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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Escola de Engenharia
Faculdade de Arquitetura
Programa de Pós-Graduação em Design
DENISE RIPPEL ARAUJO BARP
DESIGN E MATERIAIS: CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO PROCESSO DE
CORTE DE ÁGATA POR JATO D’ÁGUA EM FORMAS COMPLEXAS
Porto Alegre
2009
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2
DENISE RIPPEL ARAUJO BARP
DESIGN E MATERIAIS: CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO PROCESSO DE
CORTE DE ÁGATA POR JATO D’ÁGUA EM FORMAS COMPLEXAS
Dissertação de Mestrado submetida ao
Programa de Pós-Graduação em
Design - ênfase em Design e
Tecnologia, da Universidade Federal
do Rio Grande do Sul, como requisito à
obtenção do título de Mestre em
Design, modalidade acadêmico.
Orientador: Ney Francisco Ferreira,
Prof. Dr.
Porto Alegre
2009
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3
DENISE RIPPEL ARAUJO BARP
DESIGN E MATERIAIS: CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO PROCESSO DE
CORTE DE ÁGATA POR JATO D’ÁGUA EM FORMAS COMPLEXAS
Dissertação apresentada ao programa de Pós-Graduação em Design, da Escola
de Engenharia e da Faculdade de Arquitetura, da Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, como requisito para obtenção do título de MESTRE EM DESIGN.
_________________________________________
Prof. Dr. Ney Francisco Ferreira - Orientador
Escola de engenharia – PGDESIGN/UFRGS
BANCA EXAMINADORA
_________________________________________
Prof. Dr. Juliano Tonezer da Silva - Membro
Centro Tecnológico de Pedras,Gemas e Jóias – UPF
_________________________________________
Prof. Dr. Wilson Kindlein Junior - Membro
Escola de Engenharia – PGDESIGN/UFRGS
_________________________________________
Prof. Dr. Pedro Luiz Juchem - Membro
Instituto de Geociências – PGDESIGN/UFRGS
Porto Alegre, _____de__________________ de 20____
4
Dedico este trabalho a meus pais, Cleóbis e Haidee,
que sempre me incentivaram em minhas realizações e
em especial por me estimularem a estudar e a
aprender.
E aos amados Fábio e Mariana que me dão força e
apoio em todos os momentos.
5
AGRADECIMENTOS
A realização deste trabalho só foi possível graças à colaboração direta de
muitas pessoas. Manifesto minha gratidão a todas elas e de forma particular:
A meu orientador, Ney Francisco Ferreira, pela orientação à minha
pesquisa, por sua disposição, dedicação, paciência e apoio para que se concretizasse. E
por acreditar em minha capacidade.
A Wilson Kindlein Júnior, por me mostrar a importância da pesquisa, iniciada
na oportunidade de trabalho no LdSM, pelo incentivo para que eu fizesse parte deste
programa de Pós-Graduação, por seu empenho e dedicação como coordenador do
PGDesign e por sua contribuição na etapa de qualificação desta dissertação.
A todos os mestres que ministraram as disciplinas que contribuíram para
formação dos conhecimentos adquiridos durante este curso de pós-graduação, em especial
a Liane Roldo, Régio Pierre da Silva e Fábio Gonçalves Teixeira. A Liane e Régio agradeço
também pela contribuição na etapa de qualificação.
A Pedro Luiz Juchem por sua generosidade em dividir e assim, multiplicar,
seus conhecimentos do mundo da gemologia, por sua contribuição nesta pesquisa, pelas
aulas ministradas ao PGDESIGN e pela oportunidade da viagem de campo.
A Rosito Vendrúsculo, por permitir a pesquisa em sua empresa Belapedra, e
por sua direta contribuição na viabilização dos experimentos práticos.
A Sara Copetti Klohn, por sua importante contribuição nos conteúdos
relacionados às formas gráficas e por sua dedicação e auxílio na estruturação dos
conteúdos de pesquisa bibliográfica.
A Mariana Cidade por sua amizade, por seu importante incentivo, por sua
disposição e auxílio indispensáveis na etapa de registro dos resultados.
A Lauren Duarte e seus sábios conselhos, a Manuela Medeiros por seu
apoio sempre disponível, a Eduardo Bruxel, Fabio Pinto da Silva, Luiz Henrique Cândido,
Álvaro Scur, Okajima Masamitsu, Marlova Sperotto e aos demais amigos e colegas que
dedicaram seu tempo e contribuíram com esta pesquisa. Ao LACER, a Antônio Takimi.
Aos funcionários do PGDesign, especialmente à Eloísa Santana de Almeida
e Américo Jardim Pinto Júnior.
Ao meu marido por ter esta presença que acolhedora, que me fortalece e
ilumina a minha vida. A Mariana por sua companhia que torna nossa vida mais leve e feliz.
As minhas irmãs Ana e Helena pelo amor incondicional e amizade desde
que nascemos. Aos meus pais que são a minha base, meus exemplos de amor e que me
ensinaram a olhar para frente e buscar meus objetivos.
Ao meu sogro Telvino Barp por seu olhar atento, inteligente e dedicado nas
palavras deste presente estudo.
E aos meus familiares, das famílias Araújo, Rippel e Barp pelo amor e
compreensão nas horas de ausências que foram necessárias durante este período de
estudos.
6
RESUMO
No estado do Rio Grande do Sul, estão localizadas importantes regiões de extração
e processamento do material gemológico ágata. No Distrito Mineiro do Salto do
Jacuí encontram-se as maiores jazidas de ágata do Brasil e do Mundo. No município
de Soledade se concentram as principais empresas de beneficiamento e comércio
de materiais gemológicos. Apesar da abundância de material, a maioria dos objetos
produzidos apresenta baixo grau de inovação, os produtos oferecidos no mercado
são muito semelhantes entre si e tem, em comum, a falta de diferencial e de
utilização de processos que envolvam tecnologia. A ágata é geralmente exportada
em estado bruto ou apresentando baixo grau de aproveitamento. O processamento
mais comum, utilizado na maior parte das empresas, é o corte em chapas que
posteriormente são lixadas, polidas e tingidas em diversas cores. Entre as empresas
pesquisadas no presente estudo apenas uma já utiliza processos envolvendo novas
tecnologias. Pode-se afirmar que a pesquisa e estudos que auxiliem em um melhor
aproveitamento do material ágata possam representar novas oportunidades de
produção de objetos e adornos pessoais (jóias) modificando um cenário onde o
design inovador é pouco explorado e apresentado.
A metodologia empregada para a realização deste estudo contemplou etapas
de conhecimento da realidade dos locais de extração, beneficiamento e
comercialização de ágata, avaliação dos processos, ensaio de usinagem
convencional CNC, ensaios de usinagem não convencional por jato d’água CNC e
desenvolvimento de produtos em formas complexas. Foram realizados vinte e quatro
ensaios de usinagem, a análise posterior identifica larguras e espessuras ideais
buscando a otimização da matéria-prima. Desta forma foi possível alcançar o
objetivo principal nesta pesquisa de realizar o corte de ágata com utilização de
tecnologia CNC em peças com formas complexas.
Palavras-chave: Design; Usinagem CNC; Corte por jato d’água CNC; Materiais,
Ágata; Formas Complexas.
7
ABSTRACT
Rio Grande do Sul State, Brazil, has important regions of extraction and processing
of agate. Salto Jacuí Mining District, in the central region of this State, is one of the
largest and more importante agate’s mines region of Brazil and even of the World. In
Soledade town, there are the most important gemstone processing and trade
companies of this State. Despite the abundance of gem materials, most of the
objects produced in the different companies are very similar and have in common
that they seldom are manufactured using new technological processes. Agate is
usually exported as raw material or as cut polished slabs which can be dyed in
various colors. Among several companies studied in this research, only one uses
industrial processes involving new technologies. So, scientifical studies to indicate a
better use of agate produced in Rio Grande do Sul, can provide new opportunities for
the production of objects and personal ornaments (jewelry), modifying the trade
where innovative designs are little explored.
The methodology used in this study had several steps: identification of the
extraction, processing and trade places of agate; evaluation of the industrial benefit
processes used in agate; testing of conventional CNC machining on agate slabs; and
testing on agate slabs of non-conventional computer controled machining by water
jet cutting (WJC), with development of complex forms agate products. Twenty-four
machining tests were carried out, with further analysis identifying ideal widths and
thicknesses to optimize the use of agate raw material. With these tests, it was
possible to achieve the goal of this study, which is to cut agate using water jet
technology, in order to produce agate objects with complex forms.
Keywords: Design; CNC Machining; Water Jet Cutting CNC; Materials; Agate;
Complex forms, Complex shapes.
