ARTIGO MORSA

Prévia do material em texto

1 
 
PROJETO DE PRODUTO MECÂNICO: Morsa de Bancada 
 
Cibelle de Arantes Santos 
Vanessa Aparecida Reis 
Yris Castilho Campos Gonçalves 
 
RESUMO 
Este trabalho tem como objetivo descrever os processos utilizados na fabricação de uma 
morsa de bancada, e apresentar os materiais necessários em sua composição. Tal abordagem 
se faz necessária para exemplificar como funciona a mecânica deste dispositivo e suas 
aplicações na indústria, ferramentarias, serralherias e oficinas mecânicas em geral. 
Racionalizar custos com a realização de melhorias no projeto, mantendo um padrão de 
qualidade. Este propósito será conseguido através de pesquisas em livros, sites e artigos, e a 
realização de cálculos. A pesquisa esclareceu os processos para a fabricação da morsa e com 
os cálculos comprova se uma possibilidade de mudanças no projeto. 
 
1- INTRODUÇÃO 
 
A morsa é um dispositivo mecânico que consiste em uma operação de aperto através de 
duas mandíbulas, uma fixa e outra móvel, ambas com mordentes para que pela força exercida 
pelos mesmos sobre a peça a segurem, para que ela não se mova, ficando livre para a 
execução de operações mecânicas diversas como rebitagem, limagem, ajustes, furação, entre 
outras. Esse dispositivo é amplamente utilizado na indústria, devido sua alta gama de 
aplicações, simplicidade de utilização e versatilidade. Mesmo sendo um dispositivo mecânico 
simples e resistente, ainda apresenta alguns riscos de falha que deve ser assinalado no FMEA 
do produto. A morsa é um dos dispositivos de sujeição mais utilizados no processo fabril, pela 
sua versatilidade e enorme gama de aplicações. Praticamente todas as operações mecânicas 
não automáticas necessitam passar ao menos uma vez pela morsa, a fim de se ter os ajustes 
finais ou até mesmo um corte ou ajuste para receber uma nova operação. 
Além de todas as variedades das aplicações da morsa, ela é amplamente utilizada também, 
devido ao seu custo reduzido. Isso influencia muito na escolha de um dispositivo, 
independentemente do seu gênero, pois o mercado se encontra extremamente competitivo, 
2 
 
devido à grande variedade de concorrente e a globalização, portanto é necessária a redução 
dos custos e maximização das margens. 
Comparando uma morsa de bancada de Aço Nodular com o Aço SAE 1020 como uma 
alternativa de produção com baixo custo em alta escala, por ter sua superfície com bom 
acabamento ganhando tempo em processos, e o normalizado pela facilidade de se encontrar 
no mercado, e executar operações simples de usinagem. 
 
2- MORSA DE BANCADA 
 
A morsa de bancada serve para construir diversas peças, fazer acabamentos, cortar, lixar 
rebitar martelar, fixar e etc. Indicado para indústrias, ferramentarias, oficinas, mecânicas leves 
e pesadas, serralherias e construção civil. É utilizada pelas indústrias pela facilidade de 
fixação, onde duas peças chamadas mordentes são aproximadas por um fuso para fixar um 
objeto, ou seja, a morsa de bancada é um elemento de suporte e fixação de peças que serão 
manipuladas, consegue-se manusear a peça com firmeza sem que se solte ou se movimente. 
(DOUGLAS, 2014) 
 
2.1- Processos de montagem 
 
Para Douglas (2014) a mandíbula fixa e mandíbula móvel será constituída por uma barra 
cortada e faceada, a base e os mordentes da morsa serão construídos através de uma chapa 
cortada a laser, os mordentes. Para os itens normalizados o fuso e o Anel elástico são 
utilizados conforme tabela de peças. 
 
Figura 01: Vista explodida de uma morsa de bancada. 
 
Fonte: Grupo GMEG, 2010. 
3 
 
A montagem será realizada após todos componentes finalizados onde serão montados 
seguindo o desenho, o diferencial da montagem é que a mandíbula fixa será soldada com 
solda elétrica, para que o posicionamento fique correto a mandíbula fixa e móvel devem ser 
montadas para que seja realizado o processo de soldagem 
 
 Figura 02: Desenho técnico da morsa. 
 
