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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA

CATARINA – CAMPUS FLORIANÓPOLIS.

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE METAL MECÂNICA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA INDUSTRIAL

PROJETO INTEGRADOR DO MÓDULO 1

RELATÓRIO DE DESENVOLVIMENTO DE UMA EXTRUSORA DE MASSA

EDUARDO DE OLIVEIRA

IGOR BONEMBERG

NEIMAR DE JESUS DO SANTOS

VINICIUS DIAS SHMOLLER

FLORIANÓPOLIS

Dezembro de 2011



1

RELATÓRIO DE DESENVOLVIMENTO DE UMA EXTRUSORA DE MASSA

EDUARDO DE OLIVEIRA

IGOR BONEMBERG

NEIMAR DE JESUS DOS SANTOS

VINICIUS DIAS SHMOLLER

ERWIN WERNER TEICHMANN



2

RESUMO

Este relatório tem como objetivo principal, mostrar os passos seguidos pela equipe,

para que fosse possível a fabricação de um protótipo de extrusora de massa. Nestedocumento estão descritos todos os passos, desde o projeto até a fabricação e resultados.

PALAVRAS-CHAVE: Extrusora. Massa. Mecânica.



3

SUMÁRIO

CONTEÚDO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 5 2 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ......................................................................... 6 2.1 PROJETO ......................................................................................................... 6 2.1.1 MODELO SELECIONADO ........................................................................................7 2.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................................ 7 2.2.1 ALAVANCA................................................................................................................7 2.2.2 Fuso ...........................................................................................................................7 2.2.3 embolo .......................................................................................................................8 2.2.4 porca ..........................................................................................................................8 2.2.5 barras laterais ............................................................................................................8 2.2.6 chassis .......................................................................................................................8 2.2.7 matriz .........................................................................................................................8 2.2.8 cilindro .......................................................................................................................9 2.3 DIMENSIONAMENTO ...................................................................................... 9 2.3.1 dimensionamento do fuso .........................................................................................9 2.3.2 dimensionamento da porca .................................................................................... 10 2.3.3 dimensionamento do cilindro .................................................................................. 11 2.3.4 dimensionamento dos Parafusos de fixação entre as barras laterais e a porca. .. 12 2.3.5 dimensionamento dos Parafusos de fixação entre as barras laterais e o chassis. 13 2.3.6 Dimensionamento da alavanca. ............................................................................. 14 2.4 SEQUENCIAS DE OPERAÇÃO ..................................................................... 15 2.5 RESULTADOS ............................................................................................... 15 2.5.1 Alavanca ................................................................................................................. 15 2.5.2 Fuso ........................................................................................................................ 16 2.5.3 Porca ...................................................................................................................... 16 2.5.4 Chassis ................................................................................................................... 16 2.5.5 barras laterais ......................................................................................................... 17 2.5.6 embolo .................................................................................................................... 17 2.5.7 cilindro .................................................................................................................... 18 2.5.8 Matriz ...................................................................................................................... 19 2.5.9 Conjunto ................................................................................................................. 19

3

CONCLUSÃO ..................................................................................................... 21

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 22



4

ANEXOS ................................................................................................................... 23 ANEXO 1 – Diretrizes para construção da extrusora. ............................................... 24 ANEXO 2 – Desenhos técnicos da extrusora. ........................................................... 25 ANEXO 3 – Material de referencia para seleção da força a ser utilizada no

dimensionamento da alavanca. ................................................................................. 26 ANEXO 4 – Sequencias de operação. ...................................................................... 27



5

1 INTRODUÇÃO

No módulo 1 curso técnico de mecânica industrial do IFSC, com objetivo de

promover a interdisciplinaridade e avaliar as competências e habilidades adquiridas

pelos alunos, durante o módulo, os professores propuseram o desafio de projetar e

fabricar um protótipo de extrusora de massa.

O relatório técnico tem grande importância, pois desenvolve as habilidades de

descrever os processos para obtenção de um produto, além de servir de referencia

para trabalhos futuros. Este relatório mostra os passos seguidos pela equipe durante

as atividades de projeto em sala de aula e de fabricação no laboratório de máquinas

operatrizes (MOP).