8
. SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS..................................................................................................10
LISTA DE QUADROS................................................................................................12
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS....................................................................14
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................15
1.1. Problema da pesquisa......................................................................................19
1.2. Delimitação da pesquisa..................................................................................20
1.3. Objetivos da pesquisa......................................................................................20
1.3.1. Objetivo geral..................................................................................................20
1.3.2. Objetivos específicos.....................................................................................20
1.4. Hipótese da pesquisa........................................................................................21
1.5. Justificativa da pesquisa..................................................................................21
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..................................................................................24
2.1. O setor de pedras preciosas............................................................................24
2.1.1. Definições e nomenclaturas.........................................................................24
2.1.2. Indústria de lapidação de pedras preciosas no mundo.............................30
2.1.3. Ocorrências de materiais gemológicos no Brasil.......................................32
2.1.4. Ocorrências de materiais gemológicos no RS............................................34
2.1.4.1.Ágata no RS..................................................................................................35
2.2. A ágata (substância gemológica)....................................................................37
2.2.1. Propriedades físicas......................................................................................41
2.3. Controle numérico computadorizado.............................................................42
2.3.1. Projeto e Fabricação auxiliados por computador – CAD/CAM..................43
2.4. Usinagem convencional CNC..........................................................................44
2.5. Usinagem não convencional por jato d’água.................................................46
2.6. Formas gráficas complexas.............................................................................49
2.7. Design................................................................................................................55
3. MATERIAIS E MÉTODOS.....................................................................................58
3.1. Pesquisa de campo...........................................................................................58
3.2. Processos de usinagem...................................................................................64
3.2.1. Usinagem convencional CNC.......................................................................64
9
3.2.2. Usinagem não convencional por jato d’água com abrasivos....................65
3.3. Caracterização do material abrasivo...............................................................68
3.4. Espessuras das chapas de ágata....................................................................68
3.5. Formas...............................................................................................................69
3.5.1. Formas simples..............................................................................................69
3.5.2. Formas de média complexidade...................................................................70
3.5.3. Formas complexas.........................................................................................71
3.5.4.Desenvolvimento de formas complexas e programação CAM e CNC......75
4. RESULTADOS E ANÁLISES................................................................................77
4.1. Resultado do ensaio de usinagem convencional CNC.................................77
4.2. Ensaios e resultados de usinagem não convencional por jato d’água ......78
5. CONCLUSÕES......................................................................................................88
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................................90
7. Referência bibliográficas.....................................................................................91
8. Anexos..................................................................................................................95
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Sistemas Cristalinos dos Minerais..............................................................28
Figura 2: Escala de Mohs - Dureza dos Minerais......................................................29
Figura 3: Imagem de Gemas Lapidadas....................................................................31
Figura 4: Mapa Gemológico Brasileiro.......................................................................33
Figura 5: Mapa Gemológico da Região Sul do Brasil.................................................34
Figura 6: Mina de extração de ágata, município do Salto do Jacuí............................36
Figura 7: Geodo de ágata cortado..............................................................................36
Figura 8: Geodos de ágata.........................................................................................37
Figura 9: Chapa de quartzo (ágata e macrocristais)..................................................38
Figura 10: Fotomicrografia de seções de geodos vistas ao microscópio ..................39
petrográfico
Figura 11: Chapas de ágatas tratadas por tingimento...............................................40
Figura 12: Chapa de ágata (tratada termicamente para realçar a cor)......................41
Figura 13: Inter-relações de formas...........................................................................51
Figura 14: Diferentes formas ordenadas de dispor círculos.......................................52
Figura 15: Imagem de Equipamento para corte de geodos de ágata em chapas.....59
Figura 16: Imagem de equipamentos para lixar e polir chapas de ágata,..................60
setor de acabamento.
Figura 17: Imagem do setor de polimento e acabamento de ágata...........................60
Figura 18: Imagem de objetos produzidos com utilização de chapas........................61
de ágata SENAI – RS
Figura 19: Imagem de outros objetos produzidos com utilização de chapas ............61
de ágata- SENAI-RS
Figura 20. Chapas tingidas – etapa de secagem.......................................................62
Figura 21. Em A) equipamento para corte de chapa de ágata, em B) operador
controlando o processo por computador..................................................................63
Figura 22: Equipamento para usinagem convencional CNC – Model Master...........65
Figura 23: Equipamento para usinagem por jato d’água CNC – Jetstream...............66
Figura 24: Componentes do equipamento de corte por jato d’água..........................66
Figura 25: Imagens do equipamento Jetstream. Em (A) pode ser visualizado o .....67
compartimento de material abrasivo, em (B) vista aproximada do equipamento,
11
na parte de saída da do jato d’água.
Figura 26: Vista aproximada do equipamento em operação de corte........................67
Figura 27: Forma 01: simples retangular com linhas com larguras diversas.............70
Figura 28: Formas de complexidade média. A união de formas................................70
sobrepostas vazadas. Em (A) formas ovais, em (B) formas de círculos,
em (C) formas de gotas e em (D) formas de losangos
Figura 29: Em (A) forma da natureza (a ponta do rabo do camaleão), ....................71
em (B) a proporção expressa no retângulo áureo sobreposta a forma encontrada na
natureza e em (C) a curva de Fibonacci inscrita dentro do triângulo áureo
Figura 30: Forma complexa composta por círculos agrupados,................................72
disposição iniciada.Utilizando a espiral logarítmica ou curva de Fibonacci como
ponto de partida.
Figura 31: Forma 06, em (A) forma complexa com extremos arredondados,............73
composta por repetição de formas circulares, variando larguras de linhas, também
cheios e vazados, e (B) estruturação da forma composta por círculos de raios
diferentes. Unidade de medida milímetros.
Figura 32: Forma 07, em (A) forma complexa com extremos pontiagudos,..............73
composta por repetição de formas triangulares, variando larguras de linhas e formas
cheias e vazadas. e (B) estruturação da forma composta por triângulos de diferentes
ângulos em seus extremos. Unidade de medida milímetros.
Figura 33: Forma 08: complexa com extremos arredondados, ................................74
composta por repetição de formas circulares vazadas, variando os tamanhos dos
raios. Unidade de medida milímetros.
Figura 34: Forma complexas sobrepostas.................................................................75
Figura 35:Forma 09: complexa com extremos pontiagudos, ....................................75
composta por repetição de formas triangulares, variando os ângulos das pontas
dos triângulos. Unidade de medida milímetros.
Figura 36: Imagem da programação em programa Bob-CAD....................................76
Figura 37. Ensaio de usinagem convencional, ..........................................................77
trajetória do desbaste (pontilhado). Chapa de ágata de espessura 3,0 mm
Figura 38: Forma 01: simples linear, ensaio com chapa de espessura 5,0 mm........80
Figura 39: Forma 01: simples linear, ensaio com chapa de espessura 4,5mm.........81
Figura 40:Forma 01: simples linear, ensaio com chapa de espessura 3,5 mm.........81
Figura 41.Forma 01:simples linear, ensaio com chapa de espessura 2,5 mm.........82
12
Figura 42.Formas de complexidade média, composta por duas formas...................82
Em (A), forma 02, em (B) forma 03, em (C) forma 04 e em (D) forma 05
Espessura de chapa 5,0 mm.
Figura 43: Forma 08: complexa composta por círculos vazados...............................83
Ensaios com diferentes espessuras, em (A) 4,0 mm, em (B) 4,5, em (C) 3,5mm e em
(D) 2,5 mm. Em (E) peça com régua indicando tamanho.
Figura 44: Forma 09: complexa composta por triângulos vazados. ..........................84
Em (A) ensaio com espessura de 4,0 mm, em (B) espessura de 3,5, em (C)
espessura de 2,5mm. Em (D) peça com régua indicando tamanho.
Figura 45: Forma 06: complexa composta por círculos cheios e vazados, ...............85
com larguras de linha variadas. Em espessuras de chapa variadas, em (A) 5,0 mm,
em (B) 4,5mm, em (C) 3,5 e em (D) 2,5mm. Em (D) peça com régua indicando o
tamanho.
Figura 46: Peças sobrepostas, ensaios 16, 17, 18 e 19. Na ampliação,...................86
rachadura apresentada no ensaio de número 19, com chapa de espessura 2,5 mm.
Figura 47: Forma 07: complexa composta por triângulos cheios e vazados.............87
com larguras de linha variadas. Em espessuras de chapa variadas, em (A) 5,0 mm,
em (B) 4,5mm, em (C) 3,5 e em (D) 2,5mm. Em (E) peça com régua indicando o
tamanho.
13
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Propriedades físicas da ágata...............................................................42
Quadro 2: Ensaios de Usinagem não convencional por jato d’água......................79
14
SIGLAS E ABREVIATURAS
ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas
APL - Arranjo Produtivo Local
AWJC – Abrasive Water Jet Cutting (Corte por jato d’água com abrasivos)
CAD - Computer Aided Design (Projeto auxiliado por computador)
CAM - Computer Aided Manufacturing (Manufatura auxiliada por computador)
CNC - Controle Numérico Computadorizado
GPFAI - Grupo de Projeto, Fabricação e Automação Industrial
IBGM - Instituto Brasileiro de Gemas e Metais Preciosos
MDIC - Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior
RS - Rio Grande do Sul
RGD – Rede Gaúcha de Design
SEBRAE - Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial
SPL - Sistema Produtivo Local
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul
WJC – Water Jet Cutting (Corte por jato d’água)
15
1. INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, a procura por tecnologias que possam auxiliar
o processo produtivo industrial se tornou importante ferramenta para manter
empresas competitivas e atuantes frente a seus concorrentes, em um mercado
aberto e integrado. Pesquisadores e empresas de diversas áreas estudam e buscam
novas formas de processar os materiais com aumento de produtividade e, se
possível, minimizando esforços humanos em tarefas que possam ser auxiliadas por
maquinários eficientes.
