Partilhar: WhatsApp
aulify · Sebenta
UC · Unidade de Competência · UC04788

Sebenta · Organizar o fabrico de cunhos e cortantes (UC04788)

Anatomia da ferramenta, desenho técnico, toleranciamento, planeamento do fabrico e ficha de fabrico
50h · 4.5 pontos crédito Curso: T. Produção de Cunhos e Co ↗ Referencial oficial SNQ
Índice

Introdução

Uma ferramenta de cunhos e cortantes é o molde de aço que, montado numa prensa, corta e fura chapa metálica a cada golpe, produzindo em segundos o que a tesoura manual levaria minutos a fazer, e sempre com a mesma exatidão. Antes de qualquer peça dessa ferramenta ser maquinada, alguém tem de analisar o que é exigido, planear como se fabrica e monta cada componente, e registar essa decisão numa ficha de fabrico que a oficina consiga seguir sem ambiguidade.

Esta sebenta ensina exatamente esse trabalho de planeamento: a interpretar o desenho técnico e a estrutura de uma ferramenta de corte, a aplicar metrologia e toleranciamento às cotas críticas (em especial a folga entre cunho e matriz), a compreender a organização da empresa e as metodologias de preparação do trabalho, a escolher processos de fabrico e ferramentas, e a sequenciar operações e montagem até chegar ao documento central da UC: a ficha de fabrico.

O fio condutor é um exemplo do sector: uma ferramenta de corte e picotagem simples, para uma peça plana de chapa de aço, com cunho, matriz, extratora e guiamento por colunas. É complexa o suficiente para ilustrar toda a matéria (folga de corte, cadeia de cotas, sequência de fabrico e montagem, ficha de fabrico) e simples o suficiente para se seguir do início ao fim.

Objetivos de aprendizagem (referencial): analisar os requisitos e especificações da ferramenta; planear as etapas e operações de fabrico e montagem da ferramenta; e elaborar a ficha de fabrico, sempre adequando as fases de fabrico à montagem, garantindo os requisitos técnicos e funcionais, cumprindo os procedimentos de registo, assegurando a ergonomia do posto de trabalho e cumprindo as normas de segurança, ambiente, gestão de resíduos e qualidade.

1. O gabinete de projeto e a ferramenta de cunhos e cortantes

O contexto de trabalho desta UC é o gabinete de projeto de uma unidade fabril dedicada à produção de cunhos e cortantes. Um cliente encomenda uma ferramenta capaz de produzir, em série, uma peça de chapa metálica (por exemplo, uma anilha, um suporte metálico simples ou um componente de um eletrodoméstico), e cabe ao gabinete transformar esse pedido num plano de fabrico completo, antes de qualquer máquina arrancar.

O cunho (ou punção) é a parte macho da ferramenta, montada na placa superior e fixa ao carro móvel da prensa: desce a cada golpe. O cortante (ou matriz) é a parte fêmea, fixa à base inferior: recebe o corte. Entre os dois existe uma folga calculada com rigor, a folga de corte, que define a qualidade do corte final e a vida útil da própria ferramenta.

As três realizações do referencial acontecem por esta ordem, e estruturam toda a sebenta:

  1. Analisar os requisitos e as especificações técnicas e funcionais da ferramenta.
  2. Planear as etapas e operações de fabrico e montagem da ferramenta.
  3. Elaborar a ficha de fabrico.

Exemplo do sector: uma ferramenta de corte e picotagem para uma anilha metálica parece, à primeira vista, simples: um círculo com um furo ao centro. Na prática, exige decidir a folga de corte adequada ao material e à espessura, a sequência de fabrico de cada placa, o tipo de guiamento, e a sequência de montagem, tudo documentado antes de a oficina tocar em qualquer máquina.

2. Anatomia da ferramenta: componentes e acessórios

Uma ferramenta de cunhos e cortantes é um empilhamento de placas de aço, cada uma com uma função precisa. Interpretar corretamente este empilhamento é a base de qualquer planeamento de fabrico, porque cada placa tem o seu próprio processo, material e tolerância.

