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Máquinas com arranque de cavaco (Máquinas Ferramentas)
Conformação das peças
A maioria das peças fabricada é obtida mediante duas categorias operação:
Sem arranque de cavacos
Com arranque de cavacos
Entre as operações sem arranque de cavaco podemos citar:
- Fundição
- Laminação
- Trefilação
- Extrusão
- Forjamento
- Corte por cisalhamento
Entre as operações com arranque de cavaco temos:
- Torneamento
- Furação
- Mandrilamento
- Serramento
- Fresagem
- Plainamento
Mesmo as operações de conformação sem arranque de cavaco, muitas vezes,
passam ainda por uma operação posterior com arranque de cavaco denominadas
também de usinagem para conferir as peças um melhor acabamento e tolerâncias
para ajustes e torna-las inter cambiáveis.
As principais maquinas ferramenta utilizadas em usinagem de peças, metálicas
ou não metálicas são:
- Torno
- Furadeira
- Plaina
- Mandriladora
- Broqueadeira
- Brochamento
A escolha correta de cada uma delas, depende da operação a ser realizada na
peça, assim como o tamanho da peça, seu peso e sua capacidade de produção.
Muitas peças, na maioria das vezes, passam por diversas operações e máquinas,
para adquirirem o seu estado final.
A tabela seguinte mostra a relação de movimento entre as peças e as ferramentas
em diversos tipos de operações de usinagem
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Posições e movimentos relativos entre peça e ferramenta nas operações de usinagem
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O nome máquina ferramenta vem da necessidade de toda máquina de usinagem
necessitar de uma ferramenta de corte para execução da peça.
A evolução das máquinas ferramentas pode ser entendida na figura abaixo.
Evolução da máquina ferramenta e sua utilização
O torno
O torno é uma das máquinas mais conhecidas e utilizadas na maioria das
oficinas de usinagem.
Os tornos são utilizados para a confecção de peças, na sua maioria de forma
cilíndricas ou até mesmo cônicas. Possui grande versatilidade e também
possibilita a usinagem de furos internos com boa tolerância.
Existem vários tipos de tornos, adequados para cada tipo de aplicação. Os
principais tipos são:
- Torno paralelo
- Torno vertical
- Torno de faceamento ou de cabeçote
- Torno broqueador (para furos profundos)
- Torno revolver
- Torno para múltiplas operações
- Torno carrossel
O acionamento das suas partes principais pode ser feito de forma manual, semiautomática ou totalmente automática.
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Torno paralelo com a posição do operador
Torno paralelo co linhas modernas
As principais partes de um torno paralelo são: o cabeçote fixo, o cabeçote
móvel, o carro porta ferramenta, e o barramento.
O cabeçote fixo é o responsável por todo mecanismo de acionamento do torno e
onde ficam as caixas de redução e avanço. No cabeçote fixo estão montadas a
árvore de transmissão e o conjunto de engrenagens de redução, alem de servir
para o apoio e a transmissão à peça do movimento giratório.
O carro com o porta ferramenta oferece apoio a ferramenta e proporciona os
movimentos de avanço e de penetração. Os carros devem mover-se nas guias do
barramento do torno sem nenhuma folga. O carro longitudinal e o transversal
podem mover-se manualmente ou por meio do fuso ou da vara, acionados pela
arvore principal.
O cabeçote móvel ou contra ponto é utilizado como encosto ou apoio para
montagem entre pontas de peças à tornear compridas.
Nas operações de furar, escarear ou mandrilar, coloca-se também no cabeçote
móvel a ferramenta.
O cabeçote móvel pode deslocar-se sobre o barramento do torno e imobilizar-se
mediante uma alavanca ou manipulo de prisão.
O barramento do torno é responsável por suportar todas as partes principais do
torno. É apoiado sobre os pés do torno. Carro e contra ponto deslocam-se sobre
suas guias. Estas ultimas possuem na maioria das vezes forma prismática. Para
se poder usinar grandes diâmetros, o barramento é, freqüentemente, dotado de
uma cava ou poço com calço desmontável.
A fabricação de todas essas partes, requer a utilização de outras máquinas
ferramentas de grande precisão e versatilidade.
