Na minha experiência com fabricação de metal, a compreensão máquina de cisalhamento fundamentos foram cruciais para alcançar cortes precisos e operações eficientes. Máquinas de corte são ferramentas essenciais usadas para cortar diversos materiais, como chapas metálicas e chapas, com precisão e rapidez. Ao longo dos anos, me aprofundei na mecânica dessas máquinas, explorando seus componentes, princípios de operação e melhores práticas de uso. Neste artigo, compartilharei meus conhecimentos sobre os fundamentos das máquinas de corte, fornecendo uma visão geral abrangente que ajudará tanto iniciantes quanto operadores experientes a aprimorar suas capacidades de corte e otimizar seu fluxo de trabalho.

Parte 1 Terminologia de cisalhamento

● Componentes básicos e filosofia de cisalhamento

A estrutura básica da tesoura consiste em um conjunto de mesa soldado ou parafusado às estruturas laterais, um conjunto de cilindro móvel acionado hidraulicamente ou mecanicamente e um cilindro de fixação também fixado às estruturas laterais.

O cisalhamento é um processo simples no qual uma chapa de metal é cortada em pedaços menores por duas facas posicionadas em ângulo entre si. A faca inferior é firmemente fixada em um compartimento na mesa estacionária, enquanto a lâmina superior é fixada ao conjunto do cilindro móvel. As duas lâminas são separadas apenas por uma distância medida em milésimos de polegada no ponto de corte.

Grampos de fixação fixados ao carneiro fixo dianteiro devem ser pressionados imediatamente antes da faca do carneiro móvel entrar em contato com o material a ser cortado. Isso evita que o material se contorça ou se mova durante o processo de corte.

Assim como você encontrará mecanismos mecânicos, hidráulicos e hidromecânicos freios de prensa, o mesmo acontece com as tesouras.

Uma tesoura mecânica é acionada por um excêntrico, que é acionado por uma combinação de embreagem e volante. Esse sistema de acionamento é geralmente rígido e rápido, mas oferece menos controle do operador e proteção contra sobrecarga.

O sistema de acionamento hidráulico envolve um motor acoplado a uma bomba, que por sua vez está conectada a um coletor com válvulas hidráulicas e um ou mais cilindros hidráulicos. O óleo é bombeado para o(s) cilindro(s), que por sua vez aciona o cilindro hidráulico.

Um sistema de transmissão hidromecânico é uma combinação dos sistemas acima, em que o carneiro é acionado hidraulicamente, mas desenvolve uma vantagem mecânica por meio de um conjunto de balancim. 

● Guilhotina

Guilhotina é um termo usado para descrever uma tesoura que utiliza um sistema de estilhaçamento para fornecer estabilidade à barra da faca superior enquanto ela é guiada para baixo através do corte em um plano reto, permitindo o uso de lâminas de 4 gumes. Este é um bom design rígido, mas geralmente não permite um ajuste fácil da folga da lâmina.

● Viga oscilante

Viga oscilante é um termo usado para descrever uma tesoura na qual a lâmina superior se move em arco em torno de um mancal de articulação. Normalmente, a lâmina superior é cônica, com apenas duas bordas utilizáveis, para evitar interferência com a lâmina inferior durante o movimento em arco. A tesoura de viga oscilante geralmente tem um design de perfil mais baixo e é mais leve do que a guilhotina, mas também facilita o ajuste da folga da lâmina por meio de um excêntrico no mancal de articulação.

● Balancim Hidra-mecânico

Este design, exclusivo da tesoura, proporciona a força, a potência e a rigidez do sistema de guilhotina, mas também permite a fácil folga da lâmina proporcionada pela tesoura de viga oscilante. Este design hidromecânico utiliza dois cilindros hidráulicos, interconectados por um tubo de torque de parede espessa, para fornecer a força de cisalhamento do carneiro.

Assim como a guilhotina, a tesoura produz um movimento de corte em linha reta através do material, permitindo o uso de lâminas de 4 gumes e um ângulo de alívio de 1 grau. Assim como a viga oscilante, o design da tesoura permite fácil ajuste da folga da lâmina por meio de um sistema de came excêntrico no pivô do braço de ligação traseiro. 

Parte 2Princípios de cisalhamento

● Torcer

Torção é uma condição comum de cisalhamento, descrita como a tendência do pedaço de material cortado se enrolar em espiral ou saca-rolhas. Embora a torção possa ser causada por tensões internas no material e lâminas de faca cegas, ela é criada principalmente pelo ângulo de ataque da lâmina de faca superior e pela largura da peça de corte. Ângulos de ataque elevados aumentam substancialmente a ação de torção do material durante o processo de cisalhamento. 

