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81 Capítulo 4 Planejamento do Roteamento do Processo 4.1. Tarefas Envolvidas no Planejamento do Roteamento do Processo O planejamento do processo pode ser dividido em dois estágios: planejamento do roteamento e projeto da operação de usinagem. O planejamento do roteamento é um planejamento global dos processos de fabricação de uma peça. O objetivo é determinar o conteúdo e a sequência de operações no plano de processos. Fatores considerados no planejamento do roteamento são inúmeros, incluindo o material, a estrutura e especificações técnicas da peça, características da matéria-prima, volume de produção, máquinas, ferramentas, instrumentos de medição, dispositivos de fixação, nível de habilidade dos operadores, condições do chão-de-fábrica, etc. Os impactos destes fatores no planejamento do roteamento devem ser estudados de forma pormenorizada, para se tomar decisões ótimas. As tarefas seguintes são desempenhadas no planejamento do roteamento: Análise do desenho da peça Seleção dos processos e rotas de usinagem para cada superfície da peça a ser usinada Determinação do conteúdo de cada operação e o número de operações de usinagem Determinação da sequência de operações Seleção das referências de apoio para cada operação Arranjo das operações de tratamento térmico Arranjo de operações auxiliares Problemas relacionados ao planejamento do roteamento serão discutidos neste capítulo, com exceção da seleção de referências de apoio, que foi discutido no capítulo anterior. O projeto de operações de usinagem será descrito no próximo capítulo Análise de Desenhos de Peças Como o desenho da peça é a base técnica mais importante para o planejamento do processo, a análise do desenho deve ser o primeiro passo do planejamento do roteamento. A análise deve ser cuidadosamente conduzida pelo processista, para que não somente todas as informações a respeito da peça sejam claramente entendidas, mas também para que os vários problemas tecnológicos, que deverão ocorrer na usinagem, sejam considerados inicialmente Compreensão do Desenho da Peça 82 O processista deve entender claramente tudo que estiver especificado no desenho da peça, inclusive todas as vistas da peça, cotas, tolerâncias, acabamentos e outras especificações técnicas. Elas representam as exigências que devem ser satisfeitas depois da usinagem da peça. Al/em disso, o processista deve entender as condições de posicionamento e funcionamento da peça no produto montado. Esta é a base na qual as exigências de precisão e especificações técnicas são atribuídas à peça Análise Tecnológica das Peças Com base na compreensão do desenho da peça e suas especificações, uma análise tecnológica da peça deve ser conduzida. Os seguintes aspectos são examinados na análise: (a) Análise da estrutura da peça: Peças usinadas possuem várias formas e tamanhos. Entretanto, todas estas peças são compostas de superfícies com formas básicas e perfis especiais. Superfícies com formas básicas incluem planos, cilindros externos e internos, e cones. Superfícies com perfis especiais consistem de hélices (p.ex. roscas), envolventes (p.ex. engrenagens) e perfis complicados (p.ex. cames e pás de turbinas). Na análise da estrutura da peça, deve-se entender quais os tipos de superfícies compõem a peça. Isto porque as formas das superfícies são o fator principal na seleção dos processos de usinagem. Por exemplo, superfícies cilíndricas externas são usinadas normalmente através de torneamento e/ou retificação. Furos são normalmente usinados com brocas (furação), e posteriormente alargados, mandrilados e retificados até a precisão exigida. Os tamanhos das superfícies também influenciam a seleção dos processos de usinagem. Por exemplo, para usinar um furo profundo, deve-se utilizar uma broca canhão, em vez de uma broca helicoidal. Além disso, a estrutura global de uma peça tem grande importância na seleção dos processos de usinagem. A estrutura básica dita o processo de usinagem. Entretanto, deve-se notar que