 Fonte: O Autor 
 
4 
 
Para as morsas de bancadas já existentes utiliza-se a lista de peças padronizadas conforme 
mostrado na tabela 01. 
Tabela 01: Peças padronizadas 
Nº PEÇAS 
1 TORNO FIXO INDUSTRIAL N° 02 USINADO 
1 TORNO FIXO INDUSTRIAL N° 02 USINADO 
2 MORDENTE NR/02 
3 PA MQ CH 1/4" X 1/2" ZB 
3 PA MQ CH FD 5/16 X 3/4 ZB 
4 TORNO MOVEL INDUSTRIAL N° 02 USINADO 
5 ARRUELA LISA 22 X 13.50 X 2.0 MM ZB 
5 ARRUELA LISA 35 X 20 X 1.5 MM ZB 
5 ARRUELA LISA 35 X 22 X 2.0 MM ZB 
5 ARRUELA LISA 40 X 25 X 2.0 MM ZB 
6 MOLA BANCADA N° 02 E N° 03 
7 FUSO TORNO N° 02 
8 CONTRA-PINO1/8 " X 1/2" 
8 CONTRA-PINO1/8" X 1" 
8 CONTRA-PINO5 32" X 1.1/4" 
Fonte: Grupo GMEG, 2010. 
 
3- MEMORIAL DE CÁLCULO 
 
Primeiramente foram realizados testes de dureza por penetração Rockwell (HR) nos pontos 
críticos da morsa de bancada. O método de Rockwell na escala B é realizado em etapas, 
primeiramente realiza-se uma compressão de uma esfera de aço temperado de diâmetro D, 
sobre uma superfície plana, limpa e polida com uma pré-carga de 10 kgf, garantindo um 
contato firme entre o penetrador e o material ensaiado, em seguida aplicasse a carga de 100 
kgf, durante um intervalo de tempo T. Obtendo assim a sua resistência mecânica e ao 
desgaste, resistência ao corte em usinagem e o aço utilizado em sua fabricação. 
Os valores de dureza encontrados a partir deste ensaio são convertidos para obtenção dos 
valores de tensão de tração e cisalhamento. Conforme exemplificado na tabela 02 do aço 
nodular, utilizado na fabricação da morsa Nº 2. 
 
 
 
 
5 
 
 Figura 03: Descrição do processo. 
 
 Fonte: BUDYNAS,2016. 
 
Tabela 02: Propriedades do ferro fundido nodular. 
Ferro Fundido Nodular 
MATRIZ Ferrítica Ferrítica 
Ferrítica 
Perlítica 
Perlítica Perlítica 
PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Limite de Resistência N/mm² (min) 400 400 500 600 700 
Limite de Escoamento (0,2%) N/mm² min. 250 250 320 380 440 
Alongamento % min. 18 15 7 3 2 
Dureza Brinell HB 30 120-165 135-185 170-220 200-250 235-285 
Módulo de Elasticidade N/mm² (10²) 160 a 185 
Resistência à compressão N/mm² 800 800 850 1000 1100 
Resistência à Flexão N/mm² 800 800 850 900 1000 
Resistência ao Cisalhamento N/mm² 0,9 x LR 
Número de Poisson 0,28 a 0,29 
Resistência ao impacto (sem entalhe) Kgfm/cm² 10-20 10-20 6-12 4-8 2-5 
Resistência ao impacto (com entalhe) Kgfm/cm² >20 1,5-2,8 0,5-1,5 0,5-1,2 0,3-0,8 
 
Fonte: Grupo GMEG, 2010. 
 
6 
 
Para realização dos ensaios foi convertido de HRB para Brinell, como mostra a tabela 
abaixo. 
 Tabela 03: Tabela comparativa de durezas e resistências de aços. 
 
 Fonte: O autor. 
 
Para a parte A foi encontrada uma dureza de 84 e 85 HRB equivalente a 162 Brinell. Para a 
tração desta parte foi considerado a constante de 3,53 conforme tabela 03 de conversão e 
equação abaixo. 
 
𝜎 = 𝐻𝐵 𝑥 𝑘 
σ = 162 x 3,53 
𝜎 = 571,86 𝑁/𝑚𝑚2 
 
Figura 04: Parte A – Mandíbula móvel. 
 
Fonte: O autor. 
 