● Arco

A curvatura é descrita como a tendência do material a se curvar para baixo durante o processo de cisalhamento. Novamente, é mais prevalente ao cisalhar tiras longas e estreitas. É causada por deficiências ou tensões no material e cisalhamento em ângulos de ataque mais altos. 

● Cambagem

A curvatura é criada quando o material a ser cisalhado se afasta da chapa horizontalmente. É quase inteiramente resultado de tensões internas no próprio material; no entanto, a velocidade do martelo, a direção das fibras e a folga da faca também podem ter algum efeito na intensidade da curvatura. 

● Ângulo de ataque e qualidade de cisalhamento

O ângulo de ataque de uma tesoura é a inclinação da lâmina superior da esquerda para a direita. As tesouras podem ter um ângulo de ataque fixo ou ajustável, em que o operador define o ângulo para a bitola apropriada do metal a ser cortado.

A carga necessária para cisalhar o material depende da espessura e da inclinação da lâmina superior. À medida que a espessura do metal aumenta, a carga de cisalhamento aumenta muito rapidamente. Por exemplo, aço carbono de 3/8" é apenas 50% mais espesso que aço de 1/4", mas a carga de cisalhamento aumenta em 225% na mesma configuração de ângulo de inclinação.

Aumentar o ângulo de ataque reduzirá substancialmente a carga, mas resultará em menor qualidade do material cortado devido ao aumento da torção e arqueamento. É importante observar que muitas tesouras vendidas em todo o mundo são fabricadas em um design leve, incorporando ângulos de ataque ajustáveis. Os ângulos de ataque são geralmente muito altos, resultando em material cortado de qualidade inferior devido à torção e arqueamento.

Ângulos de inclinação altos aumentam:

Torça e curve o pedaço cortado do material

Requisitos de comprimento de curso, diminuindo assim os ciclos por minuto.

Desperdício de material que foi torcido além da recuperação ou tempo desnecessário para endireitar novamente

● Por que a folga ajustável da lâmina é importante

A folga da lâmina é a distância entre as lâminas superior e inferior da tesoura à medida que se cruzam durante o processo de corte. Para uma qualidade de corte ideal, a folga entre as lâminas superior e inferior deve ser definida em aproximadamente 7% da espessura do material.

Quando a folga da lâmina é excessiva, o material cortado fica com bordas rebarbadas. Se houver folga insuficiente, as peças cortadas apresentarão um corte duplo.

Uma configuração ideal da lâmina permitirá que o material se quebre de forma limpa. A maioria das tesouras vem equipada com um sistema de folga da lâmina manual ou motorizado; no entanto, em alguns casos, pode ser difícil configurá-las ou ter um ajuste limitado.

Parte 3 Fatores que influenciam a precisão do corte

A) Queda da placa

O batente traseiro não consegue medir a quantidade de inclinação do fio da navalha até a barra de retenção. Na prática, a inclinação deixa as peças cortadas mais longas do que o ajuste do batente traseiro. O problema é mais crítico ao cortar materiais de espessura leve, e um sistema de suporte de chapas pode ser necessário para garantir boa precisão.

B) Ajuste da folga da lâmina

A configuração da folga da lâmina influenciará o ponto de corte em relação à lâmina de corte inferior. A barra de ajuste traseiro é ajustada para ler a distância da lâmina inferior fixa; no entanto, quando a folga da lâmina é aumentada para metais mais espessos, o ponto de corte também aumenta em relação à faca.

C) Afiação da lâmina

A qualidade do corte é diretamente proporcional à nitidez das lâminas da tesoura. Lâminas cegas deixarão bordas irregulares.

D) Manutenção do batente traseiro

A manutenção preventiva normal, incluindo lubrificação e reajuste do paralelismo da barra de apoio, é necessária para atingir consistentemente alta precisão do batente traseiro.

● Corte chanfrado

As bordas cortadas podem ser chanfradas dependendo da configuração da folga da lâmina. Na prática, o comprimento da peça cortada pode variar em vários milésimos de polegada ao medir a partir da parte superior, central ou inferior do corte. O chanfro do corte é mais perceptível em calibres mais pesados.

Parte 4 Lâminas de tesoura

● Classificações

A maioria dos fabricantes de lâminas de tesoura produz uma variedade de lâminas sob diferentes classificações.

A lâmina mais dura vendida é chamada de D2, mas só deve ser oferecida em tesouras com capacidade de 1/4" ou mais leves, devido à falta de absorção de choque. Embora essa lâmina mantenha o fio por mais tempo do que outros tipos, ela também é quebradiça e sujeita a fraturas ou lascas ao cortar metais mais duros ou espessuras mais grossas.