mesmo uma superfície básica pode corresponder a classes diferentes de features 1 em diferentes combinações. Por exemplo, uma peça rotacional pode ser do tipo eixo, disco, anel, tubo, etc. Peças com formas globais diferentes são usinadas com processos diferentes de usinagem e apoio, e diferentes ferramentas. Conhecendo-se a forma básica, o processista tem idéias gerais sobre os processos de usinagem necessários para executar a peça. (b) Superfícies Críticas e Menos Críticas: Uma superfície crítica geralmente permanece em contato com superfícies de outras peças no produto montado (p.ex. superfícies de engate entre uma engrenagem e a hélice), ou engatam com outras superfícies em operação (p.ex. o perfil do dente de engrenagem). Outras superfícies são chamadas de menos críticas. Geralmente, uma elevada 1 Features são definidas aqui como tijolos utilizados na construção de peças. Como exemplo de features tem-se: cilindros, furos, chanfros, etc. Desenhos de algumas features encontradas em peças industriais são ilustradas no Apêndice VII. 83 precisão é especificada para a superfície crítica. Para atingir esta precisão, dá-se às superfícies críticas uma maior prioridade no planejamento do processo. Através da análise da precisão e acabamento de cada superfície crítica, o processo final de usinagem é determinado. Depois, uma cadeia de operações é derivada da operação final. Isto possibilita o processista ter uma idéia geral sobre os processos principais de usinagem que devem ser incluídos no plano de processo. (c) Estudo do Material e dos Métodos de Tratamento Térmico: Também é necessário para o processista entender o material da peça; dureza, resistência e outras propriedades mecânicas, e portanto o tratamento térmico necessário. As propriedades mecâncias do material da peça influenciam a seleção do processo de usinagem, e também a seleção dos parâmetros de corte. Devese conhecer a usinabilidade do material antes e depois do tratamento térmico, bem como outras variações do material depois do tratamento térmico (p.ex. distorção). (d) Estudo do Dimensionamento da Peça: As posições relativas entre superfícies podem ser dimensionadas de três maneiras diferentes. Na figura 4.1(a) todas as dimensões referem-se à mesma superfície. A figura 4.1(b) mostra o dimensionamento sequencial, enquanto que na figura 4.1(c) ilustra-se uma combinação de ambos os métodos, que é o mais utilizado no dimensionamento de peças. O dimensionamento entre superfícies de peças influencia, até um certo ponto, a sequência de usinagem. Isto porque o PCR 1 deve ser observado no planejamento do processo. Figura 4.1. Três meios diferentes de dimensionamento: (a) em relação a uma superfície; (b) sequencial; (c) combinado A figura 4.2(a) mostra o desenho de uma peça com cotas entre superfícies na extremidade. As figuras 4.2(b) e (c) ilustram duas sequências diferentes de operações de acabamento da peça. É óbvio que na sequência da figura 4.2(b), as cotas de fabricação B e C na OP 30 podem ser determinadas como sendo iguais a 280 ±0,2 e 125-0,2, respectivamente. Isto porque a referência de fabricação da superfície usinada coincide com a referência de projeto, e portanto as cotas de projeto são tomadas como iguais 1 Princípio da Coincidência de Referências (ver Capítulo 3) 84 às cotas de fabricação. Entretanto, na sequência da figura 4.2(c), a usinagem da superfície 1 na OP 30 deve satisfazer simultaneamente duas cotas de projeto: 280 ±0,2 e 125-0,2. Portanto, neste caso ocorre a redução de tolerâncias, e por isto esta última é uma sequência inadequada. Figura 4.2. Duas alternativas de sequência de usinagem: (a) desenho de projeto da peça; (b) sequência correta; (c) sequência incorreta Isto revela que a sequência de usinagem deve estar em conformidade com o dimensionamento entre as superfícies da peça no desenho. Um estudo do dimensionamento entre superfícies conduz à determinação da sequência de usinagem no planejamento do processo Seleção de Processos de Usinagem A seleção de processos de usinagem para