Cilindros - Flexo Steel

1 - CILINDROS OU ROLOS
São peças de geometria cilíndrica, que normalmente possuem duas áreas distintas : uma ÁREA DE
TRABALHO denominada CORPO e outra área, de fixação, apoio e transmissão denominada PONTEIRA .
O cilindro como qualquer componente mecânico de maquina requer características dimensionais, de
geometria e superfície, bem como resistência mecânica
Quanto à forma construtiva os cilindros podem ser MACIÇOS ou TUBOLARES dependendo de limitação
de peso e resistência necessária
Eixos de corpo não cilíndricos :
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Possuem formato semelhante ao do cilindro, PORÉM DIFERE pelo fato do corpo não possui cilindricidade ,
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podendo ser cônicos, bombês, Ranhurados ,etc
A figura acima mostra as denominações das três partes mais comuns do cilindro:
CORPO
PONTEIRAS
BORDA DO CORPO
As ponteiras são responsáveis pelo apoio e transmissão de movimento ao cilindro. O caso mais simples
de ponteira deve conter ao menos dois colos de rolamento, um de cada lado normalmente de mesmo diâmetro.
Pode ainda conter colos de montagem de engrenagem, buchas temperadas para rolamento de agulhas,
estriados, canais de chaveta, furações para fixação tipo mosca, rosca axial para sacador de rolamento, etc.
Os cilindros aqui serão tratados pela sua condição de CORPO, uma vez que a forma das ponteiras não
contribuirão ou alterarão para as definições, sendo então divididos em dois grupos:
- Cilindros lisos (finalidades diversas)
- Cilindros gravados (finalidades específicas)
2 - CILINDROS LISOS
São cilindros cujo CORPO dos mesmos NÃO POSSUEM qualquer tipo de GRAVAÇÃO OU TEXTURA.
Os cilindros lisos podem ser tratados termicamente (temperado,nitretado,etc.), receber tratamento de superfície
(cromo, níquel, cerâmica...) ou simplesmente sem tratamento algum (somente usinado/retificado/ acabamento
superficial diferenciado – espelhado etc.) .
Cilindros lisos não fazem parte dos produtos principais da empresa, mas é interessante ter conhecimento,
pois eles estão no mesmo contexto dos cilindros gravados, ou influenciam diretamente sobre o resultado deles
Exemplos de cilindros lisos :
- cilindro porta clichês
- cilindro limitador de cola
- eixos porta facas
- rolo de pressão (este caso pode ou não ser bombê)
- cilindro contra pressão
- Tambor central
- Rolos Guias
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Cilindricidade = característica tecnica de geometria da peça
Bombê é a diferença entre o diâmetro do centro do eixo e o diâmetro das bordas. Para que o eixo seja considerado bombê, a
diferença deve ser simétrica em relação corpo.
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O quadro a seguir exemplifica alguns cilindros lisos, sua função e sua condição superficial
Informações adicionais – cilindros lisos
Tipo do cilindro
Função
Superfície
Cilindro porta clichês
Suportar o clichê montado por
intermédio de DUPLA-FACE
- retificado
- cromado ou sem como
Cilindro limitador de cola
Limitar passagem de cola na
onduladeira
- retificado
- cromado e polido
Eixo porta facas
Suportar montagem de facas
Rolo de pressão
Suportar a conformação do papel
entre ele e o rolo corrugador
Idem ao tambor central, porém
em maquina stack
Suportar a impressão no
substrato pelo cilindro porta clichê
montado
- ranhurado ou não
- cromado e polido (ou não)
- termperado ou nitretado
- cilíndrico ou bombê
- retificado
- cromado ou sem cromo
- retificado
- cromado ou sem cromo
Cilindro contra pressão
Tambor central
3 - CILINDROS GRAVADOS
São cilindros cujo CORPO possui GRAVAÇÃO ou QUALQUER OUTRA FORMA DE TEXTURA.
As fotografias a seguir exemplificam algumas formas comuns de gravação
Gravação a laser em cerâmica
Gravação mecânica em aço
carbono
Gravação a laser em cerâmica
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As gravacoes podem ser de BAIXO RELEVO (interna) e a ALTO RELEVO (externa).