Entre as tecnologias associadas à produção industrial, podem ser
citadas a automação dos processos via controle numérico computadorizado (CNC -
Computer Numerical Control), a utilização de tecnologias de manufatura auxiliada
por computador (CAM - Computer Aided Manufacturing); e projeto auxiliado por
computador (CAD - Computer Aided Design ), esta última aplicada principalmente
em estágios anteriores à produção, como por exemplo, os estágios de
desenvolvimento virtual de projetos e simulação de atuação de maquinários e
processos.
As formas de processar as diversas matérias-primas foram sendo
refinadas com o passar dos anos e séculos. Entre os materiais que geraram desejo
e fascínio nos seres humanos estão os metais e as pedras preciosas.
A prática das artes mineralógicas, de talhar minerais e rochas e do
beneficiamento de gemas, vem proporcionando a geração de negócios,
trabalhoerendadesdeosprimórdiosdacivilização.Ohomemaolongodos
séculos deu forma aos materiais encontrados na natureza, confeccionou
suas ferramentas, armas e utensílios e melhorou continuamente sua
qualidadedevida(Ferrolietal,2002;apudCosta,2007)
No contexto vivido neste segundo milênio, muitas são as
possibilidades de processos, que trazem melhores condições e maior eficiência na
16
execução de tarefas (que eram artesanais) e produção de bens de consumo de
forma mecanizada. Porém a base da criação, mesmo com todas as mudanças que a
humanidade passou, segue dependendo do pensar humano. A atração pela arte, o
desejo de expressar-se e o costume de adornar-se, constituem elos com nossos
antepassados. Segundo Gola (2008, p.07),
o homem, desde o início de sua existência, produz elementos artísticos
associados a ornamentos – as jóias‐ , revelando assim sua criatividade ,
representando os símbolos de cada época e colocando em destaque a
dimensãoestéticadomundomaterial,oumesmo,dasformasnaturais.
A arte criativa, hoje em dia, pode ter novas perspectivas de
produção, como sua aplicação em objetos para a produção em série. Os
profissionais que atuam nesta área são os designers, ou desenhistas industriais.
Estes podem representar suas idéias e projetos de forma artesanal, com lápis,
lapiseiras, réguas, mas muitos também se utilizam de outros recursos que podem
refinar esta representação e encaminhar ao processo produtivo com maior
facilidade.
Benefícios na área do design abrangem as novas possibilidades
disponibilizadas pelos softwares de desenho vetorial; como o Corel Draw
R
, de
representação 2d, e o Rhinoceros
R
, de representação 3d. Estes softwares auxiliam
tanto na visualização virtual de um produto como na transmissão das informações e
dados, com precisão, aos comandos computadorizados de produção.
Com processos produtivos associados a tecnologias, as
possibilidades de criar formas mais elaboradas e complexas permitem a obtenção de
um produto final com dimensões cada vez mais fiéis ao projeto.
Nos processos de corte de gemas, como a ágata, os processos
mecânicos mais antigos com discos cortantes apresentavam muitas restrições de
corte em formatos complexos e peças com detalhes vazados. Apresentavam
17
também muitas falhas dimensionais. A diminuição das falhas associadas à precisão
dimensional das gemas lapidadas é necessária e imprescindível, principalmente
quando estas constituem parte de produtos e devem ser encaixadas com exatidão.
Nestes casos, poucos milímetros são críticos para peças produzidas em série, em
processos como, por exemplo, a fundição por cera perdida, muito utilizada na
produção joalheira.
As novas ferramentas de trabalho dos designers (softwares
específicos) e as novas possibilidades de processos produtivos associados à
criatividade humana abrem novos horizontes para estes profissionais, utilizando o
design e a tecnologia como forma de inovação.
A contribuição de estudos que envolvam novas tecnologias de
beneficiamento, como a usinagem por jato d’água CNC, pode representar ganhos
em produtividade, precisão, elevando o valor agregado do produto. Novas
possibilidades de produzir ágata em formas complexas (utilizando formas
agrupadas, repetidas, espelhadas, reduzidas, ampliadas), através da utilização de
tecnologias de usinagem CNC, são fatores que aumentam as possibilidades de
desenvolvimento do produto jóia, utilizando o design como fator diferenciador. Neste
sentido, o presente estudo visa fortalecer no Brasil o beneficiamento inovativo da
gema ágata em peças com formas complexas, através de tecnologia CNC utilizando
a usinagem não convencional por jato d’água com abrasivos como processo de
corte.
No parque industrial brasileiro a usinagem realizada através de
comando computadorizado é largamente utilizada na indústria metalúrgica e também
para materiais como madeira e polímeros.
18
No Rio Grande do Sul estão concentradas as maiores jazidas
1
de
ágata e ametista, o que faz do estado o maior produtor e exportador destes minerais
(Brum et al., 1994).
Este estado brasileiro é um importante produtor de ágata dentre os
produtores mundiais. Representa grande importância do ponto de vista da
ocorrência de minerais, com grande jazidas de ágata e ametista, e, apesar de toda
riqueza mineral, o beneficiamento destinado às gemas e materiais gemológicos
produzidos, em sua maior parte, é pouco elaborado. O parque industrial, de uma
forma geral, apresenta limitações do ponto de vista tecnológico e produtivo.
Segundo Costa (2007), as empresas de beneficiamento de pedras preciosas no Vale
do Taquari, RS, em questões específicas dos processos produtivos, apresentam
característica predominantemente manual e pequena automação.
Esta condição restringe importantes etapas do design, como por
exemplo, a etapa de desenvolvimento, quando limitações de processo, podem
representar limitações formais que tolhem, em parte, a liberdade criativa do
designer.
Devido ao inexpressivo acesso às tecnologias de beneficiamento, a
ágata gaúcha tem sua comercialização, em sua maior parte, em estado bruto ou em
produtos pouco inovadores.
O setor carece de uma mudança de base tecnológica, que o torne
apto a produzir toda a linha de manufaturados de ágata colocados no mercado
mundial, com a competitividade e qualidade equivalentes às dos países que ele
abastece de matéria-prima (Brum et al.1998).
__________________________________________________________________________________
1
Jazidadegemas:umaconcentraçãodegemas,suficientementeextensaparamereceruma
exploraçãosistemática.(Schumann,2006)
19
Os principais beneficiamentos dados à ágata são o corte em chapas
de espessura em torno de 3 milímetros, lixamento, polimento e o tingimento destas
chapas em cores variadas. Os produtos oferecidos apresentam baixa complexidade
e inovação e, por este motivo, têm pequeno valor agregado. Quando há corte em
formas específicas, percebe-se que as estas são limitadas pelas possibilidades
processuais disponíveis, através do processo artesanal. O processo artesanal de
produção gera diversas falhas relacionadas à forma e à precisão nas medidas.
Na contramão desta corrente, algumas poucas empresas têm
investido em tecnologias de corte de gemas, inovando na forma de beneficiamento
com processos como, por exemplo, usinagem não convencional por jato d’água,
representando uma direção de maior valorização do material gemológico ágata do
Rio Grande do Sul.
1.1. Problema da pesquisa
São duas as principais questões desta pesquisa:
1
o
) Como o beneficiamento de ágata pode ser realizado através do uso de recursos
CNC?
2
o
) Quais são os materiais, ferramentas e processos adequados para realizar o corte
deste material visando atender demandas de produtividade e precisão em peças
com formas complexas?
20
1.2. Delimitação da pesquisa
Neste trabalho serão analisados os processos produtivos de
beneficiamento da pedra preciosa ágata, em empresas do RS, e serão realizados
experimentos em laboratório visando à investigação científica do processo de corte
de ágata utilizando jato d’água com abrasivos por comando CNC.
1.3. Objetivos da pesquisa
1.3.1. Objetivo Geral
Estudar como realizar o corte de Ágata, utilizando de jato de água
com abrasivos através do uso de comando numérico computadorizado, de modo que
possa atender às demandas de mercado, por tecnologia, produtividade e precisão
em peças com formas complexas.
1.3.2. Objetivos Específicos
• Desenvolver a fundamentação teórica pertinente ao esclarecimento do objeto
da pesquisa – o processo de corte do material ágata.
21
• Investigar os processos de beneficiamento já utilizados nos pólos de extração
do Estado do Rio Grande do Sul.
• Verificar o comportamento de ferramentas de corte em experimentos em
laboratório e identificar os materiais mais adequados ao corte da ágata.
• Desenvolver os parâmetros de largura de linha e espessura de chapas que
permitam o corte de forma satisfatória (entende-se por corte de forma
satisfatória quando o processo não acarreta quebra e nem rachaduras no
material, quando este, encontra-se em medidas mínimas, evitando o
desperdício de matéria-prima).
• Usinar formas complexas em ágata.
1.4. Hipótese da pesquisa
A produção de ágata pelo processo de usinagem por jato d’água
com abrasivos, através do uso de comando computadorizado CNC, pode
representar um incremento em produtividade e qualidade. E poderá também
representar um aumento significativo em possibilidade de formas de peças que
podem ser produzidas, ampliando possibilidades para designers desenvolverem
formatos complexos para aplicação em joalheria e, em conseqüência, ampliando
possibilidades para desenvolvimento de outros produtos utilizando este material.