A equipe agradece aos professores pelos conhecimentos compartilhados e

pela presteza na realização dos trabalhos.



6

2 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS

Nas seções seguintes serão apresentadas, passo a passo, as atividades

desenvolvidas, para que fosse possível a fabricação de uma extrusora de massa. As

atividades serão apresentadas seguindo a ordem cronológica, apresentada no

quadro 1. Iniciando-se pelo projeto, seguido da seleção dos materiais, passando

para o dimensionamento, sequências de operação e resultados finais.

QUADRO 1 – CRONOGRAMA DAS ATIVIDADES PREVISTAS E REALIZADAS (divisão em

semanas)

1s/nov 2s/nov 3s/nov 4s/nov 5s/nov 1s/dez 2s/dez

Projeto X X

Dimensionamento X X

Seq. Operações X X

Fabricação X X X

Relatório X

Legenda:

2.1 PROJETO

Ao ser apresentado o equipamento que deveria ser construído durante o

módulo 1 do curso de mecânica, e com as diretrizes para execução do mesmo

(Anexo 1) , a equipe realizou um brainstorm (tempestade de ideias), de onde

surgiram muitas ideias para construção de um protótipo da extrusora de massa. A

seleção do modelo mais adequado foi realizada levando em consideração alguns

requisitos.

São estes os requisitos:

a) Robustez – o protótipo deve ser resistente as solicitações, sem

apresentar falha mecânica ou funcional.

b) Praticidade – o protótipo deve ser de uso fácil e rápido, e de fácil

armazenamento.

c) Baixo custo – o modelo deve possuir o menor custo de fabricação, eestar em conformidade com as demais diretrizes.



7

d) Ser compacta – a extrusora deve ser um equipamento que não ocupe

espaço demasiado, pois isto, a tornaria menos atraente

economicamente.

2.1.1 MODELO SELECIONADO

O modelo selecionado está descrito nas folhas de dados (ANEXO 2), ele foi

selecionado de modo mais adequado a atender as diretrizes acima descritas. O

modelo é bastante compacto, com dimensões máximas de 330 x 150 x 450 mm, e

todas as peças foram projetadas de formas a atenderem a sua função com o menor

espaço ocupado. Um exemplo disto é a peça fuso, que quando totalmente avançado

quase encosta na peça porca. O protótipo também possui um sistema de articulaçãona junção entre as barras laterais e chassis, juntamente com um cilindro removível, o

que possibilita maior facilidade para limpeza e menor espaço necessário para seu

armazenamento.

2.2 SELEÇÃO DOS MATERIAIS

O modelo de extrusora selecionado possui oito (8) peças: alavanca, fuso,

embolo, porca, barras laterais, chassis, matriz e cilindro. O material de cada peça foi

selecionado conforme a função no conjunto, requisitos do projeto e conforme a

norma RDC 216, da agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA).

2.2.1 ALAVANCA

Por não apresentar contato direto com o alimento, o material selecionado foi o

aço ABNT 1020, pelo fato deste estar dentro dos requisitos de projeto, apresentar as

características mecânicas necessárias e possuir boa disponibilidade a um baixo

custo.

2.2.2 FUSO


aço ABNT 1020, pelo fato deste estar dentro dos requisitos de projeto, apresentar as

características mecânicas necessárias, e possuir boa disponibilidade a um baixo

custo, alem de produzir menos resíduos durante o uso, quando comparado com o

Ferro fundido cinzento ASTM 20.



8

2.2.3 EMBOLO

O material selecionado para fabricação do embolo foi o aço inox ABNT 304L,

por estar em contato direto com o alimento e de acordo com a norma RDC 216, da

agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), que informa que os

equipamentos, móveis e utensílios que entram em contato com os alimentos devem

ser de materiais que não transmitam substâncias tóxicas, odores, nem sabores aos

alimentos.

2.2.4 PORCA

Por não apresentar contato direto com o alimento, o material selecionado foi oFerro fundido cinzento ASTM 20, apesar da quantidade de resíduos produzidos

durante a fabricação da porca o Ferro fundido cinzento ASTM 20 apresenta uma

ótima usinabilidade e coeficiente de atrito baixo, está dentro dos requisitos do

projeto, além de possuir boa disponibilidade a um baixo custo.