DUREZA 
BRINEEL
DUREZA 
VICKERS
HB
HB X 3,53 
Mpa 
(N/mm²)
HB X 0,36
 kgf/mm²
HB X 3,43 
Mpa 
(N/mm²)
HB X 0,56 
kgf/mm²
HB X 3,33 
Mpa 
(N/mm²)
HB X 0,46 
kgf/mm²
HRB HRC HV
68.0 940
67.5 920
67.0 900
767 2710 276 2630 268 2550 261 66.4 880
757 2670 273 2600 265 2520 257 65.3 860
2.25 745 2630 268 2560 261 2480 253 63.3 840
2.30 710 2510 250 2440 248 2360 241 61.7 780
2.35 682 2410 246 2340 236 2270 232 60.0 737
2.40 653 2310 235 2240 229 2170 222 58.7 697
2.45 627 2210 225 2150 219 2090 213 57.3 667
2.50 601 2040 216 1950 210 2000 204 56.0 640
2.55 578 1960 208 1900 202 1920 197 54.7 615
2.60 555 1890 200 1830 194 1850 189 53.5 591
AÇO-CARBONO
AÇO Cr
AÇO Mn
AÇO CrMn
AÇO Ni
AÇO CrNi
AÇO CrMo
Diâmetro médio 
de impressão com 
esfera de 10 mm e 
carga de 29420N 
(3000kgf) mm
TABELA COMPARATIVA DE DUREZAS E RESISTÊNCIAS DE AÇOS
(VALORES APROXIMADOS) 
DUREZA ROCKWELL
7 
 
Para a parte B a dureza encontrada foi de 88 e 89 HB equivalente a 181 Brinell. Para a 
tração destaparte foi considerado a constante de 3,53 conforme tabela 03 de conversão e 
equação abaixo. 
𝜎 = 𝐻𝐵 𝑥 𝑘 
σ = 181 x 3,53 
𝜎 = 638,93 𝑁/𝑚𝑚2 
 
Figura 05: Parte B – Mandíbula Fixa 
 
Fonte: O autor 
 
3.1 – Aço 1020 
 
O aço SAE 1020 é um dos aços mais comum utilizado como aço por apresentar uma 
excelente relação custo benefício comparado com aços mais ligados para o mesmo propósito. 
Possui uma excelente plasticidade e soldabilidade. Após cementação é beneficiado, mas 
possui menor capacidade de endurecimento se comparado a outros. 
O ensaio de dureza realizado no Aço 1020 constatou uma dureza de 74 e 75 HB 
equivalente a 133 Brinell. Para obter a tração suportada por este material consideramos a 
constante de 3,53 conforme tabela de conversão e equação abaixo. 
 
𝜎 = 𝐻𝐵 𝑥 𝑘 
σ = 133 x 3,53 
𝜎 = 469,49 𝑁/𝑚𝑚2 
 
 
 
8 
 
4- FMEA 
 
FMEA (failure mode and effect analysis) é uma ferramenta usada para aumentar a 
confiabilidade do produto durante a fase de projeto ou processo. De acordo com a ABNT, o 
FMEA é um método que utiliza variáveis qualitativas para realizar uma análise dos possíveis 
modos de falha que podem originar-se em componentes e gerar um efeito sobre a função de 
todo o conjunto. Ao utilizar o FMEA torna-se possível antever algumas falhas sistêmicas de 
nível crítico (e também as mais leves), assim como seu efeito sobre o conjunto. Assim, 
criando a possibilidade de se minimizar as falhas potenciais e evitar seus efeitos (TOLEDO, 
2015). 
Apesar de ter sido desenvolvida focada em projeto de novos produtos e processos, a 
metodologia FMEA, pela sua grande utilidade, passou a ser aplicada de diversas maneiras 
(PALADY, 2016). Neste artigo ela será utilizada no auxilio da diminuição de falhas do 
produto e para diminuir a probabilidade de falha nos processos administrativos (ANEXO A). 
 
5- ERGONOMIA 
 
A ergonomia trata-se de uma importante ferramenta que influencia na capacidade 
produtiva e na saúde do trabalhador, visa o desenvolvimento e aplicação de técnicas de 
adaptação do homem ao seu ambiente de trabalho. Seus objetivos básicos são, oferecer 
conforto ao trabalhador e prevenir a ocorrência de acidentes de trabalho. 
A morsa de bancada é uma ferramenta onde não gera riscos a segurança de seu operador, 
porém para seu melhor conforto e adaptação ao trabalho, é necessário seguir algumas 
recomendações, como o operador trabalha em pé para um melhor desempenho é necessário 
seguir a recomendação de altura da bancada a cada tipo de trabalho (Figura 05). 
A) Trabalho de precisão: é recomendado que a superfície estivesse até cinco centímetros mais 
altos que o cotovelo do operador. 
B) Trabalho leve: é recomendado que a superfície fique abaixo da altura do cotovelo do 
operador, entre cinco e dez centímetros. 
C) Trabalho pesado: é recomendado que a superfície fique abaixo da altura cotovelo do 
operador, até trinta centímetros. [SOUZA, 1998]. 
Outros possíveis riscos a morsa de bancada é o manuseio de seu operador, só é possível 
que a morsa quebre com o mau uso do operador, para isso não acontecer é necessário 
9 
 
conscientizar a todos os operadores como usá-la de forma correta assim acidentes não vão 
acontecer. 
 