Placa ou componente Função
Base superior fixa a ferramenta ao carro móvel da prensa
Placa de choque/encosto protege a placa porta-punções (e a base superior) do encravamento e do afundamento das cabeças dos punções
Porta-punções (placa de cunhos) aloja e fixa os cunhos com precisão
Placa extratora (guarda-tiras) liberta a chapa presa ao cunho, após o corte
Placa guia dos punções mantém os cunhos alinhados durante toda a descida
Matriz (placa cortante) recebe o corte, define o contorno final da peça
Base inferior fixa a ferramenta à mesa fixa da prensa, protegendo-a do impacto repetido
Colunas-guia e casquilhos alinham as duas metades da ferramenta a cada golpe
Molas empurram a extratora, libertando a chapa cortada
Pilotos e batentes posicionam a tira de chapa antes de cada golpe
Guia de tira controla o avanço lateral da chapa

A ordem da tabela, de cima para baixo, corresponde à ordem física real da ferramenta montada: da placa que toca na prensa até à que assenta na mesa.

Exemplo do sector: numa ferramenta progressiva (que executa várias operações em posições sucessivas ao longo da tira), cada posição pode ter o seu próprio conjunto de cunhos e matrizes, mas todas partilham o mesmo par de colunas-guia e a mesma placa extratora, o que exige um planeamento cuidado da sequência de montagem.

3. Desenho técnico: fundamentos, simbologia e normas

O desenho técnico é o contrato entre quem projeta a ferramenta e quem a fabrica: tudo o que a peça tem de cumprir está lá, cotado, e nada do que lá não está é exigível.

Elementos essenciais a interpretar:

O desenho segue normas de representação para ser interpretável por qualquer técnico, em qualquer oficina, sem ambiguidade: os organismos de referência são a ISO a nível internacional e o IPQ/NP em Portugal. Um desenho de conjunto mostra a ferramenta montada; os desenhos de definição de cada peça trazem o detalhe cotado necessário ao fabrico.

⚠️ Regra da casa: uma norma, um desenho. Misturar convenções diferentes no mesmo projeto é uma das causas mais comuns de erro de interpretação na oficina.

4. Metrologia dimensional

A metrologia dimensional garante que a peça fabricada corresponde exatamente ao que foi cotado no desenho. A escolha do instrumento depende sempre da tolerância a controlar: a regra prática é que a resolução do instrumento não deva ultrapassar cerca de 10% da tolerância em causa.

Instrumento Resolução típica Uso principal
Paquímetro 0,02 mm cotas gerais, medições rápidas
Micrómetro 0,001 a 0,01 mm cotas críticas, folga de corte
Relógio comparador 0,001 a 0,01 mm planeza, batimento, alinhamento
Calibre passa-não-passa fabricado à medida controlo rápido em produção de série
Rugosímetro µm de Ra estado de superfície

Toda a medição relevante fica registada na ficha de controlo, que lista as cotas críticas, o instrumento a usar e o valor obtido. Em produção de série, o controlo pode ser feito por amostragem estatística; em fabrico unitário ou de protótipo, mede-se peça a peça. Os próprios instrumentos precisam de calibração periódica, com certificado rastreável, para que a leitura seja fiável: um instrumento fora de calibração invalida qualquer medição feita com ele.

Exemplo resolvido · escolher o instrumento certo

Uma cota tem tolerância de 0,015 mm. É adequado medi-la com um paquímetro de resolução 0,02 mm?

Resolução: não. A resolução do paquímetro (0,02 mm) é maior do que a própria tolerância a controlar (0,015 mm), o que não permite distinguir uma peça dentro do limite de uma peça fora dele. Deve usar-se um micrómetro (resolução 0,001 mm) ou um comparador, cuja resolução fica muito abaixo da tolerância a controlar.

5. Toleranciamento dimensional e geométrico

A folga de corte, a cota mais crítica da ferramenta

A folga de corte é a diferença entre a dimensão do cunho e a dimensão da matriz. É a cota mais importante de toda a ferramenta, porque define diretamente a qualidade do corte e a vida útil dos componentes.

Quem manda é a matriz no corte, o cunho no furo. Numa operação de corte (recorte da peça): é a matriz que tem a cota nominal da peça, e é o cunho que se reduz, cunho = matriz − 2 × folga por lado. Numa operação de puncionamento (abertura de um furo na peça): é o cunho que tem a cota nominal do furo, e é a matriz que se abre, matriz = cunho + 2 × folga por lado. Confundir estas duas direções é um dos erros mais comuns do sector.