1.5. Justificativa da pesquisa
Esta pesquisa se insere num contexto de transformação nos
processos de produção devido à maior competitividade gerada pelo acesso à
22
tecnologias que aumentam a produção e a precisão do produto final e também
possibilitam inovações nas formas.
Os consumidores, atualmente, estão mais exigentes e desejam mais
opções de escolha na forma, tamanho, precisão, praticidade e preço. Portanto, a
indústria necessita ser ágil e rápida no desenvolvimento do design da jóia e na
obtenção das gemas que a compõem e também nos processos de fabricação. O
problema que surge para a concretização desses objetivos é de que a maior parte
das indústrias de beneficiamento no RS não demonstra este foco, não dispõe de
tempo, e nem principalmente, de capital financeiro para o investimento em pesquisa
e desenvolvimento de tecnologias para implementação de novos processos de
beneficiamento do material gemológico disponível. Por estas razões, o setor
demonstra carência de desenvolvimento científico e tecnológico.
O beneficiamento da matéria-prima exportada em bruto, geralmente,
é feito em outros países, como Índia, Itália e Alemanha (Schumann, 2006).
O beneficiamento de gemas gaúchas, segundo Costa (2007),
representa uma lacuna a ser trabalhada para proporcionar o aprimoramento
necessário às empresas do ramo no competitivo mercado mundial. O valor agregado
pelo beneficiamento dessas matérias-primas oscila entre 50 e 100 vezes o seu valor
em Bruto (Barbosa e Grumendi, 1995). Verifica-se, portanto, que sua exportação em
bruto, significa exportação de divisas de baixo valor. Deve-se ponderar, porém, que
economicamente o valor da matéria-prima em estágio avançado de beneficiamento
pode atingir o dobro de seu preço, se o produto final apresentar a qualidade e a
precisão desejada pelo mercado. Para tanto, é importante que sejam feitos estudos
e investimentos para que o setor possa acompanhar os avanços tecnológicos dos
demais países produtores.
23
Os recursos minerais têm como uma de suas características, a não
renovabilidade física, sendo a sua exaustão, um condicionante vital para as
empresas ligadas ao setor de mineração. (Vale, 2000). Assim, os recursos devem
ser utilizados visando maior valoração das riquezas naturais e geração de renda
para a sociedade local. A exportação de ágata em estágio mais avançado de
beneficiamento poderá representar mais recursos para a economia do país como um
todo, e estes recursos poderão favorecer outros setores da economia. A contribuição
de estudos que visem melhorias nos processos envolvendo novas tecnologias como
a usinagem, poderá representar ganhos em produtividade, precisão, e representar
um papel sócio-econômico importante nas regiões beneficiadoras e de comércio,
elevando o valor agregado do produto e gerando emprego, renda e divisas para o
Rio Grande do Sul e para o país.
O estudo também tem importância para o profissional de Design,
pelo desenvolvimento da pesquisa aplicada na área de gemas, jóias e acessórios,
que poderá produzir algo novo e com eficácia produtiva através de processos de
fabricação inovadores.
24
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo são abordados assuntos inerentes ao
desenvolvimento da presente pesquisa, entre estes: o setor de pedras preciosas, a
ágata, processos de usinagem, formas gráficas complexas e design.
2.1. O Setor de pedras preciosas
2.1.1. Definições e nomenclaturas
Inicialmente necessita-se esclarecer as definições e diferenças entre
as nomenclaturas que foram utilizadas. Segundo (IBGM, 2005):
• Mineralogia – Ramo da Geologia que estuda os minerais.
• Mineral – Substância sólida natural, homogênea, inorgânica, de
composição química definida e com estrutura cristalina.
• Rocha – Associação natural de minerais, geralmente dois ou mais, em
proporções definidas, que ocorre em uma extensão considerável.
• Materiais Ornamentais - minerais ou rochas naturais que são utilizados
principalmente para coleções, esculturas, decorações de interiores e
como acabamento arquitetônico.
25
Segundo IBGM, (2005, p.10),
os materiais gemológicos naturais são aqueles inteiramente
formados pela natureza, sem interferência do homem. São de origem
inorgânica: os minerais e as rochas; e orgânica: os de origem animal
ou vegetal.
Quando substâncias naturais orgânicas e inorgânicas, por suas
características intrínsecas (cor, brilho, raridade, dureza e outros), são
utilizadas principalmente como adorno pessoal, estas são
denominadas gemas naturais.
Entre os termos que geralmente suscitam dúvidas, estão pedra
preciosa, e semipreciosa, suas definições e diferenças; antigamente as pedras
preciosas “clássicas” eram: diamante, esmeralda, rubi e safira, e as demais pedras,
de menor dureza, eram classificadas como “semipreciosas”. Na busca por este
entendimento seguem algumas definições. Segundo Schumann (2006, p. 10) em
seu capítulo terminologia, iniciando pela definição de pedra:
“popularmente, pedra é o nome coletivo para todos os constituintes
sólidos da crosta da Terra. Para o joalheiro uma pedra é uma gema,
para o arquiteto, o material usado para a construção de ruas e casas.
Na ciência da Terra, Geologia, não se fala em pedras, mas em
rochas ornamentais.”
O autor ainda cita que, o termo mais utilizado para substâncias
gemológicas utilizadas em joias é gema;
“Todas as pedras, preciosas e semipreciosas, possuem algo
especial, algo bonito em torno delas. A designação “semipreciosas” é
utilizada no comércio, mas não é uma expressão correta porque
muitas pedras chamadas semi-preciosas são mais valiosas que as
“preciosas”. O termo melhor para todas é gemas. Gemas é o nome
coletivo para todas as pedras utilizadas como ornamento, não há
uma linha divisória real entre as pedras mais ou menos valiosas é,
portanto, um sinônimo para pedras preciosas e semipreciosas.“
No passado, somente poucas pedras eram classificadas como
gemas, mas hoje há muitas; e novas gemas estão sendo descobertas. As pedras
mais duras, como por exemplo: diamante, coríndon e topázio, são próprias para
26
joalheria, enquanto as pedras mais moles, como gipso e calcita, por exemplo, são
freqüentemente procuradas por colecionadores.
A moda, através dos tempos, impulsionou a valorização de algumas
gemas que apresentaram cores com maior demanda, acompanhando períodos
estéticos distintos; segundo Hall (1997, p.06),
"Existem mais de três mil minerais diferentes, mas apenas cinqüenta
são utilizados comumente como pedras preciosas. Outros são
lapidados para colecionadores de minerais incomuns, mas mostram-
se muitas vezes inadequados ao uso por serem muito macios e
riscarem facilmente. De fato, o número de minerais considerados
como gemas altera-se constantemente, à medida que novas fontes e
variedades são encontradas e a moda passa".
Dentre os minerais, as pedras preciosas ou gemas, se distinguem
pela beleza, raridade e durabilidade. Para Hall (1997), uma pedra preciosa “deve
possuir um “talhe” que revele suas melhores qualidades, deve ser durável - o
suficiente para sobreviver ao uso ou manuseio constante, sem ficar riscada ou
danificada. Finalmente, deve ser rara, pois é sua raridade que lhe confere um valor
de mercado mais alto.”
Complementando a definição do termo gema, Hall (1997, p. 10)
afirma que “as gemas são geralmente minerais que foram, ou podem ser,
trabalhados para uso em adornos pessoais (...) a maioria é composta por materiais
inorgânicos naturais com uma composição química fixa e estrutura interna regular.
Algumas gemas como o âmbar e a pérola, são provenientes de animais e plantas e
são conhecidas como orgânicas.”
As gemas naturais podem ser trabalhadas, cortadas, lapidadas,
polidas mantendo esta denominação; mas gemas que são coloridas, ou, tem a sua
cor modificada por tratamento químico ou físico químico, devem ser classificadas
como “tratadas”. Por exemplo, uma ágata tingida é uma gema cuja cor foi alterada
por tratamento químico, é denominada, portanto, gema tratada. Dentre os tipos de
27
tratamento de cor estão também revestimento, difusão, tingimento, realçar tom com
utilização de óleo ou utilização de resinas coloridas, preenchimento de cavidades
com vidro e irradiação por laser.
No que diz respeito à estrutura cristalina, Hall (1997) afirma que
“... a maioria das gemas minerais possui estrutura cristalina, com
seus átomos organizados em padrões simétricos e regulares. Os
minerais podem consistir em um único cristal ou em diversos em um
grupo. Os minerais policristalinos são compostos de diversos cristais,
normalmente pequenos; nos minerais criptocristalinos, os cristais são
muito pequenos para serem vistos sem o auxílio de um microscópio.
Os minerais são compostos de diversas superfícies planas,
chamadas de faces; a orientação destas faces define a forma geral,
conhecida como “hábito”. Alguns possuem um único hábito
característico, tais como piramidal e ortorrômbico; outros podem ter
numerosos hábitos. Um pedaço de mineral cristalino sem hábito
definido é chamado de compacto”. Hall (1997, p.18).