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Torno vertical mono montante
Torno vertical de fabricação francesa
Torno de faceamento
Torno de faceamento reformado
Mecanismos de operação de um torno
O cabeçote está a colocação da arvore principal no caso do torno paralelo, que
deve variar a velocidade conforme o trabalho a ser executado.
As transmissões são, na sua maioria por correias ou rodas dentadas
(engrenagens).
Esses mecanismos permitem regular, de maneira continua ou escalonada as
rotações necessárias para usinagem da peça.
Mecanismo para o movimento de avanço – Os movimentos de avanço e
profundidade de corte podem ser produzidos manualmente pelo acionamento de
alavancas no carro do torno. Por outro lado, também é possível o avanço
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automático, por meio do engate da vara ou do fuso, o qual recebe o seu
movimento de rotação da caixa de velocidades do cabeçote.
Mecanismo de engrenagens do avental – o avental está montado no carro do
torno. O mecanismo de engrenagens, incorporado no avental do carro
longitudinal, tem sobretudo a missão de transformar o movimento de rotação da
vara nos movimentos longitudinais e transversais.
O fuso serve apenas para a abertura das roscas ou filetagem. Recebe o seu
movimento de rotação igualmente da caixa de velocidades, e pode deslocar o
carro do torno na direção longitudinal com o auxilio da porca de duas metades.
Bloqueio – quando a porca de duas metades de acionamento do fuso e o sem
fim de acionamento da vara são acionados simultaneamente, por imprudência ou
inexperiência do operador, as peças chegam a fraturar-se. A fim de se evitar tal
inconveniente, existe um dispositivo de bloqueio que impede o comando
simultâneo das duas alavancas.
Ferramentas para o torneamento
Para o arranque do cavaco durante a operação de usinagem são utilizadas
ferramentas. A eficiência dessas ferramentas depende do material de que são
constituídas e da geometria do gume ou aresta cortante.
O material das ferramentas de corte deve possuir as seguintes propriedades:
dureza, tenacidade, resistência as temperaturas elevadas e resistência ao
desgaste.
A dureza é necessária para que a aresta de corte da ferramenta possa penetrar no
material da peça.
A tenacidade para evitar a quebra do material cortante por ação de pressão de
corte.
A resistência a temperaturas elevadas para que a ferramenta continue mantendo
sua dureza e tenacidade mesmo quando aqueça devido ao atrito que se produz na
formação do cavaco.
A resistência ao desgaste tem por fim, evitar um desgaste prematuro a aresta de
corte da ferramenta.
Principais materiais para as ferramentas de corte
O aço de ferramenta sem liga ou aço carbono para ferramentas – é um aço com
teores de carbono de 0,5 a 1,5 % de carbono. A uma temperatura de 2500 já
perde a sua dureza, tornando-se impróprio para grandes velocidades de corte.
Aço ferramenta com liga ou aço rápido – contem como componentes de liga,
alem do carbono, ainda adições de tungstênio, cromo, vanádio, molibdênio e
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outros. Possui uma elevada temperatura ao desgaste, cerca de 600 0 C e permite
uma alta velocidade de corte.
Metais duros ou carbonetos sinterizados – permitem um grande aumento do
rendimento efetivo da ferramenta.
Os componentes principais das chamadas pastilhas de metal duro são: o
tungstênio, molibdênio, cobalto, carbono e em alguns casos o titânio.
Alcançam temperaturas de corte da ordem de 9000 C e permitem altas
velocidades de corte. Devido seu elevado custo são soldadas ou presas com
dispositivos nas pontas de hastes de aço carbono.
Os diamantes também podem ser utilizados para corte em ferramentas. São
bastante duros e resistentes ao desgaste. São utilizados para trabalhos finos de
peças em máquinas especiais.
Os materiais cerâmicos também são bastante duros e resistem a altas
temperaturas. Atualmente são utilizados em ferramentas especiais, para bons
acabamentos, e em substituição as pastilhas de diamantes.
Cuidados requeridos para as ferramentas de corte
O ferro de corte se afia primeiramente em um rebolo grosseiro e depois de
definidas as formas, se acaba num rebolo mais fino.
Na amolação final devem ser mantidos os ângulos convenientes para o corte.