Exemplo resolvido · calcular a folga de corte

Uma ferramenta vai cortar (recortar) uma peça em chapa de aço macio, com 2 mm de espessura e diâmetro nominal Ø20 mm. Usando uma folga de 6% por lado, calcula o diâmetro do cunho.

Resolução: folga por lado = 6% × 2 mm = 0,12 mm. É uma operação de corte, logo é a matriz que tem a cota nominal da peça: matriz = Ø20,00 mm. O cunho reduz-se em dobro da folga (à volta de todo o perímetro): cunho = 20 − 2 × 0,12 = Ø19,76 mm.

Toleranciamento geométrico e cadeia de cotas

Além da dimensão, controlam-se a forma e a posição dos elementos críticos:

⚠️ Regra geral: a tolerância de forma de uma superfície deve ficar sempre abaixo da tolerância dimensional da mesma cota, caso contrário a peça pode estar "dentro da cota" e ainda assim não ser funcional.

Exemplo resolvido · cadeia de cotas na placa porta-punções

Uma placa porta-punções tem três furos alinhados em série: o primeiro a 30 ± 0,05 mm da referência, o segundo a mais 25 ± 0,05 mm, o terceiro a mais 20 ± 0,05 mm. Calcula a cota total e a tolerância da cota de fecho.

Resolução: cota nominal total = 30 + 25 + 20 = 75 mm. Tolerância total (soma das tolerâncias de cada troço): 3 × 0,05 = 0,15 mm por lado, ou seja ±0,15 mm. No desenho, a cota final aparece entre parênteses, (75), sem tolerância inscrita, pois o valor ±0,15 mm é o resultado da cadeia, não uma escolha do desenhador.

6. Áreas funcionais, layouts e fluxo de informação

Organizar o fabrico exige compreender por onde passa a informação dentro da empresa, do pedido do cliente até à entrega da ferramenta pronta:

Área funcional Papel no fabrico da ferramenta
Comercial recebe o pedido do cliente, negoceia prazo e preço
Gabinete de projeto analisa requisitos, desenha, planeia o fabrico
Compras encomenda aço, ferramentas de corte e componentes standard
Produção/oficina maquina e monta a ferramenta
Qualidade controla e valida o cumprimento do desenho
Expedição entrega a ferramenta pronta ao cliente

A ficha de fabrico é o documento que liga o gabinete de projeto à oficina: sem ela, cada operador teria de decidir por conta própria como interpretar o desenho.

O layout da unidade fabril, a disposição física das máquinas, condiciona diretamente o fluxo de materiais e de informação. Um layout por processo agrupa máquinas do mesmo tipo (todas as fresadoras juntas, todos os tornos juntos): é flexível, mas gera mais deslocações entre operações. Um layout por produto ou célula dispõe as máquinas na ordem do processo de uma família de peças: é mais rápido, mas menos flexível para peças muito diferentes entre si. O fabrico de cunhos e cortantes, tipicamente unitário ou de pequena série e com grande variedade de peças, tende a beneficiar de um layout por processo.

7. Metodologias de estudo e preparação do trabalho

Antes de escrever a ficha de fabrico, o processo tem de ser estudado, não apenas assumido por rotina:

Escolher o método de trabalho certo compara alternativas de processo para a mesma peça (por exemplo, fresagem versus eletroerosão para um contorno complexo), minimiza esperas e transportes entre máquinas, e antecipa operações de controlo intermédio em vez de deixar tudo para o fim. O melhor método nem sempre é o mais rápido numa operação isolada: é o mais eficiente olhando ao processo completo.

Exemplo do sector: otimizar isoladamente a fresagem de uma placa, tornando-a mais rápida mas exigindo depois mais tempo de retificação por deixar mais sobremetal, pode piorar o tempo total do fabrico. O estudo do processo olha sempre ao conjunto.

8. Produtividade e métricas do trabalho

Produtividade é a relação entre o que se produz e os recursos usados para o produzir, tempo de máquina, mão de obra e material. Aumenta-se reduzindo tempos improdutivos (esperas, preparações longas, retrabalho), não apenas "trabalhando mais depressa". Uma ferramenta bem planeada é, ela própria, um investimento em produtividade futura: cada golpe de prensa substitui minutos de trabalho manual repetido milhares de vezes.