Um cristal é um corpo uniforme com um retículo geométrico. As
estruturas variadas dos retículos são as causas das propriedades físicas variadas
dos cristais e, portanto, também dos minerais e gemas. (Schumann, 2006)
Segundo suas formas cristalinas e simetrias, os cristais são
classificados em sete sistemas diferentes. São eles sistema cúbico (isométrico),
tetragonal, hexagonal/trigonal, ortorrômbico, monoclínico e triclínico. Cada sistema
apresenta semelhanças e variações relacionadas aos eixos cristalográficos; sendo o
comprimento e o ângulo formado entre os eixos, as variantes consideradas para esta
classificação. Os sistemas podem ser melhor entendidos na figura 01:
28
Figura 1: Sistemas Cristalinos dos Minerais - Os sistemas podem ser classificados segundo a forma
como seus eixos cristalográficos se apresentam, sendo o comprimento e o ângulo formado entre os
eixos, as variantes para esta classificação.
Modificado de Schumann (2006)
Entre as propriedades físicas das gemas, sua dureza, densidade
relativa, seu peso específico e a forma como se quebram ou ”clivam” dependem das
ligações químicas e da estrutura atômica. A dureza e a tendência à quebra são
propriedades importantes quando estuda-se o corte de uma gema.
29
A dureza dos minerais pode ser medida pela forma através da qual
resiste ao risco. A dureza ao risco pode ser testada e classificada utilizando uma
escala de dureza chamada de escala de Mohs. Criada, em 1812, pelo mineralogista
alemão Friedrich Mohs, fornece a cada mineral um valor de um a dez. Colocando-os
em ordem segundo a “riscabilidade”, cada mineral irá riscar aqueles abaixo de si na
escala e não por aqueles que estão acima. Não há relação matemática entre os
graus atribuídos aos minerais. A figura (2) apresenta amostra de minerais segundo a
referida escala:
Figura 2: Escala de dureza dos minerais segundo Mohs. Classifica a capacidade de um mineral riscar
outro relacionando com a dureza do mineral. Onde o diamante, número 10 na escala, é capaz de
riscar todos os minerais abaixo dele e não é suscetível ao risco por nenhum deles; e o talco, mineral
que apresenta a menor dureza na referida escala, é ser suscetível ao risco por todos os minerais
acima e não apresenta dureza capaz de riscar os demais.
Modificado de Hall (1997)
As gemas podem se quebrar de duas formas: elas se clivam ou se
fraturam. A forma pela qual se quebrarão depende da estrutura atômica interna da
gema. As gemas que se clivam tendem a quebrar ao longo de planos de ligações
atômicas fracas (planos de clivagem). Estes planos normalmente são paralelos,
perpendiculares ou diagonais às faces do cristal (uma vez que tanto os planos
quanto as faces estão diretamente relacionados à estrutura atômica da gema).
30
A fragmentação de um mineral, com um golpe, produzindo
superfícies irregulares, é denominada fratura. Ocorre em minerais que não possuem
tendência de quebra em planos preferenciais, onde não há clivagem.
Outras propriedades, como as propriedades óticas, não foram
aprofundadas por não representarem relevância direta para este estudo.
2.1.2. Indústria de lapidação de pedras preciosas no Brasil e no mundo
O homem começou a beneficiar as gemas utilizando o processo de
polimento. Segundo Schumann, (2006, p.54),
“as origens da lapidação das gemas podem ser encontradas na Índia. Até
por volta de 1400, apenas as faces naturais do cristal ou os planos de
clivagem das pedras transparentes eram polidas a fim de aumentar seu
brilho e ressaltar sua transparência. As gemas opacas (especialmente a
ágata) já tinham sido polidas anteriormente com areia dura em forma de
domo(cabochão)ouplana.”
A lapidação através do polimento em forma de chapas planas e
cabochões (formas convexas) é mais apropriada para ágatas e gemas opacas, são
chamadas de lapidações lisas e são consideradas as lapidações mais simples,
comparando com as lapidações facetadas. A lapidação em facetas, com numerosas
e pequenas superfícies lisas, é quase que exclusivamente, utilizada em gemas
transparentes (fig. 3).
31
Figura 3: Gemas lapidadas, onde A) lapidação facetada, B) lapidação lisa tipo cabochão
A B
Segundo Schumann (p.54), “o ponto culminante no trabalho das
pedras é a lapidação em facetas. Há registros de um diamante facetado em Veneza
já no século IX, embora segundo outras opiniões, a lapidação em facetas só tenha
aparecido no século XV.”
O autor cita ainda que, no princípio dos tempos modernos, Amsterdã
e Antuérpia se convertem em centros de lapidação do diamante, enquanto Idar-
Oberstein, desde o século XVI, é o centro de lapidação da ágata e gemas coloridas.
Atualmente diversos centros de lapidação estão se desenvolvendo no mundo todo.
A fim de encorajar estes centros, muitos países proibiram a exportação de material
gemológico em estado bruto, medida pode benéfica também se aplicada no Brasil.
Atualmente os principais pólos de lapidação no Brasil, estão em
Minas Gerais, Rio de Janeiro, São Paulo e Rio Grande do Sul. Empresas destes
pólos são capazes de lapidar gemas de média e boa qualidade, mas trabalham com
baixa escala de produção e, normalmente, não possuem preços competitivos (Costa,
2007, p.29).
32
2.1.3. Ocorrências de materiais gemológicos no Brasil
O Brasil é conhecido por abrigar uma das maiores Províncias
Gemológicas do planeta, que se destaca pela qualidade, variedade e dimensão dos
minerais gemológicos produzidos e também pela extensão territorial das áreas de
ocorrência, pois quase todos os estados produzem algum tipo de gema (Svisero e
Franco, 1991). É um importante produtor mundial de pedras de cor e diamantes. O
mapa gemológico do Brasil (fig.4) mostra a localização geográfica dos principais
depósitos de materiais de interesse gemológico no país.
33
Figura 4: Mapa Gemológico Brasileiro, indicando as principais áreas de ocorrências de materiais de
interesse gemológico
Modificado de IBGM (2005)
34
2.1.4 Ocorrências de materiais gemológicos no RS
No Rio Grande do Sul estão concentradas importantes depósitos de
geodos preenchidos por ágata e ametista. O volume e a qualidade do material
produzido, fazem deste estado um dos maiores fornecedores destas gemas para os
mercados internacionais (Juchem et al., 2009).
O Mapa (fig.5) mostra a localização geográfica dos principais
depósitos de materiais de interesse gemológicos, nos estados do Paraná, Santa
Catarina e Rio Grande do Sul, indicando ainda o contexto geológico das ocorrências.
Figura 5: Mapa Gemológico da Região Sul do Brasil indicando localização geográfica de materiais
gemológicos bem como seu contexto geológico.
Modificado de Juchem et al., (2009)
35
2.1.5. Ágata no RS
A ágata é bastante abundante no Brasil e países vizinhos. A Bacia
do Paraná, considerada o maior derrame de lavas vulcânicas do mundo, estende-se
pelo Brasil, Argentina, Uruguai e Paraguai. Sendo que a maior parte dos referidos
derrames está localizada em território Brasileiro.
O Brasil é o maior produtor mundial da gema ágata, são conhecidas
ocorrências em Roraima, Bahia, Ceará, Espírito Santo, Minas Gerais, Paraíba, São
Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul.
Segundo Juchem e Brum (1998), a ágata é um material de
ocorrência comum no Rio Grande do Sul, sendo registrada sua presença em
praticamente todos os depósitos de geodos conhecidos. Neste estado, a ágata
ocorre preenchendo cavidades em rochas vulcânicas da Formação da Serra Geral.
O Distrito mineiro de Salto do Jacuí é o maior produtor mundial de
ágata, com cerca de duzentas frentes de lavra abertas e está localizado na região
central do Estado do Rio Grande do Sul. Neste município, nas margens do Rio Jacuí
e Ivaí, a principal produção é da denominada “ágata Umbu”, de cor acinzentada e
com bandeamento fraco ou imperceptível, muito utilizada para tingimento.
A extração da ágata se dá através da retirada de geodos que
ocorrem em cavidades nas rochas vulcânicas basálticas já muito alteradas. A figura
6 retrata os orifícios de entrada onde os garimpeiros realizam a verificação da
ocorrência de geodos, são corredores chamados de “galerias”. Os tratores fazem o
trabalho de transportar e retirar os geodos, cascalho e outros rejeitos que se
acumulam durante o processo de abertura das galerias.
36
Figura 6: Mina de extração de ágata, apresentando orifícios de entrada para verificação de
ocorrências (galerias). Localizada no Município Salto do Jacuí
Galerias
Fotografia de Pedro Juchem
Quando a cavidade formada nas rochas vulcânicas, apresenta parte
de seu interior total ou parcialmente preenchido, é denominada geodo. O geodo
pode apresentar ainda água em seu interior. (Lamachia, 2007) (fig. 7).
Figura 7: Geodo de ágata
Fotografia de Pedro Juchem
37
Os geodos ocorrem em formas arredondadas e ovóides e com
dimensões médias entre 20 e 50 cm de diâmetro (fig. 8), embora não seja incomum
a ocorrência de geodos maiores (Juchem e Brum, 2009).
Figura 8: Geodos de ágata extraídos da mina retratada na figura 6.
Fotografia de Pedro Juchem
Grande parte da produção no RS é de geodos em estado bruto e de
chapas, geralmente exportados para países como Japão, Alemanha, Estados
Unidos, França, Itália e China. (Lamachia, 2006).