Para afiação de metal duro deve-se empregar um rebolo de carboneto de silício
1 – O rebolo deve girar contra a aresta de corte;
2 – A pressão de esmerilhamento ou afiação não deve ser exagerada;
3 – Na afiação final, o líquido refrigerante de fluir abundantemente;
4 – Deve-se evitar o esmerilhamento côncavo na face livre de incidência;
5 – Verificar os ângulos da aresta de corte com o uso do gabarito;
6 – Os rebolos devem não perfeitamente redondos e sujos devem ser evitados.
7 – Devem ser seguidas as normas de segurança contra acidentes em esmeris.
Ferramentas de torneamento: a) aço carbono, b) aço rápido, c) metal duro, d)
diamante ou cerâmico.
Suporte de fixação: a)diamante, b)calço, c)suporte, d)obturador.
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Para usinagem em alta produção são utilizados atualmente tornos com alto poder
de usinabilidade e completamente automáticos. Entre eles destacamos o torno
revolver e, mais modernamente as centrais de torneamento completamente
automáticas.
Centro de torneamento automático
Furadeiras
A maioria das peças fabricadas possuem furações, sejam elas passantes ou
mesmo cegas.
Os furos são utilizados para os diversos fins, por exemplo, para o alojamento de
rebites, parafusos, cavilhas, êmbolos, etc., ou para dar passagem a gases,
líquidos e outros.
A furação é um processo de usinagem que implica arranque de cavaco e se
emprega para a execução de orifícios redondos (furos) em materiais metálicos e
não metálicos.
Existem vários tipos de furadeiras, aplicados conforme as necessidades de
tamanho e peso da peça, posicionamento, quantidade de operação e precisão de
operação.
Furadeira de bancada
Furadeira de bancada com cabeçote móvel
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A furadeira de bancada é a mais simples delas e pode ser posicionada sobre
qualquer bancada de uma oficina mecânica.
A furadeira de coluna possui as mesmas condições de usinagem da furadeira de
bancada. A furadeira de coluna é apropriada para furação em peças mais pesadas
e impossíveis de se manusearem em cima de uma bancada de oficina.
Furadeira de coluna e posicionamento
do operador
Furadeira de coluna com cabeçote
móvel
As furadeiras radiais são extremamente versáteis, permitindo com o braço móvel
a utilização em várias peças posicionadas radialmente. Funciona orientada como
coordenadas polares, com o avanço possível do cabeçote no sentido radial.
Furadeira radial
Furadeira de cabeçotes múltiplos
As furadeiras de cabeçotes múltiplos servem para várias operações simultâneas
em uma peça, como por exemplo: furar, escalonar, alargar e escariar com cada
ferramenta apropriada em cada cabeçote.
Cada cabeçote e operação podem ser acionados por motores independentes
tendo assim velocidades e potencias diferentes necessárias para cada operação.
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As furadeiras de fuso múltiplo servem para fazer vários furos simultaneamente
em uma mesma peça. As furadeiras de fusos múltiplos se diferenciam das
furadeiras de cabeçotes múltiplos por serem acionadas por um único motor e
executarem simultaneamente uma única operação.
Furadeira de fusos múltiplos
Furadeira de montante
As furadeiras de montante, apresentam uma coluna bastante robusta par
aserviços pesados e de precisão.
Ponteadeiras
As ponteadeiras são projetadas para execução de furos com distancia entre furos
muito rigorosos. A arvore porta-broca gira cuidadosamente apoiada. A peça a
trabalhar é fixada na mesa da máquina constituída em forma de mesa de
movimentos em cruz, isto é, está dotada de furos para a possibilidade de
deslocamento longitudinal e transversal. Recorrendo a dispositivos rigorosos de
medição podem regular-se distancias entre furos com uma precisão que vai até
o,001 mm.
Ponteadeira
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Afiação de uma broca: pela maneira manual e dispositivo automático
Fresadoras
Por meio da fresagem podem obter-se peças dos mais diversos materiais e
formatos. Permite a execução de superfícies planas ou curvas, com entalhes,
com ranhuras, com sistemas de dentes,etc.