Gravação baixo relevo
Gravação trihelicoidal
Gravação de alto
(externa-ressalto)
(interna-cavidade)
Alternância de alto e baixo relevo)
relevo
A gravação no corpo do cilindro pode ocorrer pelos seguintes processos, ou pela combinação destes:
• mecânica (TENSAO MECANICA)
• química (REAÇAO QUIMICA)
• eletroquímica (ELETROLISE)
• eletromecânica (TENSAO MECANICA )
• laser (REMOCAO POR VAPORIZAÇAO À LASER )
• etc
Cada um dos processos tem suas particularidades e aplicações, em função de limitação de processo de
fabricação e/ou aplicabilidade na utilização. O quadro a seguir exemplifica alguns produtos, suas limitações
de processo e aplicações típicas
EXEMPLOS :
PRODUTO
LIMITAÇAO DE PROCESSO DE
FABRICAÇAO
Nicroanilox cromado
Lineatura maxima 240 l/cm
Nicroanilox cerâmico
gravado mecanicamente
Lineatura máxima 160 l/cm
Gravado quimicamente
Lineatura máxima
Imagens com emendas
LIMITACOES NA UTILIZAÇÃO
- Não aplicavel a algumas cromias
(limitação de lineatura disponível)
- Não é possível utilizar com doctor blade
(desgaste prematuro)
- Máquinas com alta velocidade de trabalho
com sistema de limitação doctor blade
(desgaste prematuro)
- Não pode receber revestimento cerâmico
portanto não é possível para uso com doctor
blade
Os cilindros gravados podem ou não receber tratamentos de superfície. O mais comum é que recebam,
pois aumentam a resistência ao desgaste e à corrosão. Os tratamentos de superfície podem ser aplicados antes
ou após a gravação, e os mais comuns são:
• Revestimento cerâmico aplicado pelo processo Plasma spray ou Hipersônico (HVOF)
• Cromo duro aplicado Por eletrodeposição,
• Níquel aplicado pelo processo químico ou eletrolítico
• Níquel seguido de cromo, aplicados eletroliticamente
• Nitretação gasosa, liquida ou a plasma
• PVD (Physical Vapor Deposition) :
Alem disto, um cilindro pode receber mais que um tratamento de superfície em função de particularidades
de processos de fabricação e/ou necessidades de utilização
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O quadro a seguir apresenta alguns cilindros típicos ,suas características de superfície e aplicações
Tipo de cilindro
Processos aplicados
Cilindros gráficos
- cobreamento
- cromagem
Nicroanilox cromado
Nicroanilox
cerâmico
Gravado
Mecanicamente
Vista em corte
- retifica
- gravação
- cromagem
- retifica
- gravação
- cerâmica
NICROANILOX
CERÂMICO GRAVADO
À LASER
- aplicação de flash inox
(plasma spray)
- aplicação cerâmica
(plasma spray)
- retifica
- superfinish (espelhamento)
- gravação a laser sobre a cerâmica
NICROANILOX
CERÂMICO GRAVADO
À LASER
- aplicação de inox camada
(arco submerso)
- aplicação cerâmica
(plasma spray)
- retifica
- superfinish (espelhamento)
- gravação a laser sobre a cerâmica
Impressor /anilox
Gravado quimicamente
cromado
- cobreamenro
- polimento
- gravaçao
- cromagem
Impressor/anilox
Gravado quimicamente
niquelado e cromado
- cobreamento
- polimento
- gravaçao
- niquelamento
- cromagem
Cilindros com tratamento
térmico e tratamento de
superfície
- retifica
- tempera ou nitretacao
- cromagem ou PVD
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3.1 - FUNÇÕES
Os cilindros gravados são como qualquer outro componente ele tem funções a ser por ele executado.
Eles têm normalmente duas funções : (e não são simultâneas) sendo elas :
- TRANSPORTAR MATERIAIS LIQUIDOS
- EXECUTAR MARCAÇÕES.
Ou seja temos dois grandes grupos de cilindros gravados:
Os cilindros de transferência (Aplicação),
Os cilindros de Gofragem (marcação)
Os cilindros de aplicação normalmente são com gravação de baixo relevo e os de gofragem, são se alto relevo,
porém há exceções.