2.2. A ágata (substância gemológica)
A substância gemológica quartzo, de composição química SiO
2
,
apresenta variedades macrocristalinas, como por exemplo, cristal de rocha,
ametista, citrino e outras; e variedades micro a criptocristalinas, formadas por cristais
38
muito pequenos, só visíveis ao microscópio petrográfico ou eletrônico; entre estas
variedades estão a calcedônia, a ágata, o ônix, cornalina, jaspe entre outros (IBGM,
2005). Em uma chapa de quartzo podemos encontrar diferentes variedades do
material em suas estruturas micro a macrocristalinas (fig.9).
Figura 9: Chapa de quartzo (cortada de um geodo) onde podem ser observadas regiões de ágata
(parte maciça bandada) e de cristal macrocristalino (parte do centro, próximo ao orifício da chapa)
Segundo Schumann (2006), sob o nome calcedônia, engloba-se o
grupo inteiro do quartzo microcristalino: ágata, dendrita, calcedônia verdadeira (que
não apresenta bandas), crisoprásio, heliotrópio, madeira silicificada, jaspe, cornalina,
ônix, sardo. Visando analisar a sequência de preenchimento de um geodo podem
ser analisadas fotomicrografias vistas em microscópio petrográfico (fig. 10)
39
Figura 10 - Fotomicrografias de seções de geodos vistas ao microscópio petrográfico (LP), mostrando
a sequência de preenchimento de minerais da parte mais externa (base das fotos) em direção ao
centro (topo das fotos). À esquerda, geodo com camada de quartzo microcristalino sem bandamento
macroscópico evidente. Ao microscópio observa-se que esta camada é constituída de quartzo fino
(FQ) e calcedônia (CH) misturados, ou em sequências não muito bem marcadas, apresentando
contatos mal definidos com os macrocristais de quartzo (Q). À direita, geodo com camada de quartzo
microcristalino com bandas evidentes em amostra de mão. Ao microscópio observa-se uma
alternância de camadas bem definidas de calcedônia (CH) e quartzo fino (FQ) e contatos nítidos com
os cristais de quartzo (Q). Aumento 50 X. A distância da base ao topo das fotos é de
aproximadamente 5 mm.
Modificado de Juchem (1999)
A ágata se caracteriza por apresentar estrutura bandada, com
camadas de cor, espessura e porosidade diferentes. (IBGM, 2005, p.148). Segundo
Hall (1997), a ágata ocorre em massas nodulares em rochas como as lavas
40
vulcânicas. Quando cortadas em chapas, elas podem revelar uma diversidades de
cores e padrões e uma disposição em faixas que distinguem a ágata de outros tipos
de calcedônia. Os tratamentos de cor são comuns para ágata devida a sua
porosidade, freqüentemente, tingida de várias cores, principalmente com corantes
metálicos, para colorações como o verde utiliza-se sais de cromo, vermelho
utilizando óxido de ferro, azul utilizando ferro cianeto de potássio e sulfato de ferro;
também preto cujo corante é o carbono utilizando açúcar e ácido sulfúrico (fig 11).
A
B
C
D
C
Figura 11 – Chapas de ágata tratadas por tingimento.
Em (A) azul (8 x 3,5 cm), em (B) rosa (9 x 5 cm) e em (C) (6,5 x 6 cm) e (D) preto (13 x 4 cm).
As chapas de ágata podem ter sua cor realçada também por
tratamentos térmicos, o aquecimento pode intensificar a cor sem a inclusão de
corantes (fig. 12).
41
Figura 12: Chapa de ágata (tratada termicamente para realçar a cor) (17cm X 8,1 cm)
Brum (1998)
2.2.1 Propriedades físicas
Para um melhor entendimento e simplificação, as propriedades
físicas da ágata do Rio Grande do Sul, são apresentadas no quadro 01, abaixo.
Entre as características mais relevantes para este estudo, pode ser
ressaltada, a dureza da ágata, relativamente elevada em comparação com a maioria
dos minerais, esta de 6 ½ a 7 na escala de Mohs (apresentada na fig. 2, página 29).
42
Quadro 1- Propriedades físicas da ágata
Propriedades Físicas da Ágata:
Classe Mineral: silicatos
Espécie Mineral: quartzo - agregados micro a criptocristalinos
Composição: Dióxido de Silício
Fórmula Química: SiO
2
Sistema de Cristalização: hexagonal/ trigonal
Densidade Relativa: 2,60 – 2,65
Dureza (Mohs): 6 ½ - 7
Cor: cinza azulado, branco cinzento, marrom e vermelho
Transparência: de translúcido a semitransparente; opaca.
Brilho: gorduroso a vítreo
Clivagem: não há
Fratura: desigual (ou irregular) e conchoidal
Fonte: modificado de IBGM (2005)
2.3. Controle numérico computadorizado (CNC)
A cada instante, novas tecnologias são incorporadas ao ambiente
industrial, e outras, até então tidas como imutáveis, passam a ser contestadas ou
viram exemplos do que não se deve mais fazer. Segundo Pires (1995 apud Nardini
2002) o aumento da competitividade tem sido caracterizado pela diminuição dos
43
ciclos de vida dos produtos e pelo aumento na diversificação dos mesmos,
impulsionados pelo uso, cada vez mais intenso, do computador no ambiente
industrial.
O controle numérico computadorizado (CNC) faz parte das
inovações desenvolvidas para fazer frente à necessidade de aumentar a eficiência
dos processos de manufatura através da automação. O CNC é considerado como “o
mais dinâmico processo de fabricação, constituindo um dos maiores
desenvolvimentos para a automatização das máquinas operatrizes de usinagem,
além de outras possíveis aplicações fora da indústria que utiliza o processo de
usinagem” (LEATHAM, 1986).
O acionamento de uma máquina CNC é comandado por uma
programação que contém a informação de todas as etapas de fabricação para uma
determinada operação de uma peça. Uma linha de comando CNC pode conter
informações sobre o movimento da ferramenta, velocidade, avanço, e informações
que acionam funções auxiliares (ligar fluido de corte, torre de ferramentas, etc.).
Com a programação instalada, a máquina assume o controle do processo de
trabalho, sendo que o operador restringe-se, a alimentá-la (matéria-prima,
ferramentas, dispositivos), acioná-la e controlá-la à distância, podendo ser
responsável por mais de uma ao mesmo tempo (SOUZA, 2001).
2.3.1 Projeto e fabricação auxiliados por computador – CAD/CAM
O projeto auxiliado por computador (CAD) é uma técnica na qual o
homem e a máquina interagem, formando um grupo para a solução de problemas,
agrupando as melhores características de cada um (BESANT, 1985). No software
44
tipo CAD, o designer armazena as informações pertinentes ao projeto e,
simultaneamente, o software gera a visualização dos resultados. Desta forma os
dados são definidos, visualizados, analisados e modificados, quando necessário,
ainda na etapa de criação, tornando mais ágil o processo de elaboração do produto,
se comparado às técnicas manuais de projetar. No software tipo CAD, são definidas
medidas, volumes e espessuras do produto desenvolvido. A possibilidade de
visualização dos resultados ainda em fase virtual é um fator que reduz perdas de
tempo, materiais e evita etapas de retrabalho.
O software tipo CAM auxilia o processo de fabricação, ou seja, de
execução dos projetos desenvolvidos via software tipo CAD. Os sistemas CAD/CAM
são definidos pelo uso efetivo da tecnologia do computador para funções envolvidas
com o planejamento, o gerenciamento e o controle das funções de manufatura.
“o sistema CAD/CAM foi desenvolvido visando executar as seguintes
funções: gerenciamento de dados, aplicação para a programação de
etapas NC, incluindo a simulação e derivação de linha de corte,
transferência de dados seriais entre as estações de trabalho
CAD/CAM e uma ferramenta de máquina CNC.” (BESANT, 1985).
2.4. Usinagem convencional CNC
A usinagem é a operação que confere à peça a forma, ou as
dimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer desses três,
através da remoção de material sob a forma de cavaco (FERRARESI,1986). No
processo de usinagem, uma quantidade de material é removida com auxílio de uma
ferramenta de corte, produzindo o cavaco e obtendo-se uma peça com formas e
dimensões desejadas. A definição de cavaco, segundo Ferraresi (1986) é a “porção
45
de material da peça retirada pela ferramenta, caracterizado por formato irregular”. A
ferramenta de corte é constituída de arestas cortantes, destinadas à remoção do
cavaco. O processo de usinagem envolve: esforços mecânicos (atrito, deformação),
termodinâmica (calor) e propriedades dos materiais.
A classificação dos processos é dividida em usinagem com
ferramenta de geometria definida, usinagem com ferramenta de geometria não
definida e processos não convencionais de usinagem.
A usinagem por controle computadorizado representa um avanço
tecnológico que permite um maior controle do processo e, por conseqüência, maior
precisão e minimiza o esforço físico do operador da máquina.
A cinemática geral dos processos de usinagem inclui a velocidade
de corte (Vc), que está relacionada com a velocidade da ferramenta, a velocidade de
avanço (Vf) e a velocidade efetiva de corte (Ve).