Uma classificação comum de lâminas é a de Alto Carbono e Alto Cromo. Embora não seja tão dura quanto a D2, esta lâmina oferece boa resistência ao desgaste para capacidades de cisalhamento de até 3/8”. Esta lâmina também está sujeita a fraturas ou lascas ao cisalhar metais mais duros ou espessuras mais pesadas. Tesouras com capacidade de 1/2” ou mais devem sempre ser vendidas com lâminas de Alto Carbono e Resistente a Choque. Uma lâmina resistente a choques não manterá o fio afiado por tanto tempo quanto a D2 ou a HCHC, mas oferece as características de resistência a choques necessárias para suportar as cargas de chapas mais pesadas.

Alguns fabricantes de lâminas também fornecem uma lâmina intermediária, chamada de lâmina modificada de alto carbono e alto cromo. Essa lâmina oferece a dureza necessária e também algumas qualidades de resistência a choques para minimizar o problema de lascamento ao cortar metais como aços inoxidáveis ou chapas T1.

Alcançando a máxima vida útil da lâmina

A afiação da lâmina é extremamente importante para obter cortes de alta qualidade. Lâminas cegas precisam penetrar mais profundamente no material antes de uma fratura limpa ocorrer. Isso resulta em um corte menos desejável e também aumenta a pressão de corte. Dois fatores — o tipo de material a ser cortado e a quantidade de ciclos de corte — determinam a vida útil normal da lâmina. Materiais mais duros, como chapas T1 e aços inoxidáveis, reduzem a vida útil da lâmina de forma correspondente. Para obter longevidade das lâminas de corte, as seguintes regras devem ser seguidas:

Não corte o metal sobre bordas queimadas

Não corte a barra redonda

Não corte o material além da capacidade nominal da tesoura

Não corte com superfícies de lâminas cegas ou arredondadas 

Não corte com folga de lâmina inadequada

Parte 5 Alcançando Maior Produtividade

● Transportador de cisalhamento / empilhador

A pergunta mais básica feita por um cliente que estuda a finalidade de um transportador/empilhador é: "Este sistema economizará tempo e dinheiro?". Em uma prática normal de cisalhamento, uma ou mais pessoas são necessárias para remover a chapa cisalhada de trás do cisalhamento, colocá-la em uma pilha e remover a sucata. Um sistema de transportador/empilhador fará isso automaticamente, eliminando a(s) pessoa(s) necessária(s) para esta aplicação. A economia de custos é muito substancial, especialmente onde há necessidade de cisalhamento na produção. 

Um estudo de tempo, mostrando um único operador de tesoura que... corta o material necessário, depois reúne o material de trás da tesoura, empilha as placas e separa os cortes de acabamento... produziu a seguinte análise:

Alimentação ……………………………..30%

Cisalhamento real ………………….…5%

Saída e empilhamento ………………65%

Usar um custo de mão de obra de $30,00 por hora resultará na seguinte repartição:

Alimentação …………………………$ 9,00

Tosquia ……………………………1,50

Saída ……………………………19,50

É possível ver claramente neste estudo que um sistema automático de transporte/empilhadeira terá excelente retorno sobre o investimento.

● Medição frontal CNC

Existem poucos sistemas de calibragem frontal CNC disponíveis para operações de cisalhamento. No entanto, um calibrador frontal CNC deve ser considerado quando for necessária uma alta produção de cisalhamento ou quando forem necessários cortes de diferentes larguras em uma única peça de material.

A capacidade de programar o número de cortes e as dimensões de largura economizará uma quantidade substancial de tempo quando for necessário um corte de alta produção.

É importante lembrar, no entanto, que a calibração frontal CNC, por si só, oferece um aumento limitado nos níveis de produção, visto que a remoção de material ainda representa a maior parte de uma aplicação de cisalhamento. (Consulte as informações em "Transportador de Cisalhamento/Empilhadeira" para uma análise das porcentagens de alimentação, cisalhamento e saída.)

A calibração frontal oferece a capacidade de atingir maior precisão de cisalhamento do que uma operação de cisalhamento padrão, pois o material ficará plano nos suportes frontais e fornecerá uma medição precisa até o fio da navalha. Em uma aplicação típica de cisalhamento sem o uso da calibração frontal ou de um suporte de chapa para segurar a peça de queda, o material cairá antes de atingir a barra de retenção, criando algumas imprecisões.

● Opções de batente traseiro

Os batentes traseiros das tesouras variam de contadores mecânicos simples a sistemas CNC.

É importante considerar a funcionalidade completa do batente traseiro e revisar os vários recursos que economizam tempo. Por exemplo, um botão "Ir para Posição" em um batente traseiro é um excelente recurso para economizar tempo. Ter a capacidade de definir rapidamente o número do batente traseiro desejado e, em seguida, pressionar uma tecla "Ir para Posição" permitirá que o operador posicione o metal enquanto a barra do batente se move para a posição.