Fresadora horizontal
Fresadora de ferramentaria
Os cavacos são removidos por uma ferramenta denominada fresa, cujas arestas
cortantes ou dentes estão dispostas em forma de circunferência.
A fresa é uma ferramenta de vários cortes. Ao movimento de rotação da peça
dá-se o nome de movimento principal ou de corte.
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Tipos de peças que podem ser executadas na frsadora
Operação de fresar de empurrar
Operação de fresar de puxar
Mandriladoras
Utiliza-se a mandriladora para trabalhos de furação, mandrilagem, fresagem e
torneamento em peças complicadas e de difícil manuseamento.
Mandriladeira horizontal com suporte do fuso
Mandriladora com controle numérico.
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Plainas
O aplainamento é um importante processo de usinagem para obtenção de
superfícies planas e curvas.
O cavaco é arrancado da peça em forma de fitas em virtude do movimento
principal retilíneo.
Para a usinagem de peças curtas ou peças compridas existem diferentes tipos de
construção de máquinas de aplainar.
Plaina horizontal
Plaina vertical
A plaina com avanço da ferramenta horizontal, ou limadora, pode ser utilizada
para comprimentos até 800 mm. Para o arranque do cavaco são necessários: o
movimento principal do cabeçote, o movimento de avanço e o de ajuste da
ferramenta.
O movimento principal é executado pela ferramenta. Existe o curso útil e o
curso em vazio. O curso útil é o responsável pelo arranque do cavaco. O curso
em vazio diz respeito ao retorno da ferramenta.
O movimento de avanço é o que produz a espessura da apara.
Máquinas conjugadas com mesas e plainas com possibilidade de cabeçotes de fresar
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O cabeçote limador é conduzido numa guia e produz o movimento principal.
No seu topo dianteiro oferece apoio à espera porta ferramenta. A ferramenta de
aplainar é fixada em um porta ferramenta que se assenta em uma placa com
calço.
No movimento para frente ou útil, a placa articulada é comprimida pelo esforço
de corte de encontro ao suporte e no movimento de retrocesso ou passeio é
levantada um pouco em virtude da sua articulação.
O suporte porta ferramenta é ajustado para o aplainamento de superfícies
inclinadas e com esta finalidade está dotada de uma escala graduada.
Ferramentas para aplainar
As ferramentas de aplainar são fabricadas preferencialmente em aço rápido.
Muitas vezes, a aresta cortante pode, eventualmente, ser construída de metal
duro.
A forma da ferramenta assim como a geometria de sua aresta cortante escolhe-se
de acordo com o trabalho de aplainamento a executar. Somente em casos
excepcionais, se diferenciam as ferramentas de aplainar das ferramentas de
tornear.
Possibilidades de aplainamento e formas da ferramenta
Possíveis posições do cabeçote de aplainar
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Rompedeiras ou Brochadeiras
Na usinagem de muitas peças pode ser necessária a execução de faces interiores
e exteriores de peças metálicas de tamanhos pequenos e médios.
Para esse efeito empurra-se ou puxa-se uma vara perfiladora provida de muitos
dentes cortantes através de um previamente aberto e elimina-se o material em
excesso por arranque de cavaco.
Máquina perfiladora (brochadora ou
vertical
rompedeira) de interiores vertical
Máquina perfiladora de exteriores
As máquinas perfiladoras, brochadoras ou ainda rompedeiras, são de
constituição bastante simples, porque só necessitam de executar o movimento
principal retilíneo da vara ronpedeira.
O movimento de avanço é realizado pela própria ferramenta em virtude das
arestas cortantes serem cada vez maiores ao longo da vara perfiladora ou vara
rompedeira.
Perfiz obtidos por rompedeiras
Funcionamento da ferramenta rompedeira.
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Serras
As serras são ferramentas de usinagem responsável para divisão de materiais em
partes que se deseja usinar por uso de outras máquinas ferramenta.
Existem basicamente 3 tipos de serras mais utilizadas em usinagem: a serra
circular, a serra de fita e a serra de lamina.
Com relação as serras de fita e de lamina, as duas apresentam o mesmo aspecto
de funcionamento, porem, a serra de fita apresenta uma alimentação continua da
ferramenta, sem a perda produtivo do retorno da ferramenta, o que acontece com
a serra de lamina.