2.2.5 BARRAS LATERAIS

Por não apresentar contato direto com o alimento, o material selecionado foi

o aço ABNT 1020, pelo fato deste estar dentro dos requisitos de projeto, apresentar

as características mecânicas necessárias e possuir boa disponibilidade a um baixo

custo.

2.2.6 CHASSIS


aço ABNT 1020, pelo fato deste estar dentro dos requisitos de projeto, possuir boa

conformabilidade e possuir boa disponibilidade a um baixo custo.

2.2.7 MATRIZ

O material selecionado para fabricação da matriz foi o aço inox ABNT 304L,




ser de materiais que não transmitam substâncias tóxicas, odores, nem sabores aosalimentos.



9

2.2.8 CILINDRO

O material selecionado para fabricação do cilindro foi o aço inox ABNT 304L,




ser de materiais que não transmitam substâncias tóxicas, odores, nem sabores aos

alimentos.

2.3 DIMENSIONAMENTO

Nesta seção do relatório, serão mostrados os cálculos, que foram realizados

pela equipe, para o correto dimensionamento das peças que formam a extrusora demassa. Os cálculos foram realizados para que se pudesse ter um equipamento com

o menor custo de matéria prima, aliado a um funcionamento confiável.

A equipe e os professores analisaram as peças que sofreriam maior

solicitação mecânica durante a extrusão da massa, e nestas peças os cálculos foram

realizados.

As peças selecionadas para os cálculos foram:

a) Fuso.b) Porca.

c) Cilindro.

d) Parafusos de fixação entre as barras laterais e a porca.

e) Parafusos de fixação entre as barras laterais e o chassis.

f) Alavanca

2.3.1 DIMENSIONAMENTO DO FUSO

Peça com perfil cilíndrico

Material: Aço ABNT 1020

Força a ser suportada: F= 8000N

Fator de segurança adotado

2.3.1.1 Cálculo da tensão admissivel:



10

2.3.1.2 Cálculo do torque de acionamento:

(

)

( )

Onde:

= passo

=diâmetro médio

= avanço, deslocamento axial relativo a uma volta do fuso.

= coeficiente de atrito do fuso

=coeficiente de atrito do colar=diâmetro do colar, que neste caso é zero.

2.3.1.3 Dimensionamento do diâmetro interno para tração:

√

√

2.3.1.4 Dimensionamento do diâmetro interno para torção:

→

√ √

Apesar dos valores obtidos via cálculos, o valor selecionado para o diâmetro

interno do fuso foi 20 mm, devido ao processo de fabricação da porca.

2.3.2 DIMENSIONAMENTO DA PORCA

Tipo de solicitação: flexão



11

Peça com perfil retangular

Dimensões: 71,50 x 38 x h mm

Material: Fofo Cinzento ASTM 20

Força a ser suportada: P= 8000N

Por ser uma barra retangular com um furo, o método de cálculo adotado foi

considerar uma barra sem furos, e aumentar o fator de segurança. Portanto:

2.3.2.1 Cálculo do momento máximo para viga biapoiada com carga centralizada:

→

Onde:


2.3.2.3 Cálculo do modulo de flexão:

2.3.2.4 Módulo de flexão tabelado para perfil retangular:

2.3.3 DIMENSIONAMENTO DO CILINDRO

Tipo de solicitação: tração



12

Peça com perfil cilindrico

Dimensões: 120 x 60,6 mm, diâmetro interno Di=?

