Noções básicas de cinzelagem: Ferramentas e técnicas para trabalhar metais

I. Conhecimentos básicos do processo

1. Conceito e aplicações da cinzelagem

O método de corte de peças metálicas utilizando um martelo para golpear um cinzel é designado por cinzelagem.

A cinzelagem é utilizada principalmente em áreas inconvenientes para o processamento mecânico mas convenientes para o processamento manual, como a remoção de flanges e rebarbas de peças fundidas, o corte de materiais, a cinzelagem de superfícies planas e ranhuras. Através do exercício de martelagem do trabalho de cinzelagem, a precisão do martelamento pode ser melhorada, criando uma base sólida para a montagem e desmontagem de equipamento mecânico.

2. Ferramentas de cinzelagem

As principais ferramentas utilizadas para a cinzelagem são os cinzéis e os martelos.

(1) Cinzel

1) Tipos e utilizações dos cinzéis

O cinzel é a ferramenta de corte utilizada na cinzelagem, geralmente feita de aço-carbono para ferramentas.

Um cinzel é constituído por três partes: a cabeça, a parte cortante e o corpo, como mostra a Figura 1. A cabeça tem uma certa conicidade, com um topo ligeiramente esférico, facilitando a passagem da força através da linha central do cinzel durante o martelamento, mantendo o cinzel estável. Atualmente, a maioria dos corpos dos cinzéis são hexagonais para evitar a rotação durante o cinzelamento.

Os cinzéis dividem-se em três tipos: cinzéis planos, cinzéis para ranhuras e cinzéis para ranhuras de óleo. As suas utilizações são as seguintes:

① Cinzel plano

Os cinzéis planos, também conhecidos como cinzéis largos, são utilizados principalmente para cinzelar superfícies planas, cortar aço redondo de pequenas dimensões, aço plano e chapas de aço finas. A Figura 1 mostra as dimensões e a designação de cada parte de um cinzel plano. A largura da lâmina de um cinzel plano é geralmente de 10-20 mm.

② Cinzel de ranhuras

Os cinzéis para ranhuras, também conhecidos como cinzéis pontiagudos ou cinzéis estreitos, são utilizados principalmente para fazer ranhuras e rasgos de chaveta em superfícies metálicas e para cortar chapas metálicas curvas. A largura da lâmina de um cinzel para ranhuras é determinada pela largura da ranhura, geralmente cerca de 5 mm, como mostra a Figura 2. Ao cinzelar uma grande superfície plana, utilizar primeiro um cinzel de ranhuras para fazer ranhuras e, em seguida, utilizar um cinzel plano para aplanar, como se mostra na Figura 3.

Cinzel para ranhuras a óleo ③

Os cinzéis para ranhuras de óleo são utilizados principalmente para cinzelar ranhuras de óleo, tais como cinzelar ranhuras de óleo em rolamentos de eixo e outras superfícies deslizantes. A sua aresta de corte deve ser esmerilada numa forma de arco que corresponda à forma da ranhura de óleo, com uma largura igual à largura da ranhura de óleo, e a ranhura de óleo é cinzelada ao longo da linha traçada na peça de trabalho. A ranhura do óleo deve ser cinzelada suavemente e com uma profundidade consistente. O método de cinzelagem é mostrado na Figura 4.

2) Ângulos de trabalho dos cinzéis

Os principais factores que afectam a qualidade e a eficiência do cinzelamento são o ângulo de cunha do cinzel e o ângulo de retorno durante o cinzelamento.

Seleção do ângulo de cunha β: O cinzel é um tipo de ferramenta de corte, a sua aresta de corte é formada por duas faces de aresta, com a forma de uma cunha, pelo que o ângulo formado pelas duas faces de aresta é designado por ângulo de cunha, denotado por β. Um pequeno ângulo de cunha torna a aresta do cinzel afiada, mas com fraca resistência e facilmente lascada. Um ângulo de cunha grande confere à ferramenta uma boa resistência, mas com elevada resistência ao cinzelamento e dificuldade de corte, como se mostra na Figura 5. O tamanho do ângulo da cunha deve ser escolhido com base na dureza da peça de trabalho.

Geralmente, para cinzelar materiais frágeis e duros, o ângulo da cunha deve ser maior; para materiais mais macios, o ângulo da cunha deve ser menor. O ângulo da cunha para materiais duros é de 60°-75°; para materiais de dureza média, 50°-60°; para materiais de cobre e ferro fundido, 30°-50°.