As serras de laminas possuem um movimento alternativo e cortam somente e no
movimento de ida da ferramenta ficando inoperante no retorno em passeio da
máquina.
Serra de fita (movimento continuo)
Serra de lamina (movimento alternado)
As peças de aço temperadas ou não, ferro fundido, latão ou bronze, alumínio,
etc., podem ser cortadas em curto tempo por meio de disco abrasivo. Tais discos
consistem em eletrocorundum ou em carboneto de silicato com aglutinante de
baquelite.
Possuem diâmetros de até 400 mm e uma espessura de 3,2 mm. A velocidade
periférica é de 75 a 80 m/s.
Serra circular com disco abrasivo
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Retificadoras e esmerilhadoras
Os trabalhos realizados com as retificadoras ou esmerilhadoras, apresentam um
certo grau de acabamento inerente a esse processo de usinagem.
No esmerilhamento de peças, trate-se de eliminar as irregularidades (rebarbas)
ou de se conseguir afiação em arestas de ferramentas ou ainda de se obter peças
com grande precisão e grande acabamento como é o caso das retificas.
O esmerilhamento é um processo de usinagem pois envolve o arrqnque de
cavacos.
Afiação de ferramentas
Retifica de peças
A Retifica
Retificas são máquinas que proporcionam um acabamento fino em peças de
precisão.
Existem basicamente dois tipos de retificas: A retifica cilíndrica e a retifica
plana.
A retifica cilíndrica é muito utilizada em acabamentos de precisão em eixos,
pistões e peças cilíndricas com necessidade de encaixes precisos e
intercambiáveis.
A retifica plana é recomendada para o acabamento e peças que exijam
superfícies bem acabadas e com grau de planicidade.
Retifica de eixos
Proteção mínima para uso de retificas
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Tipos de rebolos utilizados em retifica e afiação de ferramentas
Os rebolos ou mós, são constituídos de por grãos abrasivos duros, e de arestas
aguçadas (meio esmerilhante), reunidos entre si, por um material aglutinante.
Tipos de materiais abrasivos
Existem materiais abrasivos naturais e artificiais.
Materiais abrasivos naturais são o corindo natural e o quartzo.
Para rebolos empregam-se de preferência os materiais abrasivos artificiais.
O eletrocorundo ou corindo artificial (alumina anidra ou amorfa), obtem-se da
argila em forno elétrico. Tem coloração parda. Existem o corindo normal e o
corindo fino.
O carboneto de silício (carborundum) ou silicato de carbono, que se obtém a
partir da areia de quartzo e pó de carvão; possui coloração cinzenta e contem
inclusões de brilho adiamantado.
O eletrocorindo empregam-se para materiais tenazes como o aço;o carboneto de
silício para materiais frágeis, como é o caso do ferro fundido.
Esmerilhamento manual de peças e ferramentas.
A granulação tem influencia sobre o rendimento do esmerilhamento e sobre a
qualidade do acabamento superficial da peça.
Grão grosso – grande rendimento, superfície de acabamento e áspera;
Grão fino – pequeno rendimento, superfície lisa
Os aglutinantes dos grãos podem ser por sua vez: cerâmicos, minerais e
vegetais.
O aglutinante cerâmico consiste em feldspato, argila e quartzo.Mais de 75% de
todos os rebolos são aglutinados ceramicamente.Resistem a pancadas e a
choques.
Os aglutinantes minerais são apenas recomendados pa esmerilhamento a seco.
Os aglutinantes vegetais são compostos de cauchu ou caucho ou ainda borracha,
gomalaca ou baquelite. Como são tenazes e elásticos tornam-se ideais para mós
delgadas e perfiz agudos.
Use mós brandas para materiais duros e mós macias para materiais duros.
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Fixação do rebolo:a) flange de fixação, b) ranhura anular, c) peso balanceador, d) disco
intermediário de feltro ou coro
Exemplo de estrutura de um rebolo
Tabela para escolha do rebolo
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Figura para ajuda na escolha do rebolo adequado
Máquina para afiação de ferramenta
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Formação do cavaco e ferramentas
Ferramentas utilizadas em tornos e plainas
Ferramentas para mandriladeiras
Ferramentas de metal duro
Ferramentas para fresadoras
ferramenteiras
Ferramentas para furadeiras
e fresadoras
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Tipos de cavacos
Existem basicamente 3 tipos de cavacos ou aparas: finas, curtas e compridas.
