (volume of wood removed by a single tooth) O volume de madeira (serragem, resíduo) removido por único dente durante sua passagem através da tora, pode ser calculado da seguinte maneira (dente travado por recalque): k.D.dV = = c k.D.F.p Equação 16. onde, V = volume de madeira removida por dente, mm3 d = avanço por dente, mm D = profundidade de corte, mm k = largura de corte, mm F = velocidade de alimentação, m/min p = passo do dente, mm c = velocidade da serra, m/min Dentes de serra de fita largas geralmente são travados por recalque, ao passo que nas serras de fita estreitas algumas vezes são travados por torção. Neste caso, são necessários dois dentes para consumar a largura de corte (k) considerada na equação acima. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 32 7. Energia específica de corte (Specific cutting energy) Definida como a energia requerida para remover uma unidade de volume de madeira sólida da largura de corte em uma determinada unidade de tempo. Em outras palavras, é a potência necessária, em Hp, para remover um metro cúbico de madeira por minuto, expressa em hp/m3/min ou hp/pe3/min. A energia específica de corte é obtida a partir do avanço por dente, através do modelo de regressão multiplicativo (y = a.xb), ajustado em função da espécie de madeira. Entretanto, até o presente foram desenvolvidas equações para poucas espécies, sendo conhecidas as seguintes: Pinus sulinos: Ps = 8,366.d-0,47095 Equação 17. Nogueira: Ps = 13,134.d-0,39453 Equação 18. Western hemlock: Ps = 3,127.d-0,76782 Equação 19. onde, Ps = energia específica de corte, hp/pe3/min. d = avanço por dente, pol. A relação entre d e Ps estabelecida através de modelos ajustados para pinus sulinos e nogueira está representada na Figura 26, onde uma relação inversamente proporcional é observada entre as variáveis. FIGURA 26 - Relação entre energia específica de corte e avanço por dente para nogueira e pinus sulinos. Avanço por dente (mm) E n e rg ia e s p e c íf ic a d e c o rt e (H p /m 3 /m in ) 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Nogueira - Ps = 1660,995*d -0,394465 Pinus - Ps = 1354,508*d -0,470977 Adaptado de Willistom (1976). 8. Potência do motor da serra (cutting horsepower) A potência da serra é determinada de modo diferente com relação ao tipo de serra de desdobro. SANTINI, E.J. Lâminas de serra 33 8.1. Serra de fita A potência necessária para uma serra de fita de desdobro pode ser dividida em duas partes: ♦ potência para acionamento da serra ♦ potência para serrar a madeira A potência para acionamento da serra é uma função linear datensão aplicada pelos volantes, sendo definida a partir da tensão específica aplicada à lâmina de serra. A necessidade desta potência é devido apenas à fricção. Em testes realizados por um fabricante de serra de fita de alta tensão, por ocasião do desdobro de madeiras de folhosas, foi observada a seguinte relação entre a força aplicada nos volantes e a potência devido à fricção, como mostra a Tabela 5. TABELA 5 - Relação entre força dos volantes e tensão devido à fricção Força aplicada nos volantes (kgf) Potência devido apenas à fricção (Hp) 2504 13,40 4463 18,09 6387 21,44 8309 26,80 Fonte: Willistom (1976) A tensão de tração da lâmina e a força aplicada nos volantes da serra de fita, são ilustradas na Figura 27. Observa-se que a força resultante da tensão de tração da lâmina (σ) é dada por uma grandeza igual e contrária, aplicada no volante superior da serra (f). FIGURA 27 - Representação esquemática da força aplicada nos volantes (f) e tensão de tração da lâmina (σ). SANTINI, E.J. Lâminas de serra 34 A tensão de tração aplicada na lâmina de fita é obtida através da seguinte equação: 2.L.e f =σ Equação 20. onde, σ = tensão de tração da lâmina, kgf/mm2 f = força aplicada nos volantes, kgf L = largura da lâmina de serra, mm e = espessura da lâmina de serra, mm. Da Equação 20, resulta: f = 2σ.L.e Equação 21. De posse dos valores de f, e com o uso da Tabela 5, obtém-se diretamente ou por interpolação, os valores da potência devido à fricção. A potência necessária para serrar a madeira é uma função da profundidade de corte (D), da largura de corte (k), da velocidade de alimentação (F), e da energia específica de corte (Ps). É calculada através do produto entre essas variáveis, conforme equação abaixo: P = D . k . F . Ps Equação 22. onde, P = potência do motor, Hp D = profundidade de corte, m k = largura de corte, m F = velocidade de alimentação, m/min Ps = energia específica de corte, Hp/m3/min. Exercício prático: O proprietário de uma serraria que desdobra toras de Pinus com diâmetro máximo de 60 cm, precisa conhecer a potência que o motor deve ter para acionar a serra de fita empregada no processamento da madeira. Para auxiliar nos cálculos, são informados os seguintes dados sobre a lâmina de serra: ♦ espessura = 1,65 mm ♦ largura = 30 cm ♦ passo do dente (p) = 5,08 cm ♦ altura do dente (h) = 2,15 cm ♦ área da garganta (A) = 980 mm2 ♦ largura de corte (k) = 3,3 mm ♦ avanço por dente (d) = 1,22 mm ♦ velocidade da lâmina (c) = 3048 m/min ♦ tensão de tração (σ) = 6,45 kgf/mm2 Determinar: Energia específica de corte (Ps), avanço por dente (d), velocidade de alimentação (F), potência devido à fricção (Pf) e potência total (Pt). SANTINI, E.J. Lâminas de serra 35 8.2. Serra circular Esse mesmo procedimento de cálculo talvez possa ser empregado para as serras circulares. O problema, no entanto, é que a energia específica de corte é conhecida somente para serra-fita, e mesmo assim, para poucas espécies de madeiras. O “Canada Forest Products Laboratory” elaborou uma tabela de potência para serra circular, mostrada na Tabela 6, baseada nas seguintes variáveis: Rotação do motor (N) = 700 rpm Velocidade de alimentação (F) = 52 m/min Massa específica = 0,34 a 0,56 g/cm3 TABELA 6 - Potência da serra circular em função da rotação, velocidade de alimentação, profundidade de corte e massa específica da madeira (em HP). Profundidade de corte (cm) Massa específica (g/cm3) 5 10 15 20 25 30 35 0,34 10 20 29 39 49 59 68 0,48 14 29 44 59 73 88 102 0,55 16 33 48 65 79 95 111 0,56 18 37 54 71 89 106 123 Fonte: adaptado de Kollmann & Côté (1968). Em geral, pode-se considerar suficiente para a serra circular de desdobro, uma potência de 100 HP para profundidades de corte de até 30 cm REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS KOCH, P. Wood machining processes. New York : The Ronald Press Company, 1964. 530p. KOLLMANN, F.F.P; CÔTÉ Jr, W.A. Principles of wood science and technology - I. solid wood. New York : Springer-Verlag, 1968. 592p. LUNSTRUM, S.J. Circular sawmills and their efficient operation. Atlanta, USDA Forest Service, State and Private Forestry, 1972. 86p. UDDEHOLM wood bandsaw blade manual. Stockholm, Sweden : Uddeholm Aktiebolag, [ca. 1975]. 48p. WILLISTON, E.M. Lumber manufacturing: the design and operation of sawmills and planer mills. San Francisco : Miller Freeman Publications, 1976. 512p.
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