cada superfície é uma das tarefas importantes no planejamento do roteamento do processo. Ela relaciona-se diretamente à qualidade de peças fabricadas, à eficiência da produção e ao custo. O processista deve possuir um entendimento completo dos vários processos de usinagem disponíveis, incluindo processos, suas características tecnológicas e aplicações, equipamentos e ferramentas. Somente desta forma que os processos de usinagem podem ser selecionados adequadamente. Existe uma variedade ampla de processos de usinagem, tanto convencionais quanto nãoconvencionais. Um grande número destes processos está ilustrado no Apêndice II. Cada processo de usinagem pode atingir uma certa precisão de usinagem e acabamento superfícial sob certas condições. Condições normais de usinagem incluem a máquina-ferramenta, as ferramentas, os dispositivos de fixação da peça, o operador e o tempo padrão de execução. Nas tabelas 4.1 a 4.3 mostra-se a precisão de usinagem e a qualidade superficial que podem ser atingidas de forma econômica, através de vários processos de usinagem de superfícies cilíndricas externas, internas e superfícies planas, respectivamente. No Apêndice VIII faz-se um detalhamento de alguns 85 processos de usinagem, onde inclui-se informações sobre: geometria da ferramenta, condições de corte, potência de corte, etc. Pode-se concluir das tabelas que processos de usinagem diferentes podem ser usados na usinagem de uma mesma superfície. Os fatores principais a serem considerados na seleção de um processo de usinagem são a forma, o tamanho, a precisão e o acabamento superficial da superfície, além da estrutura global da peça, seu peso e material, volume de produção, condições do chão-defábrica, etc. Por exemplo, para usinar-se o furo de diâmetro ,022 da luva da figura 4.3 (feita de aço carbono), uma precisão IT6 (ver Apêndice V) e rugosidade R a =0,32µm (ver Apêndice VI) são exigidos. Baseado na tabela 4.2, o processo final de usinagem do furo será selecionado dentre alargamento (acabamento), mandrilamento de precisão, brochamento (acabamento) e retificação (semiacabamento). Entretanto, como o diâmetro do furo é relativamente elevado e existe um degrau no fim do furo, o alargamento e o brochamento não podem ser executados. Além disso, como existe um canal no início do furo, o mandrilamento com precisão não é recomendado. Portanto, seleciona-se o processo de retificação. Figura 4.3. Peça para qual é feita a seleção de processos de usinagem Geralmente, os processos de usinagem das superfícies críticas são selecionados inicialmente. Os outros processos são selecionados posteriormente. As tabelas 4.4 a 4.6 contêm roteamentos típicos de usinagem para superfícies cilíndricas externas, internas e planas, respectivamente. No exemplo anterior (figura 4.3), o roteamento de usinagem para o furo de diâmetro ,022 seria: mandrilamento (desbaste) mandrilamento (semi-acabamento) retificação (desbaste) retificação (semi-acabamento) Depois que os processos finais de usinagem e roteamentos de todas as superfícies (críticas e menos críticas) forem selecionados, faz-se uma análise posterior considerando-se features interrelacionadas por tolerâncias. Por exemplo, para o furo de diâmetro ,022 na peça da figura 4.3, a classe IT6 e rugosidade R a =0,63µm são exigidos, que podem ser atingidos através do mandrilamento 86 de precisão, como o último processo. Entretanto, como existe a especificação de concentricidade (0,01mm) entre o furo de ,022 e o furo de ,022, estes furos devem ser usinados na mesma fixação. Portanto, deve-se também selecionar a retificação como o processo final de usinagem deste furo. Os processos finais de usinagem e roteamentos selcionados para as superfícies da peça da figura 4.3 são listados na tabela 4.7. Tabela 4.1. Precisões de usinagem e rugosidades obtidas economicamente através de diversos processos de usinagem para superfícies cilíndricas externas Processo Classe de Tolerância IT Rugosidade R a (µm) Desbaste Torneamento Semi-acabamento ,5-10 Acabamento 7-9 1,25-2,5 