Seleção do ângulo de inclinação do dorso α_o: O ângulo entre a face posterior do cinzel e a peça de trabalho é designado por ângulo posterior. Se o ângulo posterior for demasiado grande, o cinzel cortará demasiado fundo na peça de trabalho. Se o ângulo posterior for demasiado pequeno, a direção de cinzelamento será demasiado plana e o cinzel pode facilmente escorregar da superfície da peça de trabalho, impedindo também o corte, como mostra a Figura 6. Geralmente, é adequado um ângulo de inclinação de 5°-8°. Durante o processo de cinzelagem, o ângulo de inclinação deve ser mantido o mais constante possível, caso contrário a superfície maquinada será irregular.

a) α_o grande
b) α_o pequeno

(2) Martelo

1) Especificações do martelo

O martelo mostrado na Figura 7a, vulgarmente conhecido por marreta, é uma das ferramentas manuais mais frequentemente utilizadas em trabalhos básicos de bancada e operações de desmontagem.

a) Martelo e cabo
b) Determinação do comprimento do cabo do martelo

Um martelo é composto por duas partes: a cabeça do martelo e o cabo de madeira. O peso da cabeça do martelo é utilizado para indicar a especificação do martelo, sendo os tamanhos mais comuns 0,22 kg, 0,44 kg, 0,66 kg, 0,88 kg, 1,1 kg, etc. A cabeça do martelo é feita de aço-carbono para ferramentas (T7 ou T8) e é submetida a um tratamento de endurecimento.

O cabo do martelo é feito de madeira resistente, sendo o pau-rosa uma escolha comum. O cabo do martelo tem normalmente cerca de 300-350 mm de comprimento, sendo que as cabeças de martelo mais pesadas requerem cabos mais compridos. Por exemplo, uma cabeça de martelo de 1,1 kg deve ser equipada com um cabo de 350 mm de comprimento. No entanto, também pode ser determinado com base no comprimento do antebraço, como se mostra na Figura 7b.

2) Instalação do martelo

Como mostra a Figura 8, ao instalar um martelo, certifique-se de que a linha central do punho é perpendicular à linha central da cabeça; o punho deve ser fixado com segurança na cabeça para evitar acidentes causados por desprendimento. Por este motivo, o orifício para o cabo deve ter uma forma oval. Depois de a pega estar bem encaixada no orifício, é introduzida uma cunha na extremidade para evitar que se solte. O cabo também deve ser ovalado, permitindo uma aderência firme e evitando a rotação durante o uso, garantindo golpes de martelo mais precisos.

II. Competências operacionais básicas

1. Processo de tratamento térmico de cinzéis

(1) Processo de arrefecimento

Como mostra a Figura 9, aqueça a parte cortante do cinzel, com cerca de 20 mm de comprimento, uniformemente a 750-780°C (cor vermelho cereja), depois coloque verticalmente o cinzel em água fria (profundidade de imersão de cerca de 4-6 mm, ou seja, o comprimento da aresta cortante) e mova lentamente o cinzel para o extinguir.

Se for mantida estacionária, a fronteira entre as partes temperadas e não temperadas será demasiado nítida e o cinzel pode partir-se facilmente na fronteira durante a utilização após a têmpera.

(2) Processo de têmpera dos cinzéis

Durante o movimento de têmpera, quando observar que a parte do cinzel acima da superfície da água mudou de vermelho para preto, retire rapidamente o cinzel da água, remova imediatamente qualquer sujidade e incrustações (utilizando o calor residual da parte superior do cinzel para temperar a aresta de corte).

O método específico consiste em retirar o cinzel da água e esfregá-lo rapidamente algumas vezes numa mó fina ou numa lixa previamente preparada (a ação deve ser rápida), observando a mudança de cor do gume. Quando o gume ficar amarelo, mergulhar todo o cinzel em água, o que se designa por têmpera a "calor amarelo".

Os cinzéis temperados a "calor amarelo" têm uma elevada dureza, mas são frágeis e a aresta de corte pode lascar ou mesmo partir durante a cinzelagem. Quando a aresta de corte ficar azul, mergulhe todo o cinzel em água, o que se designa por têmpera a "calor azul". Os cinzéis temperados a "calor azul" têm uma dureza demasiado baixa e a aresta de corte pode enrolar durante a cinzelagem.