Material: Aço Inox ABNT 304L

Força a ser suportada: F= 8000N

Fator se segurança:


2.3.3.2 Cálculo da área necessária para suporte da força:

2.3.3.3 Cálculo do diâmetro interno mínimo:

2.3.4 DIMENSIONAMENTO DOS PARAFUSOS DE FIXAÇÃO ENTRE AS

BARRAS LATERAIS E A PORCA.Tipo de solicitação: Cisalhamento

Peça com perfil circular

Material: os parafusos foram considerados como construídos em aço ABNT

1040

Força a ser suportada por cada parafuso: F= 2000N

Fator de segurança adotado:



13

2.3.4.1 Cálculo da tensão tau de cisalhamento

→

2.3.4.2 Cálculo da tensão tau admissivel:


2.3.4.4 Calculo do diâmetro dos parafusos:

2.3.5 DIMENSIONAMENTO DOS PARAFUSOS DE FIXAÇÃO ENTRE AS

BARRAS LATERAIS E O CHASSIS.

Tipo de solicitação: Cisalhamento

Peça com perfil circular

Material: os parafusos foram considerados como construídos em aço ABNT

1040

Força a ser suportada por cada parafuso: F= 4000N

Fator de segurança adotado:

2.3.5.1 Cálculo da tensão tau de cisalhamento

→



14

2.3.5.2 Cálculo da tensão tau admissível:


2.3.5.4 Calculo do diâmetro dos parafusos:

2.3.6 DIMENSIONAMENTO DA ALAVANCA.

O dimensionamento da alavanca teve como objetivo principal obter um

comprimento da peça, que permitisse a maioria das pessoas trabalhar com o

equipamento, sem esforços demasiados. Para referência de força máxima a ser

aplicada durante o processo de extrusão, utilizou-se os valores da tabela 5.2 do

ANEXO 3.

Aplicando-se o valor do torque de acionamento obtido no cálculo do fuso na

equação do torque, pode-se obter o comprimento adequado à força de acionamento

definida.

Torque de acionamento

Força de acionamento selecionada

O comprimento livre da alavanca foi de 300mm, e o comprimento total foi de

450mm.



15

2.4 SEQUÊNCIAS DE OPERAÇÃO

As sequencias de operação estão apresentadas no ANEXO 4. Para as

operações que utilizam maquinas operatrizes, as velocidade de rotação foram

calculadas utilizando-se a seguinte equação:

Onde:

=Rotação em RPM, é a rotação que deve ser ajustada no equipamento para

a correta operação.

= velocidade de corte, este valor é obtido através de tabelas e varia

conforme o material a ser usinado e o material de fabricação da ferramenta.

= diâmetro externo da peça, no caso de operações em torno, ou diâmetro da

broca ou fresas, em operações de furação ou fresamento.

2.5 RESULTADOS

Esta parte do relatório tem como objetivo mostrar os resultados obtidos ao

final do processo, que se iniciou no projeto e concluiu na usinagem e acabamento.

Para facilitar o entendimento, primeiramente será apresentado o resultado de

cada peça e por ultimo o resultado do conjunto.

2.5.1 ALAVANCA

A figura 1, mostra como ficou a alavanca ao final do processo, com os punhos

encaixados e pintura semi acabada. Nesta peça houve uma alteração do projeto

inicial, no comprimento das pontas para encaixe dos punhos, devido ao tamanho

dos mesmos.

Figura 1 - Alavanca



16

2.5.2 FUSO

O fuso está apresentado na figura 1, nesta peça não houve diferenças entre o

que foi projetado e o que foi fabricado.

Figura 2 - Fuso com rolamento axial acoplado

2.5.3 PORCA

Assim como na anterior, na peça porca não houve diferenças entre o que foi

projetado e o que foi fabricado. Também não houve mudanças na sequencia de

operação. A peça acabada pode ser vista na figura 3.

Figura 3 – Porca

2.5.4 CHASSIS

Na peça chassis houve uma alteração na sequencia de operação, pois

inicialmente a matéria prima seria comprada com todas as dobras, o que não foi

possível, devido a complexidade da dobra de fixação à mesa. A solução adotada

pela equipe foi realizar esta dobra utilizando os equipamentos disponíveis no

laboratório de maquinas operatrizes (MOP) do IFSC. O resultado final pode ser

observado na figura 4



17

.Figura 4 – Chassis

2.5.5 BARRAS LATERAIS

As barras laterais, após a fabricação, estão apresentadas na figura 5, nesta

peça não houve diferenças entre o projeto e a fabricação.