FIGURA 06: Recomendação das superfícies horizontais de trabalho 
 
FONTE: SOUZA, 1998. 
 
6- CONCLUSÃO 
 
Observou-se com esta pesquisa que a morsa de bancada é um equipamento mecânico 
muito utilizado em oficinas, marcenarias, indústrias, dentre outros em diversos processos para 
auxiliar na montagem do produto final, não apresentando riscos de segurança para operador. 
Para isso é utilizado aço nodular, conforme norma ABNT, devido a sua ductilidade para 
absorção dos impactos, evitando trincas e quebras, do produto mecânico. 
 
Constatou-se que apesar do aço SAE 1020 não apresentar a mesma resistência que o aço 
nodular, o mesmo pode ser uma alternativa para produção mais barata e rápida para 
fabricação da morsa de bancada, uma vez que os testes apresentam uma resistência acima de 
400kg, uma vez que a morsa de bancada é uma ferramenta de auxílio. 
 
 
Abstract 
This work aims to describe the processes used in the manufacture of a bench vise, and 
present the necessary materials in its composition. Such an approach is necessary to 
exemplify how the mechanics of this device and its applications in industry, tooling, 
locksmiths and mechanical workshops in general work. Rationalize costs by making project 
improvements while maintaining a quality standard. This purpose will be achieved through 
research in books, websites and articles, and performing calculations. The research clarified 
10 
 
the processes for making the walrus and with the calculations proves whether a possibility of 
changes in the design. 
 
7- REFERÊNCIAS 
 
ARCELORMITTAL. Guia do Aço. Catalogo de produto. São Paulo.129p. Modelo – Guia. 
 
BUDYNAS, Richard G. Shigley’s Mechanical Engineering Design. 10ª Ed. Editora 
McGraw-Hill Global Education Holdings. Nova iorque, 2016. 1070 p. 
 
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: Processos de Fabricação e Tratamento. 2ª 
ed, vol. 2. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. 315 p. 
 
GENTIL, V. Corrosão. 3 ed. Editora LTC. Rio de Janeiro, 1996. 
 
GRUPO GMEG. Assistência técnica. Manual do produto. 1.ed.Itajaí, 2010. 56p. Modelo- 
Dicionário 
 
LIKER, Jefrey K., O Modelo Toyota - 14 Princípios de Gestão do Maior Fabricante do 
Mundo, Porto Alegre: Editora Bookman, 2005. 316 p. 
MARQUES, P.V.; MODENESI,P.J.; BRACARENSE,A.Q. Soldagem: Fundamentos e 
tecnologia. 3ª Edição atualizada – Belo Horizonte: Editora UFMG, 2009 363p.il 
 
MASTRO, E. D. Apostila: Desenhos Técnico Mecânico II. FATEC, Faculdade de 
Tecnologia de Sorocaba. São Paulo, 2009. 
 
MEI, Paulo Roberto. Aços e Ligas especiais. 2ª Ed. Editora Edgard Blücher, 2006. 646 p. 
 
PALADY, Paul. FMEA: Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos. 4ª Ed. Editora IMAM, 
2016. 270 p. 
 
ROSA, Engº Prof. Dr. Luiz C, Apostila de Tecnologia na Manufatura –Parte 2, Máquinas 
Ferramentas I , Fatec Sorocaba, 2008. 
 
SOUZA, André. Estudo Ergonômico sobre a utilização de uma morsa no posto de 
trabalho, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 1998. 
11 
 
 
TOLEDO, José Carlos. Apostila: Análise do Tipo e Efeito de Falha. UFScar, Universidade 
federal de São Carlos. São carlos, 2015. 
 
WERKERMA, Cristina. Criando a Cultura Seis Sigma, Série 1ª ed, vol. 1. Nova Lima: 
Editora Wekerma, 2004. 264 p.