A situação ideal é quando a cor amarela se desvanece e aparece a cor púrpura, colocar imediatamente todo o cinzel em água (porque a cor púrpura aparece durante um período muito curto, se não for imersa em água imediatamente, ficará azul, tornando-se o referido "calor azul"). Nesta altura, o cinzel temperado não só tem uma resistência e dureza relativamente elevadas, como também uma boa resistência ao impacto.

2. Processo de afiação do cinzel

(1) Requisitos de afiação do cinzel

1) Requisitos gerais para a afiação de ferramentas

• O gume deve ser reto, simétrico, afiado, sem lascas ou fissuras.
• Retificar os ângulos de corte (de trabalho) corretos.
• O comprimento da aresta de corte e a área da superfície de corte da ferramenta devem cumprir os requisitos; a aresta de corte não deve ser demasiado longa e a área da superfície de corte não deve ser demasiado grande.
• A superfície de corte (superfície de trabalho) deve ser plana, simétrica, lisa, sem superfícies curvas ou facetas múltiplas.
• A parte da ferramenta que serve para agarrar ou fixar deve ter a forma correta para facilitar a preensão ou a fixação; não deve haver fissuras, rebarbas ou lascas.

2) Requisitos específicos para a afiação de cinzéis

Para além de cumprir os requisitos gerais acima referidos para a afiação de ferramentas, a afiação de cinzéis deve também cumprir os seguintes pontos

• Escolha corretamente o ângulo da cunha do cinzel com base no material a ser processado.
• A largura da aresta de corte deve ser de cerca de 5 mm.
• Como se mostra na Figura 10, a aresta de corte deve ser perpendicular à linha central do corpo do cinzel e deve estar no plano central simétrico do cinzel.
• Para cinzéis em bruto não rectificados, a face biselada e ambos os lados do cinzel devem ser aparados. O método de aparar e os requisitos são basicamente os mesmos que os da retificação de superfícies de corte.
• Se a parte superior do cinzel apresentar irregularidades, uma "cabeça de cogumelo" ou uma acumulação de rebarbas e barbatanas, deve ser aparada na mó para obter a forma pretendida.
• Para além de cumprir os requisitos de afiação acima referidos, a aresta de corte de um cinzel plano pode ser ligeiramente curvada. Isto é útil quando se cinzelam pequenas saliências numa superfície plana, uma vez que os cantos pontiagudos em ambas as extremidades da aresta de corte são menos susceptíveis de danificar outras partes da superfície plana.
• Para além de cumprir os requisitos de afiação acima referidos, o comprimento da aresta de corte de um cinzel pontiagudo deve corresponder à largura da ranhura. A largura entre os dois lados deve diminuir gradualmente a partir da aresta de corte em direção ao cabo para evitar que o cinzel fique preso ao cinzelar ranhuras e para garantir que os lados da ranhura possam ser cinzelados de forma plana.
• A Figura 11 mostra os erros comuns de afiação quando se afiam cinzéis.

(2) Métodos de afiação de cinzéis

O método básico para afiar cinzéis é mostrado na Figura 12.

• Respeitar rigorosamente os procedimentos operacionais de segurança das máquinas de retificação.
• Ao afiar um cinzel, o operador deve colocar-se do lado esquerdo da máquina de afiar, segurar a extremidade dianteira do cinzel com o polegar e o indicador da mão direita, agarrar firmemente o corpo do cinzel com a mão esquerda e efetuar a afiação no bordo da mó rotativa.
• Durante a afiação, a aresta de corte deve estar mais alta do que a linha central horizontal da mó. Mova-se suave e uniformemente em toda a largura do rebolo e controle a direção e a posição do cinzel para garantir que o ângulo de cunha desejado é afiado.
• A pressão aplicada ao cinzel durante a afiação deve ser moderada, nem demasiado grande nem demasiado pequena. Se a pressão for demasiado elevada, o cinzel vibrará inevitavelmente, causando marcas de vibração durante a afiação e, possivelmente, múltiplas facetas; se a pressão for demasiado baixa, a superfície não será facilmente rectificada e a eficiência da retificação será baixa.
• Ao afiar a aresta de corte, mergulhe-a frequentemente em água para evitar que a aresta de corte fique temperada.
• Após a afiação, a qualidade pode ser verificada utilizando um modelo especial, como mostra a Figura 13.