As propriedades dos materiais determinam quais processos podem
ser utilizados com eficiência em cada material. A usinagem convencional é
largamente utilizada para metais como o aço, por exemplo, mas em materiais
gemológicos outros processos, não convencionais, podem ser testados. Segundo
Ferraresi (1986), os processos não convencionais de usinagem removem material
por remoção térmica (arc air, plasma, laser), química (corrosão por ácidos),
eletroquímica (eletricidade e ácidos), por ultra-som e por jato d'água com alta
pressão.
Segundo Tessmann (2009), estudos envolvendo ensaios de
usinagem CNC em opala e ágata, representam inovações no processo de
beneficiamento de materiais gemológicos. O processo pode ser utilizado para a
produção de camafeus; o desbaste e a obtenção do relevo desejado neste estudo foi
46
alcançado, sendo que o corte não foi o objetivo buscado. Foram determinados os
parâmetros que permitiram a reprodução de camafeus com o relevo proveniente de
uma face humana escaneada, o processo apresenta como ponto crítico o desgaste
das fresas.
Os procedimentos do referido estudo foram realizados no
Laboratório de Design e Seleção de Materiais da UFRGS (LdSM) .
2.5. Usinagem não convencional - corte por jato d’água
O corte por jato d’água (Water Jet Cutting - WJC) enquadra-se no
grupo dos processos que visam seccionar um material através da utilização de
energia mecânica, onde a força de impacto exercida por um fino jato de água de alta
pressão na superfície de contato do material supera a tensão de compressão entre
as moléculas do material, seccionando o mesmo. Segundo Groover (1996), os
referidos processos utilizam jatos que removem o material por meio de fluxos de alta
velocidade de água, ou uma combinação de água com abrasivos. Este processo
também é chamado de usinagem hidrodinâmica, mas corte por jato de água é o
termo mais comumente usado na indústria.
O autor afirma ainda que para obter o fino fluxo/jato d’água, uma
pequena abertura de um bocal de diâmetro 0,1 a 0.4 mm é utilizada. Para fornecer o
fluxo de energia suficiente para o corte, pressões de até 400 MPa (entende-se por
MPa , Mega Pascal, unidade de medida de pressão) são aplicadas fazendo com que
o jato atinja velocidades de até 900 m/s. O fluido é pressurizado para o nível
desejado por uma bomba hidráulica. A unidade por onde a água é injetada consiste
47
de um tubo suporte feito de aço inoxidável e um bocal com pinta constituída de uma
pedra preciosa, geralmente coríndon (rubi ou safira) e diamante por sua alta dureza.
A safira e o rubi apresentam dureza 9.0 na escala Mohs e o diamante apresenta
dureza 10 na referida escala (Schumann, 2006).
Os fluidos de corte em soluções em WJC, geralmente são
polímeros, preferidos por causa de sua tendência a produzir um fluxo coerente.
Parâmetros importantes no processo de WJC incluem a distância
entre a abertura do jato até a peça de trabalho, o diâmetro de abertura do bocal, a
pressão da água e a velocidade de avanço de corte. É desejável que a distância
entre o bocal de abertura e a superfície de trabalho em geral seja pequena, para
minimizar a dispersão do fluxo de líquido antes de atingir a superfície. Uma distância
padrão é de 3,2 mm. O tamanho do orifício do bocal afeta a precisão de corte.
Aberturas menores são usadas para cortes mais finos em materiais mais finos. Para
cortar uma chapa mais grossa, um jato mais grosso e pressões mais elevadas são
necessárias.
A velocidade de avanço de corte geralmente oscila entre 5mm/s e
500 mm/s, dependendo da espessura do material de trabalho. O processo de corte
por jato de água é geralmente automatizado, utilizando computador com controle
numérico, ou robôs industriais para manipular a unidade do bocal ao longo da
trajetória desejada. O WCJ pode ser utilizado de forma eficaz para cortar estreitas
fendas em materiais planos como o plástico, têxteis, materiais compósitos, pisos e
outros materiais como carpete, couro e papelão.
Segundo Groover (1996), uma limitação do WJC é que o processo
não é adequado para o corte de materiais frágeis (por exemplo, vidro) devido à sua
tendência de quebrar durante o corte. Para o corte de materiais gemológicos, como
48
a ágata, por exemplo, o processo adequado inclui, junto com o fluxo d’água, uma
combinação com partículas abrasivas. Este processo é chamado de corte do jato de
água abrasivo (Abrasive Water Jet Cutting - AWJC). A introdução das partículas
abrasivas no fluxo confere maior complexidade ao processo, pois aumenta o número
de parâmetros que devem ser controlados. Entre os parâmetros de processo
adicionais estão os tipos de abrasivos, o tamanho dos grãos e a velocidade do fluxo.
Óxido de alumínio, dióxido de silício e granada (um silicato), são materiais abrasivos
bastante utilizados. As partículas abrasivas são adicionadas ao jato d’água depois
este saiu do bico WJC.
Os parâmetros restantes do processo incluem aqueles que são
comuns a WJC: pressão, vazão e diâmetro do orifício. O diâmetro de abertura do
bocal tem em torno de 0,25 a 0,63 milímetros, um pouco maior do que no corte
somente com jato d’água para permitir maior fluxo e mais energia no jato, visando
injetar abrasivos. O bico de saída de água para corte deve apresentar uma câmara
de mistura e um sistema de controle de injeção do abrasivo. A pressão da água é
praticamente a mesma que em WJC. As distâncias entre o bocal e a área de
trabalho são um pouco menores para minimizar o efeito de dispersão do fluido de
corte, que agora contém partículas abrasivas. As distâncias oscilam entre 25 a 50
por cento menores que no corte por jato d’água.
O diâmetro do orifício de saída de água é bastante reduzido,
variando de cerca de 1,2 mm a 5,0 mm. A velocidade da água é da ordem de 520 a
920 m/seg. Estes dois fatores combinados fazem com que a pressão exercida no
bico de corte seja da ordem de 1500 a 4200 bar, causando um elevado desgaste do
mesmo.
49
2.6. Formas gráficas complexas
Muitos autores realizaram estudos sobre as formas gráficas, sua
estrutura e classificações. Estes apresentam considerações sobre a estrutura da
forma, seu conteúdo, a análise da composição, repetição, a origem de sua
construção e também a percepção ou o efeito psicológico.
Sobre a classificação das formas, Wong (1998) defende que estas
podem ser classificadas segundo seu conteúdo específico, nos seguintes tipos:
figurativas, verbais e abstratas. Se uma forma possui um tema reconhecível, seja por
apresentar um realismo fotográfico ou mesmo que apresente algum grau de
abstração, desde que não seja irreconhecível, é chamada de forma figurativa. As
formas figurativas são divididas em formas naturais ou formas feitas pelo homem. Se
as formas estiverem representando elementos da linguagem escrita, são
consideradas formas verbais. Porém quando a forma não possui um tema
reconhecível ela é considerada não-figurativa ou abstrata. (...)
Os tipos de formatos são descritos por Wong (1998) segundo a
forma como são executados ou construídos. Nos formatos caligráficos, o movimento
da mão para fazer o desenho fica evidenciado. Já nos formatos orgânicos, através
de curvas suaves, convexidade e concavidade são mostradas apresentando pontos
de contato entre as curvas. Os formatos geométricos, nítidos e precisos, dependem
de meios mecânicos para sua construção. Neste sentido, Frutiger (1999) também
trabalha com classificações segundo a origem das linhas curvas e descreve a
existência de dois tipos básicos: as derivadas da geometria precisa e as derivadas
do movimento natural da mão do artista:
50
“Este estudo, que pretende ‘organizar graficamente’ a definição dessas
linhas,não podededicar‐seàexpressãopuraeespontâneadomovimento,
embora tenhamos consciência de que por trás de todo conceito gráfico
baseado na geometria existe um impulso natural, escondido na mão do
desenhista. Ou, para expressar esse pensamento de outra forma, pode‐se
dizer também que o projetista concretiza suas idéias empregando
mentalmenteageometria.”(FRUTIGER,1999,p.10)
Sobre os formatos, Wong (1998) ainda classifica divisões entre
formatos com extremos pontiagudos e formatos com extremos arredondados: “duas
curvas que se encontram podem estabelecer um fluxo contínuo ou um extremo
pontiagudo. Extremos pontiagudos podem se projetar do corpo de um formato, ou
nele penetrar”. Sobre formatos com extremos arredondados, o autor afirma:
“Qualquer extremo que se projete ou que penetre no corpo de um formato pode ser
arredondado, suavizando-se sua ponta”.
Wong (1998) descreve a simetria e a assimetria; enquanto na figura
simétrica, um eixo invisível divide a figura por igual e a metade direita constitui uma
metade idêntica da metade esquerda, na assimetria, “um leve desvio pode ser
introduzido em um formato simétrico pelo deslocamento do alinhamento das duas
metades, pela superposição das metades ou pelo acréscimo de alguma variação
entre as duas metades”.
Sobre a análise da construção das figuras, Wong (1998) cita que as
mesmas possuem elementos conceituais (ponto, linha, plano, volume), visuais
(formato, tamanho, cor, textura), relacionais (direção, posição, espaço, gravidade) e
práticos (representação, significado, função).