Exemplo de cilindros gravados em diferentes áreas de aplicação e suas respectivas funções e relevo de
gravação
Área
Impressão flexográfica
Cilindro
Nicroanilox
Função
Transportar tinta
Relevo
Baixo relevo
Gofragem de materiais
Gofrador
Executar marcação
Acabamento de couros
Multiponto
Transportar tinta
Impressão rotogravura
Impressor
Transportar tinta
Alto relevo
Baixo relevo
Baixo relevo
Alto relevo
Baixo relevo
Exemplos de cilindros gravados e suas utilizações.
- Cilindro Nicroanilox cerâmico e cromado (impressão flexográfica )
- Cilindro Gofrador (Marcaçao e gofragem de plásticos, papel e guardanapos)
- Cilindro Multiponto (acabamento em industria de couro)
- Cilindro Impressor (impressão industria moveleira e rotogravura)
- Cilindro Aplicador de cola (aplicação de cola em industria de papel e papelão ondulado)
- Cilindro de laminadora com solvente (laminação de filmes plásticos)
- Cilindro Aplicador de coating (aplicador de coting)
Funções semelhantes :
Os nomes comerciais dos cilindros às vezes geram confusão, há cilindros com funções semelhantes
com nomes diferentes devido a área de uso, questões históricas de equipamento, nome comercial etc. Segue
tabela agrupada de funções, note alguns cilindros são idênticos funcionalmente, porém com nomes diferentes.
Função
Área
Impressão flexografica
Transportar/Aplicar fluido
(Cilindros de Transferência)
Marcação / Gofragem
(Cilindros de Gofragem)
Laminação
Acabamento de Couros
Aplicação de cola
Aplicação de coating
Filmes Plásticos
Papel e guardanapo
Couro
Nome comercial
Nicroanilox cromado
Nicroanilox cerâmico
Nicroanilox laser
Cilindro de laminação
Cilindro Multiponto
Aplicador de cola
Aplicador
Cilindro gofrador continuo /
personalizado
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3.2 - FORMA CONSTRUTIVA :
Quanto a forma construtiva os cilindros podem ser maciços ou tubulares em função de limitação de peso
ou necessidade de projeto/utilização. Sendo que os tubulares podem ser com forma para
refrigeração/aquecimento ou sem .
3.2.1 – Cargas que agem no cilindro
Um cilindro em repouso, está carregado pelo seu peso próprio que impõe aos colos de rolamento uma
determinada carga estática (reação de apoios) . Ao entrar em movimento e feito o contato com outro cilindro,
adiciona-se a carga localizada de transmissão (engrenagem) carga distribuída (contato com outro cilindro). Estas
são as forças que estarão atuando sobre o cilindro que lhe causarão movimento e deformação.
Forças que agem no
Cilindro em repouso
Forças adicionais que
passam a agir no
Cilindro quando entra em
movimento
Os efeitos do batimento radial dos cilindros somados ao desbalanceamento e as forcas de contato
descontinuas durante a operação que são as forcas externas periódicas que resultam os efeitos de vibração. As
amplitudes de vibração são minimizadas quando o amortecimento aumenta, como mostrado no gráfico a seguir
.
A = amplitude de oscilação forcada
F0 = forca externa periódica
ω = freqüência angular força externa
ω0 = freqüência angular próprias do sistema
γ = constante de amortecimento
Quando não há possibilidade de aumentar o amortecimento, efeitos da vibração (amplitude) são
minimizados. Para diminuir os efeitos da vibração se um sistema já constituído,temos que trabalhar em
freqüências mais distantes quanto for possível da freqüência natural (freqüência de ressonância) do sistema.
Quando estamos constituindo um sistema, devemos fazê-lo de forma com que sua freqüência de
ressonância, esteja o mais distante possível da freqüência de trabalho.
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3.2.2 MACIÇOS
Os cilindros maciços normalmente têm maior resistência a flexão e menor freqüência natural de
vibração.Dependendo de seu perfil, isto pode não acontecer, pois de nada adianta um cilindro de corpo robusto e
ponteiras longas e delgadas.
Consequentemente são mais pesados o que implica em dificuldades de troca, quando elas são muito
freqüentes, e também alta energia cinética de movimento (inércia).