3. Operação de cinzelagem

(1) Métodos de segurar o martelo

Existem dois métodos de segurar o martelo: o aperto solto e o aperto apertado.

1) O método de preensão apertada envolve o dedo indicador, o dedo médio, o dedo anelar e o dedo mindinho da mão direita a agarrar firmemente o cabo do martelo, com o polegar pressionado contra o dedo indicador, deixando 15-30 mm do cabo expostos na extremidade. A pega permanece inalterada durante o balanço e o golpe. O método de aperto apertado é raramente utilizado porque pode facilmente causar bolhas na mão devido ao aperto firme, como se mostra na Figura 14a.

a) Método do aperto apertado
b) Método do punho solto

2) O método de preensão solta consiste em segurar sempre o cabo do martelo com o polegar e o indicador. Quando o martelo é levantado para trás (durante o processo de balanço), relaxar gradualmente o dedo mindinho, o dedo anelar e o dedo médio, pressionando naturalmente contra o cabo do martelo.

Durante o processo de martelagem, apertar gradualmente os dedos relaxados e acelerar o movimento do martelo. Uma vez dominado, este método pode não só aumentar a força de martelagem, mas também reduzir a fadiga, pelo que o método de preensão solta é melhor do que o método de preensão apertada, como mostra a Figura 14b.

(2) Postura de cinzelamento e método de balanço do martelo

1) Postura de pé

A postura correta de pé visa facilitar a aplicação de força durante a cinzelagem e evitar a fadiga em todo o corpo. Normalmente, o pé esquerdo dá meio passo em frente, o pé direito fica para trás, a distância entre os dois pés é de cerca de um comprimento do cabo do martelo, com o centro de gravidade no pé esquerdo, permanecendo estável perto do torno de bancada.

Não exercer demasiada força sobre as pernas, dobrar ligeiramente o joelho esquerdo, manter a perna direita direita direita e estável e posicionar os pés em forma de "V". Não inclinar a cabeça para a frente ou para trás, olhar para a peça de trabalho e para a aresta do cinzel. A postura específica de pé é mostrada na Figura 15.

2) Método de balanço do martelo

Existem três métodos de balanço do martelo: balanço do pulso, balanço do cotovelo e balanço do braço, como mostra a Figura 16.

a) Balanço do pulso
b) Balanço do cotovelo
c) Balanço do braço

O método do balanço do pulso é normalmente utilizado no início e no fim do cinzelamento; o balanço do cotovelo é o mais utilizado, adequado para cinzelar superfícies planas e fazer ranhuras; o balanço do braço é utilizado principalmente para cortar metal e remover porcas.

3) Pontos-chave da ação de balanço do martelo

① Levantar o martelo

Levantar o ombro e puxar o cotovelo para dentro, levantando o martelo acima do ombro; virar o pulso para trás, agarrar o cabo do martelo com folga; a face do martelo deve estar virada para cima.

② Balançar o martelo

Concentre o seu olhar na borda do cinzel e na área a ser cinzelada, aperte o punho do martelo, aplique força com o pulso, balance o martelo num arco dentro do plano vertical (não deixe o braço balançar para fora e não deixe o martelo cair em ângulo), atingindo diretamente a parte superior do cinzel.

③ Requisitos de martelagem

A frequência de martelagem deve ser de cerca de 40 vezes por minuto; os golpes devem ser poderosos e precisos; não deve haver o fenómeno de "bater" (bater ligeiramente no topo do cinzel para apontar antes de bater com força).

(3) Pontos-chave da operação de cinzelagem

1) Métodos de preensão do cinzel

① Método de aperto normal

Como mostra a Figura 17a, com a palma da mão virada para baixo, agarrar o corpo do cinzel com o polegar e o indicador naturalmente abertos, os outros três dedos naturalmente dobrados e juntos, segurando o corpo do cinzel. A parte superior do cinzel deve sobressair 10-15 mm do punho. Se sobressair demasiado, o cinzel pode oscilar, afectando a precisão do golpe de martelo. O punho não deve estar nem demasiado apertado nem demasiado solto, com o objetivo de facilitar a operação e minimizar a fadiga. Este método de preensão é o método básico, adequado para cinzelar superfícies planas.

a) Método de preensão normal
b) Método do punho invertido
c) Método do punho vertical

② Método do aperto invertido

Como mostra a Figura 17b, com a palma da mão virada para cima, os dedos apertam naturalmente o corpo do cinzel, com a palma da mão suspensa. Esta pega é adequada para cinzelar pequenas superfícies planas ou superfícies laterais.