Para planear e controlar o fabrico, usam-se métricas concretas:

Métrica O que mede
Tempo padrão tempo de referência para executar uma operação
Tempo de ciclo tempo real decorrido entre duas peças consecutivas
Taxa de ocupação da máquina percentagem do tempo disponível em produção efetiva
Taxa de rejeição percentagem de peças fora de especificação
Cumprimento de prazo percentagem de fichas de fabrico concluídas no prazo previsto

Exemplo resolvido · interpretar métricas

Uma máquina tem taxa de ocupação de 90%, mas a taxa de rejeição das peças que produz é de 15%. O que isto indica?

Resolução: a máquina está quase sempre a produzir (90% de ocupação), mas uma fração elevada do que produz (15%) não serve. O ganho de produtividade é, na prática, ilusório: consome-se material, tempo e energia a produzir peças que vão para o refugo. O foco deve ir primeiro para reduzir a rejeição, só depois faz sentido perseguir mais ocupação.

9. Tipos de produção e processos de fabrico

O planeamento muda consoante o tipo de produção: unitária (uma ferramenta única, sob medida, o caso mais comum em cunhos e cortantes), por lotes/séries (várias ferramentas semelhantes, com peças comuns entre projetos), ou em massa (componentes standard, como parafusos, colunas-guia e molas, comprados prontos em vez de fabricados de raiz). O tipo de produto, uma peça simples ou um conjunto complexo com dezenas de componentes, determina também o nível de detalhe exigido à ficha de fabrico.

Cada peça da ferramenta é depois fabricada pelo processo que melhor serve a sua geometria, material e tolerância:

Nenhum processo é universalmente "melhor": a escolha depende sempre da peça em concreto.

10. Operações de maquinação: fresagem, torneamento, retificação e eletroerosão

A fresagem usa uma ferramenta rotativa de múltiplas arestas para retirar material de uma peça fixa. Produz contornos, rasgos, faces planas e furos, e é a base da maioria das placas planas da ferramenta. O torneamento faz rodar a peça contra uma ferramenta fixa, e produz elementos cilíndricos: colunas-guia, casquilhos, cunhos de secção redonda. Ambos são normalmente operações de desbaste e semiacabamento: raramente atingem sozinhas a tolerância final apertada exigida pelas cotas críticas.

A retificação usa uma mó abrasiva para remover pequenas quantidades de material, atingindo tolerâncias apertadas e bom acabamento superficial. É usada nas faces de encosto e nos elementos de guiamento, normalmente já depois do tratamento térmico.

A eletroerosão (EDM) usa descargas elétricas para erodir o material, mesmo já temperado, sem qualquer esforço de corte mecânico. Existem duas variantes:

A eletroerosão resolve o que a maquinação convencional não consegue: ângulos vivos internos (a fresagem deixa sempre um raio, o do diâmetro da fresa) e perfis complexos já em aço temperado.

Exemplo do sector: uma matriz com um contorno de perfil irregular e cantos vivos é fresada em bruto, temperada, e só depois cortada à cota final por eletroerosão a fio, exatamente porque a têmpera endurece o aço a um ponto em que a fresagem deixaria de conseguir remover material com precisão.

11. Ferramentas de corte e dispositivos de aperto standard

Cada processo tem as suas ferramentas de corte típicas, normalmente componentes standard comprados a catálogo, o que poupa tempo de preparação face a soluções feitas por medida:

Processo Ferramenta típica
Fresagem fresas de topo, de disco, de perfil
Furação/roscagem brocas, machos de roscar
Retificação mós, escolhidas por granulometria e dureza
Eletroerosão por penetração elétrodos de grafite ou cobre
Eletroerosão por fio fio de latão

O dispositivo de aperto fixa a peça à máquina com a estabilidade necessária durante a maquinação: um mordente ou prensa de máquina para fixação genérica em fresagem, uma placa de 3 ou 4 grampos para peças cilíndricas no torno, grampos e calços para peças de forma irregular fixas diretamente à mesa, e a mesa magnética para fixação rápida de peças planas em aço na retificação, note-se que a mesa magnética só funciona com materiais ferromagnéticos, não serve para latão ou alumínio.