Alguns sistemas de medição possuem armazenamento de programa, bem como a opção de cisalhamento sequencial em uma única etapa. Esses recursos podem ser uma ótima maneira de economizar tempo em muitas aplicações.

● Tempos de ciclo de alta velocidade

Os fabricantes de tesouras geralmente oferecem pacotes hidráulicos de alta velocidade. Embora o ciclo de corte real represente uma pequena porcentagem da aplicação geral, essa opção deve ser considerada para corte de produção.

Parte 6 Questões de segurança

A segurança da oficina mecânica é regida pelos regulamentos e diretrizes da OSHA e ANSI.

No Canadá, a segurança é regida pela Lei de Compensação ao Trabalhador.

Informações sobre essas organizações podem ser encontradas no Manual de Segurança, Capítulo 1, páginas 6 a 9.

A Shear possui muitos recursos de segurança incorporados em suas máquinas, e mais informações estão disponíveis no Capítulo 2, páginas 18 a 21 do Manual de Segurança.

Alguns desses recursos incluem: proteção contra sobrecarga elétrica, um interruptor de desconexão manual, interruptores de limite, uma válvula de alívio de pressão para evitar sobrecarga da estrutura e do sistema hidráulico, e uma válvula de contrapeso hidráulico que impede que o carneiro abaixe devido ao seu próprio peso. 

As tesouras são equipadas com uma proteção de lâmina compatível com OSHA, um pedal com tampa de pedal e trava e têm três modos de operação: manual, automático e manual.

Parte 7: Perguntas a serem feitas a um potencial comprador

● Qual é a espessura máxima do material que você irá cortar?

Muitos compradores ainda subdimensionam as máquinas, na esperança de conseguir cortar um pedaço curto de material com espessura superior à capacidade de cisalhamento nominal. Lembre-se de que as forças de cisalhamento são geradas no ponto de corte. Inserir uma máquina com capacidade superior à nominal causará o travamento da tesoura e colocará pressão excessiva nas lâminas.

● Quais tipos de metal você irá cortar?

Os materiais variam muito em termos de resistência à tração e ao escoamento. Todas as tesouras são classificadas para uma determinada capacidade em relação ao aço carbono. No entanto, é extremamente importante saber qual é a capacidade nominal de tração. Por exemplo, uma chapa de aço carbono de 1/4" pode ter dureza de até 75.000 psi, mas a tesoura em si pode ter uma resistência à tração de apenas 1/4", 60.000 psi. Consulte a "Tabela de Capacidade de Cisalhamento", página 4.10, para obter um guia sobre como determinar as capacidades de cisalhamento para outros metais, como aços inoxidáveis, alumínio e chapas de aço T1.

● Qual é a construção e o peso da tesoura?

Tesouras leves com mesas de trilho deixam muito a desejar a longo prazo. A precisão de corte de ponta a ponta é difícil de manter devido ao aumento da deflexão horizontal do leito e do aríete em tesouras mais leves. Além disso, trabalhar com uma mesa de trilho é trabalhoso, especialmente ao cortar peças pequenas.

● Qual é o ângulo de ataque de cisalhamento para capacidade máxima?

Muitas tesouras, principalmente as de marcas offshore, são vendidas com ângulos de inclinação ajustáveis. A inclinação na capacidade nominal máxima é geralmente muito alta, o que resulta em três resultados indesejáveis:

Aumento da torção e curvatura da peça de material.

Tempos de ciclo mais lentos em capacidades nominais devido aos maiores comprimentos de curso necessários.

Tempo adicional necessário para definir ângulos de inclinação para diferentes bitolas de metal.

● O que é a funcionalidade Backgauge?

Os usuários finais devem ter uma compreensão clara de todas as funções do batente traseiro em uma tesoura, incluindo a facilidade de configuração do número desejado, programabilidade, comprimentos de curso e recursos de batente, como a capacidade de girar para cima no curso máximo.

● Quais recursos opcionais adicionais são necessários?

Todos os recursos opcionais devem ser identificados e considerados para garantir que a tesoura esteja equipada corretamente. O cliente considerou um sistema de transporte para remoção de placas?

● Qual é a garantia da tesoura e a disponibilidade das peças?

Uma tesoura nova virá com alguma garantia, no entanto, é importante entender as condições da garantia antes de efetuar a compra. A disponibilidade de peças também deve ser outra grande preocupação para o comprador. Comprar uma máquina de marca diferente a um preço atraente logo perderá seu brilho se as peças se tornarem difíceis de obter e caras.

Demonstração em vídeo