Abertura de canal Num único passe Desbaste 7-9 0,63-2,5 Retificação Semi-acabamento 6-7 0,16-0,63 Acabamento 5-6 0,08-0,16 Lapidação Semi-acabamento 5-6 0,04-0,63 Acabamento 3-5 0,008-0,08 Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 Tabela 4.2. Precisões de usinagem e rugosidades obtidas economicamente através de diversos processos de usinagem para superfícies cilíndricas internas Processo Classe de Tolerância IT Rugosidade R a (µm) Furação Rebaixamento ,25-20 Desbaste 8-9 1,25-5 Alargamento Semi-acabamento 7-8 0,63-1,25 Acabamento 6-7 0,16-0,63 Desbaste Mandrilamento Semi-acabamento ,5-10 Acabamento 7-9 0,63-2,5 de Precisão 5-7 0,16-0,63 Brochamento Semi-acabamento ,32-2,5 Acabamento 6-9 0,16-0,63 Desbaste 7-9 0,63-2,5 Retificação Semi-acabamento 6-7 0,16-0,63 Acabamento 5-6 0,08-0,16 Brunimento Semi-acabamento 6-7 0,16-1,25 Acabamento 4-6 0,04-0,32 Lapidação Semi-acabamento 5-6 0,04-0,63 Acabamento 3-5 0,008-0,08 Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 87 Tabela 4.3. Precisões de usinagem e rugosidades obtidas economicamente através de diversos processos de usinagem para superfícies planas Processo Classe de Tolerância IT Rugosidade R a (µm) Desbaste Fresamento Semi-acabamento ,25-10 Acabamento 6-8 0,32-1,25 Desbaste Faceamento Semi-acabamento ,5-10 Acabamento 7-9 1,25-2,5 Desbaste Aplainamento Semi-acabamento ,5-10 Acabamento 6-8 0,63-5 Brochamento Semi-acabamento ,63-2,5 Acabamento 6-9 0,16-0,63 Desbaste 7-9 0,63-2,5 Retificação Semi-acabamento 6-7 0,16-0,63 Acabamento 5-6 0,08-0,16 Lapidação Semi-acabamento 5-6 0,04-0,63 Acabamento 3-5 0,008-0,08 Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 Tabela 4.4. Roteamentos de usinagem para superfícies cilíndricas externas N o Roteamento Tolerância IT Rugosidade R a (µm) 1 Torneamento (desbaste) Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) , Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) 7-9 1,25-2,5 Torneamento (acabamento) 4 Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) 7-9 0,63-2,5 Retificação (desbaste) 5 Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) 5-6 0,08-0,16 Retificação (desbaste) Retificação (acabamento) 6 Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) 3-6 0,008-0,63 Retificação (desbaste) Retificação (semi-acabamento) Lapidação 7 Torneamento (desbaste) Torneamento (semiacabamento) Retificação (desbaste) Retificação (acabamento) Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 88 Tabela 4.5. Roteamentos de usinagem para superfícies cilíndricas internas N o Roteamento Tolerânci a IT Rugosidade R a (µm) 1 Furação Furação Rebaixamento , Furação Escareado Alargamento (desbaste) 7-8 0,63-1,25 Alargamento (semi-acabamento) 4 Furação Rebaixamento Brochamento (acabamento) 6-9 0,6-0,63 5 Furação Mandrilamento (desbaste) Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) , Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 7-9 0,63-2,5 Mandrilamento (acabamento) 8 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 5-7 0,16-0,63 Mandrilamento de precisão 9 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 6-7 0,16-0,63 Retificação (desbaste) Retificação (semi- acabamento) 10 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 5-6 0,08-0,16 Retificação (desbaste) Retificação (acabamento) 11 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 4-7 0,04-1,25 Retificação (desbaste) Brunimento 12 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) 3-6 0,008-0,63 Retificação (desbaste) Lapidação 13 Furação Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semiacabamento) Retificação (desbaste) Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 Tabela 4.6. Roteamentos de usinagem para superfícies planas N o Roteamento Tolerânci a IT Rugosidade R a (µm) 1 Fresamento (desbaste) Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) , Faceamento (desbaste) Faceamento (semi-acabamento) , Brochamento ,16-2,5 5 Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) 6-8 0,32-1,25 Fresamento (acabamento) 6 Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) 7-9 0,63-2,5 Retificação (desbaste) 7 Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) 5-6 0,08-0,16 Retificação (desbaste) Retificação (acabamento) 8 Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) 3-6 0,008-0,63 Retificação (desbaste) Lapidação 9 Fresamento (desbaste) Fresamento (semi-acabamento) Retificação (desbaste) Super-acabamento 3-5 0,008-0,16 89 Tabela 4.7. Processos de usinagem selecionados para a peça da figura 4.3 Superfície Roteamento 1 Torneamento (desbaste) Torneamento (semi-acabamento) 2 Torneamento (desbaste) Torneamento (semi-acabamento) 3 Torneamento (desbaste) Torneamento (semi-acabamento) 4 Torneamento (desbaste) Torneamento (semi-acabamento) 5 Torneamento (desbaste) Torneamento (semi-acabamento) 6 Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semi-acabamento) Retificação (desbaste) Retificação (semi-acabamento) 7 Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semi-acabamento) 8 Mandrilamento (desbaste) Mandrilamento (semi-acabamento) Retificação (desbaste) Retificação (semi-acabamento) 9 Mandrilamento 10 Fresamento 4.4. Divisão da Usinagem em Estágios Uma rota de processo pode ser sub-dividida em três estágios, de acordo com a natureza das operações: estágio de desbaste, estágio de semi-acabamento e estágio de acabamento. O propósito do desbaste é remover a maior parte do material das superfícies da matéria-prima. Portanto, a taxa de produção é o principal fator neste estágio. O semi-acabamento, para superfícies menos críticas, tem por objetivo atingir a sua precisão final; para superfícies críticas, ele tem por objetivo preparar para o acabamento. O estágio de acabamento busca atigir a precisão exigida para todas as superfícies críticas. A quantidade de material removido em cada passe no estágio de acabamento é insignificante. Em cada estágio de usinagem, as operações de mesma natureza são agrupadas. As razões para subdividir-se uma rota de processo em estágios são as seguintes: (a) Para reduzir a influência da deformação da peça na precisão de usinagem. Geralmente, o sobrematerial numa operação de desbaste é maior do que o sobre-material em operações de semiacabamento e acabamento. Uma deformação maior da peça deverá ocorrer, devido às elevadas forças de corte e fixação, ao calor gerado, e à redistribuição de tensões internas na peça. A possibilidade de deformação da peça será reduzida no semi-acabamento e posteriormente no acabamento. (b)para reduzir a possibilidade de danificar as superfícies acabadas. Estes danos podem ocorrer no manuseio da peça. O arranjo de operações de desbaste e semi-acabamento antes do acabamento reduz o número de vezes em que a peça é manuseada. (c) Para efetuar uma seleção racional de máquinas, e do seu layout. 90 A separação em estágios depende do grau de influência da deformação da peça na sua precisão. Para uma peça de alta precisão com baixa rigidez, a divisão em estágios deve ser feita com muito cuidado, pois qualquer deformação excessiva danificará a precisão das superfícies já usinadas. Entretanto, para uma peça com pouca precisão e elevada rigidez, não há necessidade de um grande cuidado na separação em estágios. Divisões desnecessárias aumentariam o número de operações, e consequentemente o custo de produção. A divisão em estágios também depende das exigências tecnológicas do processo. Por exemplo, as superfícies de referência de apoio devem sofrer um acabamento mesmo durante o estágio de desbaste Concentração e Separação de Operações Depois da seleção dos processos e dos estágios de usinagem, os processos de usinagem das superfícies no mesmo estágio podem ser organizados em operações. Os processos de fabricação de uma peça pode consistir de um número elevado ou pequeno de grupos de operações. Isto depende de observar-se a concentração ou separação de operações. O conceito de concentração de operações consiste no agrupamento do maior número de operações elementares possíveis numa só operação. Isto resulta num reduzido número de operações.