⚠️ Um aperto instável arruína a precisão de qualquer operação, por melhor que seja a máquina: apertar demasiado uma peça fina pode deformá-la elasticamente, e a peça "volta à forma" depois de desapertada, saindo fora de cota.

12. Sequenciar o fabrico das peças e a montagem do conjunto

Sequência de fabrico de cada peça

Para cada peça, o planeamento define a sequência do bruto à peça acabada: corte do bruto de aço na dimensão de partida, maquinação de desbaste (fresagem ou torneamento), furação e roscagem quando aplicável, tratamento térmico para peças que exigem dureza (cunhos e matrizes), acabamento final por retificação e/ou eletroerosão até à cota definitiva, e por fim controlo dimensional segundo a ficha de controlo. A ordem certa evita retrabalho: por exemplo, furar sempre antes de temperar, porque depois de temperado o aço torna-se difícil ou impossível de furar com uma broca corrente.

Sequência de montagem do conjunto

Depois de todas as peças prontas, a montagem segue também uma ordem lógica: montar primeiro as colunas-guia e casquilhos na base inferior e na placa superior, depois posicionar e fixar a matriz na base inferior, posicionar e fixar os cunhos na placa porta-punções, montar a placa guia e a placa extratora com as respetivas molas, verificar o alinhamento cunho-matriz em vazio, e só depois testar a ferramenta na prensa com peças de amostra.

Exemplo resolvido · ordenar uma sequência de fabrico

Ordena corretamente as seguintes operações para o fabrico de um cunho: (a) retificar à cota final; (b) furar o furo de fixação; (c) tornear o bruto; (d) temperar e revenir.

Resolução: a ordem correta é c → b → d → a: primeiro tornear o bruto à forma geral (c), depois furar enquanto o aço ainda está macio e fácil de maquinar (b), só depois temperar e revenir para ganhar dureza (d), e finalmente retificar à cota definitiva, corrigindo a ligeira distorção que a têmpera possa ter introduzido (a). Furar depois de temperar seria um erro grave: o aço temperado é demasiado duro para a broca corrente.

13. Documentação de preparação do trabalho: dossier, ficha de fabrico e ficha de ferramentas

O dossier de fabrico reúne toda a documentação técnica de um projeto de ferramenta num único conjunto organizado: o desenho de conjunto e os desenhos de definição de cada peça, a lista de materiais (BOM) com referências e quantidades, a ficha de fabrico e a ficha de ferramentas de cada peça, a ficha de controlo com os registos de medição, e o registo de alterações e revisões ao longo do projeto. É o que permite, anos depois, refazer ou reparar a ferramenta com fidelidade ao projeto original.

A ficha de fabrico é o documento central desta UC, o culminar de todo o planeamento anterior: a sequência de operações de uma peça, pronta para seguir para a oficina.

Campo da ficha de fabrico Conteúdo
Referência da peça identificação e número de revisão
Operações, por ordem ex.: tornear, furar, temperar, retificar
Máquina de cada operação fresadora, torno, retificadora, EDM
Ferramentas e dispositivo de aperto remete para a ficha de ferramentas
Tempo previsto por operação, para planeamento e custo
Controlo cotas a verificar, instrumento a usar

A ficha de ferramentas detalha, para cada operação, os parâmetros de corte e as ferramentas específicas a montar na máquina, mantendo a ficha de fabrico legível e a informação técnica organizada num documento de apoio.

⚠️ Uma ficha de fabrico genérica demais, sem máquina, tempo previsto ou instrumento de controlo definidos, obriga o operador a decidir por conta própria, o que anula o propósito de planear antes de fabricar.

14. Organização do posto de trabalho, segurança, ambiente e qualidade

Um posto de trabalho bem organizado reduz fadiga e erro, e é também uma atitude avaliada no referencial: ergonomia (altura de trabalho, iluminação e postura adequadas a cada operação), economia de movimentos (ferramentas e instrumentos ao alcance, na sequência em que são usados), redução de deslocações desnecessárias (material e documentação junto do posto), e um posto mantido limpo e arrumado ao longo do turno, não só no fim.

O fabrico de ferramentas de corte cumpre normas em quatro frentes:

Estas quatro frentes surgem explicitamente nos critérios de desempenho do referencial: cumprir estas normas não é opcional, faz parte da própria definição de um trabalho bem feito.