③ Método do punho vertical

Como se mostra na Figura 17c, o polegar está virado para cima, o polegar de um lado do cinzel, os outros quatro dedos do outro lado apertam o cinzel. Esta pega é adequada para o cinzelamento vertical, como o corte de materiais numa bigorna.

2) Pontos-chave para a operação de cinzelagem de superfícies planas

① Método de início e fim do cinzelamento.

Como se mostra na Figura 18, ao cinzelar uma superfície plana, utilizar geralmente o método de arranque em ângulo. Comece a cinzelar a partir do canto direito da peça de trabalho, primeiro segure o cinzel num ângulo de 45° para a direita, depois incline a parte superior do cinzel para baixo cerca de 30°. Quando a extremidade do cinzel tiver cortado 0,5-1,5 mm de profundidade, levante a parte superior do cinzel para o ângulo de retorno necessário e continue a cinzelar.

Como mostra a Figura 19, quando a cinzelagem chegar ao fim da peça de trabalho (a cerca de 10 mm da extremidade), dê a volta para cinzelar a parte restante, caso contrário, a extremidade da peça de trabalho pode lascar.

② Espessura de cinzelagem.

Depois de determinar a margem de cinzelamento e marcar a linha de processamento, cinzelar em camadas, com cada camada tipicamente de 0,5-1,5 mm de espessura.

③ Ângulo de inclinação para trás.

Como se mostra na Figura 20, durante a cinzelagem, o ângulo entre a face posterior do cinzel e o plano de corte (o plano tangente à aresta de corte num ponto da superfície de corte) é designado por ângulo posterior de cinzelagem (denotado por α). O ângulo de inclinação do cinzel é geralmente melhor entre 5° e 8° e deve permanecer constante durante todo o processo de cinzelagem.

④ Durante o processo de cinzelagem, após cada poucos cinzéis, pode puxar ligeiramente o cinzel para trás, fazer uma breve pausa, depois pressionar a extremidade do cinzel contra a área cinzelada e continuar a cinzelar. Isto permite-lhe observar a planura da superfície cinzelada e relaxar ritmicamente os seus músculos.

3) Método de corte de chapa metálica

O método correto de corte de chapa metálica é apresentado na Figura 21.

a) Corte de chapa metálica numa bigorna
b) Primeiro, fazer furos e, em seguida, utilizar um cinzel para cortar a chapa metálica
c) Método correto de corte de chapa metálica num torno de bancada
d) Método incorreto de corte de chapa metálica

① A Figura 21a mostra o corte de chapas metálicas planas sobre uma bigorna. Este método é geralmente utilizado para cortar áreas maiores ou chapas metálicas mais espessas (mais de 4 mm), bem como chapas metálicas que são inconvenientes para fixar num torno de bancada. Com este método, é mais difícil manter um corte reto.

A figura 21b mostra que a fixação da chapa metálica nos mordentes do torno de bancada para cinzelar permite obter mais facilmente uma aresta de corte reta.

Ao cinzelar peças de trabalho com contornos mais complexos e maior espessura, para evitar deformações durante a cinzelagem, perfurar primeiro orifícios de separação ao longo do contorno utilizando uma broca de menor diâmetro, depois utilizar um cinzel pontiagudo para ligar os orifícios pequenos e, finalmente, cinzelar até ao fim. Desta forma, a forma desejada pode ser cinzelada, como mostra a Figura 21c.

A figura 21d mostra um método incorreto de cinzelagem de chapas metálicas.

(4) Requisitos de segurança para o cinzelamento

• Não utilizar martelos com cabos rachados ou soltos.
• Não usar luvas durante o cinzelamento e usar óculos de proteção.
• Não cinzelar virado para as pessoas para evitar que as aparas voadoras causem ferimentos.
• Quando se encontram rebarbas na cabeça do cinzel, estas devem ser imediatamente limadas.