As aparas finas(agulhas,quebradiças ou friáveis) são obtidas em materiais
frágeis como o ferro fundido e bronze. As aparas curtas (helicoidais e espirais)
conseguem-se com materiais tenazes e reduzidas velocidades de corte.
As aparas compridas (espiras compridas estreitas e largas, aparas enroladas), se
consegue em materiais tenazes e elevada velocidade de corte.
No torneamento é preferível o cavaco curto, porque são inofensivas e podem
transportar-se facilmente.
Ataque da ferramenta de corte e formação do cavaco.
Cavaco arrancado (fino)
Cavaco cortado
Cavaco plástico (comprido)
Os cavacos finos apresentam um volume bem menor, propiciando um fácil
transporte e manuseio. São também os mais recomendados para utilização de
sistemas de exaustão.
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Estudo do Lay out na concepção para máquinas ferramentas
Como as máquinas ferramentas especiais podem ser fabricadas por encomenda,
é importante a previsão de todas as variáveis para o dimensionamento e a
distribuição das operações em uma só máquina.
Modelo de uma mandriladora de mesa
Modelo de uma mandriladora de
barramento duplo.
O perfeito lay-out das características de uma máquina pode ajudar também no
fator segurança, diminuindo as condições de risco aos quais podem ficar
expostos os operadores, com estudo detalhado da movimentação da peça, troca
de ferramenta, porta ferramenta, etc.
Estudo das possibilidades de usinagem
Mandriladora em operação
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Alguns tipos de Maquinas Ferramentas
Torno horizontal de grandes proporções
Torno vertical de um montante
Torno vertical
Retifica plana
Torno vertical de duplo montante
Centro de usinagem
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Aspectos de segurança e máquinas ferramentas
Antes de inicio de qualquer operação em maquinas ferramentas deve-se verificar
as condições específicas de trabalho:
- Fixação da peça
- Fixação da ferramenta
- Ajuste correto das velocidades de avanço
- Profundidade de corte
- Iluminação
Devem ser tomadas as devidas precauções com os fluidos de corte com relação
ao seu direcionamento para a área especifica de corte.
Verificar a existência de possíveis poças de óleo derramado na máquina,
principalmente nas mandriladeiras de piso, pois poderão causar acidentes.
Evitar o contato com a peça em usinagem devido a possibilidade de
queimaduras, pois a mesma está sempre quente, mesmo com a utilização do
fluido refrigerante e também devido as arestas vivas de usinagem que podem
causar cortes graves.
Os cavacos espalhados em torno da máquina devem ser amontoados em
determinado lugar para que não sejam pisados e causarem tropeços e quedas.
Os dispositivos utilizados para apertos e ajustes das ferramentas devem ser
manuseados exclusivamente para a finalidade a qual foram projetados e não
devem em hipótese alguma permanecer nos orifícios de ajustes, pois com o
movimento da máquina podem saltar com a velocidade centrifuga e atingir o
operador.
Nunca se deve medir uma peça com a máquina em funcionamento. Mesmo que
a medida seja feita com a peça fixada, a mesma deve estar totalmente parada.
Não é recomendável também o lixamento de peças circulares no torno
mecânico com a mão.Qualquer cavaco pode rasgar de maneira violenta a pele
do operador.
È recomendável o uso de viseiras faciais nas operações próximas as peças ao
invés dos óculos de segurança.
Nas furadeiras, nunca segurar a peça com a mão, mesmo se estiver utilizando
luvas. Se a peça possuir faces cortantes, o momento torçor da furadeira poder
rasgar a luva e a mão do operador.
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Utilizar botas de couro com solado de borracha e biqueira de aço. O solado
ajuda a proteger contra o possível pisada em cavacos e descargas de
aterramento da máquina.A biqueira de aço protege os dedos do pé do operador
contra a queda de dispositivos e ferramentas.