Erros comuns

Glossário

Síntese

Organizar o fabrico de uma ferramenta de cunhos e cortantes segue sempre a mesma lógica: primeiro analisar os requisitos, o que a ferramenta tem de fazer, que peça vai produzir, com que tolerâncias, interpretando o desenho técnico, a anatomia da ferramenta (cunho, matriz, extratora, guiamento) e as cotas críticas, sobretudo a folga de corte. Depois planear as etapas de fabrico e de montagem, compreendendo as áreas funcionais da empresa, aplicando metodologias de estudo do trabalho, medindo produtividade com métricas concretas, e escolhendo o processo certo (fresagem, torneamento, retificação, eletroerosão) e a sequência certa para cada peça e para a montagem final. Por fim, elaborar a ficha de fabrico, o documento que leva todo esse planeamento à oficina, dentro de um dossier de fabrico organizado, com organização do posto, segurança, ambiente e qualidade como pano de fundo constante.

Exercícios resolvidos

1. Uma ferramenta vai cortar chapa de aço com 1,5 mm de espessura, com folga de 8% por lado. A peça (e portanto a matriz) tem Ø15 mm. Qual o diâmetro do cunho?

Resolução: folga por lado = 8% × 1,5 = 0,12 mm. É uma operação de corte, logo é a matriz que tem a cota nominal da peça: matriz = Ø15,00 mm. O cunho reduz-se em dobro da folga: cunho = 15 − 0,24 = Ø14,76 mm.

2. Uma placa tem três cotas em cadeia: 40 ± 0,08, 35 ± 0,04 e 15 ± 0,04 mm. Calcula a cota total e a tolerância da cota de fecho.

Resolução: nominal = 40 + 35 + 15 = 90 mm. Tolerância = 0,08 + 0,04 + 0,04 = ±0,16 mm. No desenho: (90), entre parênteses, sem tolerância inscrita.

3. Que instrumento escolherias para controlar uma folga de corte de 0,10 mm de tolerância, e porquê?

Resolução: um micrómetro (resolução 0,001 a 0,01 mm). Pela regra dos 10% (secção 4), a resolução do instrumento não deve ultrapassar cerca de 10% da tolerância, ou seja 0,010 mm; o paquímetro (0,02 mm) representa 20% da tolerância a controlar, o dobro do limite, pelo que não garante confiança suficiente na leitura.

4. Porque é que a furação de um cunho deve acontecer antes do tratamento térmico, e não depois?

Resolução: porque a têmpera endurece o aço a um ponto em que deixa de ser possível furar com uma broca corrente. Se a furação for necessária, tem de acontecer enquanto o aço ainda está macio, antes de temperar.

5. Um cliente pede uma ferramenta de picotagem para uma pequena série de 2000 peças. Que tipo de produção é este, e o que isso implica no planeamento?

Resolução: é uma produção por lotes/pequena série. Implica um planeamento cuidado do fabrico da ferramenta em si (que é praticamente unitária), mas já compensa investir tempo a otimizar a ferramenta para golpes repetidos e alta durabilidade, ao contrário de uma ferramenta para apenas algumas dezenas de peças.

6. Uma máquina de retificação tem taxa de ocupação de 95% e taxa de rejeição de 3%. Como interpretas este resultado, comparado com uma máquina a 90% de ocupação e 15% de rejeição?

Resolução: a primeira máquina é claramente mais produtiva na prática: está quase sempre a produzir e quase tudo o que produz é aproveitável. A segunda, apesar de também muito ocupada, desperdiça uma fração elevada da sua produção, pelo que a produtividade real (peças boas por hora) é inferior, apesar da elevada ocupação.

7. Porque é que uma ferramenta com perfil de corte de cantos vivos, já em aço temperado, é maquinada por eletroerosão a fio, e não por fresagem?

Resolução: porque a fresagem usa uma ferramenta rotativa que deixa sempre um raio mínimo, o do diâmetro da fresa, incapaz de produzir um ângulo verdadeiramente vivo, e porque o aço já temperado é demasiado duro para a maquinação convencional. A eletroerosão a fio não tem esforço de corte mecânico, corta o aço duro e reproduz cantos vivos com grande precisão.