3.2.3 – TUBOLARES
A forma construtiva tubolar é utilizada em cilindros de grande porte onde inviabiliza-se o uso de cilindro
maciço. Aqui temos exemplos as maquinas de papel que normalmente possuem cilindros com diâmetros variando
de 120 – 350 mm e comprimento em torno de 3000 mm.
São utilizados também onde se requer redução de peso, porém deve-se tomar cuidado com relação à
rigidez do mesmo que é diminuída.
A RELAÇÃO IDEAL para a aplicação de um cilindro seria ALIAR A MAIOR RESISTÊNCIA A FLEXÃO
,PESO MÍNIMO,ALTA INÉRCIA E ALTA RIGIDEZ A VIBRAÇÃO. Estas características são concorrentes entre
si, para tanto deve-se buscar um equilíbrio entre ambas.
3.2.4 – BALANCEAMENTO
Os cilindros como toda peça simétrica em relação ao eixo principal apresenta diferenças de distribuição
de massa, irregularidades geométricas e de posição (mesmo que dentro de limites aceitáveis) que impõe à peca
um determinado grau de desbalanceamento. Quando em rotação, resulta em forcas centrífugas, vibrações e
ruídos, que se intensificam com o aumento da rotação e se fazem perceber de maneira desagradável e
comprometem a vida útil do equipamento.
O balanceamento é feito para corrigir/minimizar o efeito destas forças.
3.2.4.1 – BALANCEAMENTO ESTATICO
A figura a seguir mostra o efeito fisico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento
estático
Também conhecido como balanceamento em um plano
3.2.4.2 – BALANCEAMENTO DE TORQUE
A figura a seguir mostra o efeito físico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento de
torque. O balanceamento de torque é um balanceamento em dois planos
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3.2.4.3 – BALANCEAMENTO DINAMICO
A figura a seguir mostra o efeito físico que deve ser minimizado com a operação de balanceamento
dinâmico. Também é um balanceamento em dois planos
3.2.4.4 - CLASSES DE BALANCEAMENTO
As classes de balanceamento dinâmico estão regulamentadas na norma NBR 8007/8008
3.2.4. – MATERIAIS UTILIZADOS NA CONFECCAO
Para confecção de cilindros normalmente são utilizados os seguintes aços estruturais
Maciços em aço carbono – AÇO ABNT 1045
Maciços em aço inoxidável – AÇO AISI 304
Tubolares em aco inoxidável – AÇO AISI 304
Tubolares em aco carbono – TUBO MECÂNICO ST 52 – quando as dimensões coincidem com
tubos normalizados e atendem as necessidades de resistência
Tubolares em barras trepanada – quando o tubo mecânico não atende em termos de resistência ou
dimensional utiliza-se barra de aço abnt1045 normalmente, trepanada
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3.2.5. – ENERGIA CINETICA
A Energia cinética de movimento de uma cilindro esta diretamente ligado ao seu momento de inércia ou
seja ÚNICO E EXCLUSIVAMENTE geometria e não ao material ao contrario do que ocorre com a rigidez a
vibração que dependem do modulo de elasticidade .
Considere um corpo rígido que pode girar ao redor de um eixo fixo tal como é indicado na figura. Ex: Cilindro
qualquer de impressora. Suponhamos que é aplicada uma força externa F no ponto P, para mantê-lo em seu
estado de movimento. O trabalho realizado por esta força a medida que o corpo gira percorrendo uma distância
infinitesimal ds=rdθ, e o trabalho no tempo dt é :
F·senφ é a componente tangencial da força, a componente da força ao longo do deslocamento. A componente
radial da força (F·cosφ ) não realiza trabalho, já que é perpendicular ao deslocamento. O momento da força é o
produto da componente tangencial da força pelo raio. A expressão do trabalho podemos escrever de forma
alternativa
O trabalho total quando o sólido gira um ângulo θ é :
Ou seja : Independe da massa, ou peso especifico, depende EXCLUSIVAMENTE da variação de velocidade
angular e de sua forma geométrica (I) (momento de inércia)
Os materiais mais comumente utilizados são ABNT 1045/ASTM A106 – ST52 quando não requerem
tratamento térmico. Ou o material próprio para o tratamento adequado, quando houver.