Figura 5 - Barras laterais

2.5.6 EMBOLO

O embolo foi fabricado conforme o desenho e sequencia de operação

originais e o resultado pode ser conferido na figura 6.



18

Figura 6 – Embolo

2.5.7 CILINDRO

Nesta peça foi realizada uma alteração, o rasgo que envolveria toda a peça

foi substituído por dois rasgos laterais. Foi observado que, se a peça fosse

construída com rasgo total, no momento de extrusão da massa, poderia ocorrer giro

do cilindro fazendo com que a massa ficasse enrolada. Optando pelos dois rasgos

laterais, evita-se que este problema ocorra. A peça pronta pode ser vista na figura 7.

Figura 7 – Cilindro



19

2.5.8 MATRIZ

Por ser um projeto que foi fornecido pelos professores, a única alteração

realizada foi em relação ao diâmetro da peça, pois este deve estar ajustado de

acordo com o diâmetro do cilindro. A figura 8 mostra a peça após a fabricação.

Figura 8 - Matriz

.

2.5.9 CONJUNTO

Nas figuras 9, 10 e 11 pode-se conferir o resultado final do conjunto.

Terminada a fabricação da extrusora, foi realizado um teste de extrusão com massa

de modelar, no qual o equipamento cumpriu sua função com eficiência e

confiabilidade. Na fabricação do conjunto foram realizados apenas pequenos

ajustes, mantendo-se o conceito idealizado inicialmente.

Figura 9 - Conjunto desmontado



20

Figura 10 - Conjunto montado

Figura 11 - Vista do conjunto em detalhe



21

3 CONCLUSÃO

O desafio de projetar e fabricar um equipamento foi de extrema importância

para a equipe, pois trouxe a experiência do trabalho em grupo, forçando o troca de

conhecimentos e habilidades de cada integrante.

De um modo geral os objetivos traçados foram concluídos com êxito,

ocorreram pequenos imprevistos, mas que foram contornados sem alteração do

conceito inicial.

O processo de projetar e fabricar um equipamento, proporcinou a experiência

de aplicarmos na pratica as teorias, e correlaciona-las de forma satisfatória.

Uma das dificuldades percebidas pela equipe foi, a qualidade e quantidade de

algumas ferramentas, por vezes ocasionando atraso na fabricação. Também foi

percebido que há uma sobrecarga dos professores, que tem de orientar muitos

alunos durante o período das aulas, ficando a sugestão de contratação de uma

pessoa que para auxiliar os professores.

As experiências vividas em sala de aula, aproximam-se bastante da realidade

vivida no ambiente de trabalho, o que promoveu a troca de conhecimentos,

desenvolvimento de habilidades e principalmente a superação de diferenças.



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REFERÊNCIAS

GONÇALVES, Eliane S. Bareta; BIAVA, Lurdete Cadorin. Manual para elaboração do relatório curricular. 6. ed. rev. atual. amp. Florianópolis: ETFSC, 2006.

PROVENZA, Francesco. PROTEC - Projetista de máquinas . 71ed. São Paulo:

Editora F.Provenza,1996. 480p.

BENTO, Daniela A.; MORO, Norberto; AURAS, André Paegle.Elementos de máquinas. Florianópolis: CEFET, 2007.

Schmitz, Girlei; SEGAIN, Luiz Fernando; TEICHMMANN, Erwin Werner.Apostila

disciplina: Introdução a fabricação. 1. ed. rev. atual. amp. Florianópolis: IFSC, 2010.

PAVANATI, Henrique Cezar; Introdução a tecnologia de materiais. 1. ed. rev. atual.Florianópolis: CEFET/SC, 2008.



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ANEXOS



24

ANEXO 1 – DIRETRIZES PARA CONSTRUÇÃO DA EXTRUSORA.



25

ANEXO 2 – DESENHOS TÉCNICOS DA EXTRUSORA.



26

ANEXO 3 – MATERIAL DE REFERENCIA PARA SELEÇÃO DA FORÇA A SER

UTILIZADA NO DIMENSIONAMENTO DA ALAVANCA.



27

ANEXO 4 – SEQUENCIAS DE OPERAÇÃO.

Final 1

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