Alguns fabricantes utilizam-se de alumínio de alta resistência, o que implica em menor peso, porém a
inércia e a rigidez a vibração podem ficar comprometidas em função da relações dimensionais utilizadas.
Podem também ser utilizados materiais compósitos (fibras de vidro, fibra de carbono, outros)vale a
mesma observação para a inércia e vibração.
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3.2.6 – QUADRO RESUMO DAS FORMAS CONSTRUTIVAS
As formas mais comumente utilizadas estão apresentadas na sequencia :
Maciço
Ponteira
direta
Sem
refrigeração
Tubular
Carretel
Camisa
única
Com
refrigeração
Sem
serpentina
Camisa
dupla
Com
serpentina
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3.3 - SUPERFÍCIE :
Quanto à superfície o cilindro normalmente contém tratamento térmico e/ou tratamento de superfície :
As peças que requerem dureza normalmente recebem tratamento térmico ou termoquímico, já as que
necessitam micro dureza superficial algum tratamento de superfície que atenda a necessidade de resistência
ao desgaste e à corrosão.
3.3.1- TRATAMENTO TÉRMICO (dureza )
Os tratamentos térmicos em cilindros são aplicados quando requerem dureza superficial aliado a
resistência à choques e ao esmagamento. São exemplo os cilindros de pressão em industria de papel
corrugado. Os tratamentos térmicos alteram a condição estrutural do material na superfície do mesmo, não
existe deposição ou camada aplicada e sim mudança das propriedades metalúrgicas .
Ex : têmpera
3.3.2- TRATAMENTO TERMOQUÍMICO (dureza)
Os tratamentos termoquímicos em cilindros são aplicados quando requerem dureza superficial aliado a
resistência à choques e esmagamento. São semelhantes ao tratamento térmicos porém além do ciclo térmico
há reação química. São exemplos de utilização aqui também os cilindros de pressão em industria de papel
corrugado. Os tratamentos termoquímicos alteram a condição estrutural do material na superfície do mesmo, não
existe deposição ou camada aplicada e sim reação .
Ex : nitretação ,
3.3.3 - Tratamento de superfície (micro dureza)
São aplicados quando se requer alta dureza superficial não necessitando/não podendo ter dureza alta no
material. São exemplos o cromo duro, níquel duro, aspersão térmica etc. Os tratamentos de superfície não
alteram característica do material de base, pois aqui há deposição e não reação.
Tratamento de superfície
Tratamento térmico/
Termoquímico
Exemplos de tratamento superficial em cilindros
Tipo de cilindro
Cil porta clichê
Cil Anilox cromado
Cil de pressão
Cil anilox laser
Cil porta facas
Trat
térmico/
termoquimico
Trat
superficie
X
X
X
X
X
X
Qual
Cromo duro
Cromo duro
Nitretação ou tempera por indução
Aplic cerâmica plasma spray
Temperado e cromado
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3.3.4 – ACABAMENTO E RUGOSIDADE SUPERFICIAL
A rugosidade superficial é uma forma de quantificação/avaliação do acabamento da superfície de uma
peça
3.3.4.1 - ACABAMENTO SUPERFICIAL
O acabamento da superfície quando observada em detalhes, ampliado, mostra marcas e vestígios do
processo de fabricação que foi utilizado. A medida que cresce a necessidade de melhoria dimensional , leva a
necessidade de aumento qualidade da superfície.
O acabamento superficial interfere no desgaste da peça, aparência, resistência a fadiga,transferência de
calor,propriedades óticas, escoamento de fluidos, etc.
3.3.4.2 - RUGOSIDADE
A rugosidade é a forma de medição de acabamento superficial (ABNT 6405). A figura a seguir mostra o
perfil resultante de uma medição.
As escalas de medição mais utilizadas são Ra,Rt e Rz e existe conversão orientativas entre elas. Para
cada processo de fabricação tem-se as rugosidades mínimas e máximas.
Na seqüência uma tabela orientativa de tipos de processo e suas respectivas rugosidades alcançadas.
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Rugosidades obtidas em função dos processos de fabricação
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