Existem também agrupamentos, ou construções, onde formas iguais
ou distintas se inter-relacionam na composição da figura. Wong (1998) classifica
estas possíveis construções ou inter-relações (fig.13):
• Separação: formas separadas, mas podendo estar próximas;
51
• Contato: as formas se aproximam e começam a se tocar;
• Superposição: as formas se aproximam tanto que se cruzam, uma
parece estar por cima da outra;
• Interpenetração: as formas se cruzam, porém nenhuma parece estar
sobre a outra, na interseção elas parecem transparentes, com ambos
os contornos bem visíveis;
• União: as formas se unem, formando outra nova forma, ambas perdem
parte do seu contorno;
• Subtração: uma forma invisível se sobrepõe a uma visível, tornando a
parte sobreposta também invisível;
• Interseção: duas formas se cruzam e a parte que fica visível é a da
interseção entre ambas;
• Coincidência: duas formas se aproximam tanto que coincidem,
tornando-se uma só.
Figura 13: Inter-relações de formas.
modificado de Wong (1998)
Sobre a composição com formas idênticas e repetições, podem ser
obtidos desenhos com maior sensação de harmonia,
“Quando um desenho é composto por um número de formas,
aquelas que têm formatos idênticos ou semelhantes constituem
‘unidades de formas’ que aparecem mais do que uma vez no
desenho. A presença de unidades de forma ajuda a unificar o
desenho.” (WONG, 1998, p.51)
O tamanho e a quantidade da repetição de unidades de forma,
estão relacionados com a percepção de simplicidade e de textura,
52
“A repetição de unidades de forma geralmente transmite uma
sensação imediata de harmonia. Cada unidade de forma repetida é
como a batida de algum tipo de ritmo. Quando as unidades de forma
são utilizadas em tamanho maior e número menor, o desenho pode
parecer simples e evidente; quando são infinitamente pequenas e em
grande número, o desenho pode parecer uma porção de textura
uniforme, composto com elementos diminutos” (WONG, 1998, p.51)
A disposição das unidades de forma pode ser exemplificadas pela
união de quatro círculos em disposição linear, quadrada ou retangular; rômbica ou
losango; triangular; circular conforme pode ser visualizado na figura 14;
Figura 14: Diferentes formas ordenadas de dispor quatro círculos
Fonte: modificado de Wong (1998)
Sobre a percepção e ou efeito psicológico da figura, é interessante
que o olhar e o raciocínio dediquem mais tempo ao analisar figuras mais complexas
ou densas.
“Ateoria dainformação mostraque, quandoa quantidade de informação
fornecida por unidade de superfície perceptiva não é muito grande a
imagemépercebidanuminstante,comoumatotalidade,numrápidolance
de olho sobre os detalhes subjacentes. Se, pelo contrário, a mensagem
visual é muito densa, muito complexa, a visão é levada a explorar a
imagem, isto é, a fixarum certo número de pontos, memorizá‐los,até ser
capazdeefetuaraintegraçãonecessária.”(ARCHELA,1999,p.5)
Em 1916, Ehrenfels publicou um ensaio sobre “A altura e a pureza
da configuração” (“Höhe und Reinheit der Gestalt”), que somente mais tarde adquiriu
um significado central para o design. Ele descreve o fato de que existe uma medida
53
que concede a cada figura um grau de configuração. Uma figura com alta
configuração se diferencia de uma com grau baixo, pelo fato de ter uma medida
maior de ordem de conjunto (limpeza de configuração= alto grau de configuração). O
conceito de conjunto pode ser descrito por ordem e o conceito de diferença pode ser
relacionado com o conceito de complexidade. Assim, a ‘altura’ da configuração no
produto é determinada pela ordem (O) e pela complexidade (C) (BÜRDEK, 2006).
Nos anos 60 foi desenvolvido o conceito de “estética exata”, que
descreve que “a configuração é a produção de ordem”. A estética exata propõe o
uso de elementos sólidos e geométricos simples (quadrado, triângulo, círculo, cubo,
pirâmide, esfera). A teoria da configuração dos produtos, por sua importância para a
estética e para o design é bastante conhecida e é chamada de “teoria da Gestalt”,
conduz a um design mais simples e, portanto, minimalista. “A configuração se
desenvolveu então sempre em campo de tensão entre ordem e complexidade, ou
seja, a ‘medida de configuração’ (M) é uma função (f) de ordem (O) e da
complexidade (c).” (BÜRDEK, 2006)
Em 1970 unem-se as leis da Gestalt com as categorias de ordem e
complexidade de Ehrenfels (1916), através de uma série de pares estéticos
relacionados à forma: simples e complexo; regular e irregular; fechado e aberto;
unitário e separado; simétrico e assimétrico, claro e confuso, na grade e fora da
grade, balanceado e não balanceado, conhecido e desconhecido, ordem conhecida
e complexidade nova, e outros. Através destas qualidades estéticas é possível a
classificação das formas.
A complexidade discutida no parágrafo acima refere-se à
complexidade formal, não tendo, naturalmente, ligação com o conteúdo (semântico)
do produto. “Desta forma, produtos formalmente simples podem ser complexos na
54
sua funcionalidade ou no manejo” (BÜRDEK, 2006). O funcionalismo - movimento
estético contra ornamentos e a favor da forma simples, atendendo somente a função
- nos anos 70, se baseou na meta formal de ordem, porém se fizermos uma
interpretação radical da teoria da Gestalt, poderíamos estar vivendo num mundo
com produtos muito simples e isso poderia gerar uma monotonia visual.
Modernamente, criou-se mais liberdade para se trabalhar com as
formas. Baxter (1995) descreve uma pesquisa profunda, realizada por um pscicólogo
canadense, Daniel Berlyne, sobre os objetos que as pessoas consideravam
atraentes. Este estudo construiu uma curva de preferência para a complexidade
visual. “A principal causa da atração visual não é a complexidade intrínseca de um
objeto, mas a complexidade percebida pelo observador”. O estudo também conclui
que as pessoas mais instruídas tendem a aceitar maior nível de complexidade, o
mesmo acontecendo com os jovens em relação às pessoas mais idosas. “Os
aspectos complexos despertam a curiosidade e um certo desafio, que deve ser
vencido através da exploração e interpretação” (Baxter, 1995). Um objeto pode ter
uma forma nunca vista e mesmo assim não causar estranheza. Antes de um objeto
ser atrativo, ele é visto como interessante. Se despertar interesse, será capaz de
manter a atenção do observador. Após esta observação, poderá considerá-lo
atraente ou sem atrativo.
O autor ainda afirma que a receita mais adequada é uma
combinação de aspectos simples com aqueles complexos em um mesmo produto,
isto porque aspectos simples também apresentam apelo ao consumidor, uma vez
que transmitem segurança ao observador, que encontra nestes aspectos algum
ponto de referência com objetos que já conhece e, com os quais, já possui
intimidade.
55
2.6 O DESIGN
O design é uma atividade criativa que visa estabelecer o fator central
para a inovação. (BERTOL, 2008). A inovação através do desenvolvimento de novos
produtos é um fator que aumenta a competitividade entre as empresas e pode ser
um fator crucial para alavancar vendas de produtos e bens de consumo.
Segundo Baxter (1995) a criatividade é uma das mais misteriosas
habilidades humanas. Este autor afirma que “a criatividade é o coração do design
em todos os estágios do projeto”. O autor considera que o projeto mais empolgante
e desafiador é aquele que exige inovações de fato – a criação de algo radicalmente
novo, nada parecido com o que se encontra no mercado. Mas ainda que a inovação
seja apenas um aperfeiçoamento, isso não diminui a importância da criatividade.
Para a Rede Gaúcha de Design – (RGD) “entende-se por design a
melhoria dos aspectos funcionais, ergonômicos e visuais dos produtos, de modo a
atender as necessidades do consumidor, melhorando o conforto, a segurança e a
satisfação dos usuários”. As necessidades do consumidor podem ser entendidas
através pesquisa de mercado voltada para o mercado de interesse, para o qual está
sendo desenvolvido o produto.
A pesquisa e análise é geralmente a parte do planejamento que
mais consome tempo. É realizada para identificar, avaliar e justificar uma
oportunidade de produto. As fontes para pesquisa são: demanda de desejo de
consumidores, a concorrência exercida pelos produtos existentes e as oportunidades
tecnológicas para projeto e fabricação de novos produtos. Pode ser considerada
uma oportunidade de mercado para um produto, quando forem identificadas:
56
demandas e desejo dos consumidores e diferenças em relação aos produtos
oferecidos pelos concorrentes, ou seja, demandas até então não atendidas pelo
mercado (BAXTER, 1995).
A atividade de desenvolvimento de um novo produto não é tarefa
simples. Ela requer além da pesquisa e planejamento cuidadoso, controle meticuloso
e o uso de métodos sistemáticos. Os métodos sistemáticos de projeto exigem uma
abordagem interdisciplinar, abrangendo métodos de marketing (durante a etapa de
planejamento), engenharia de métodos (visando a etapa de produção) e aplicação
sobre estética e estilo (atrelada a aceitação pelo mercado) (BAXTER, 1995).
Segundo Bonsiepe (1997), design é a “atividade projetual
responsável pelas características estruturais, estético-formais e funcionais de um
produto para a fabricação em série”. O processo de fabricação seriado é, portanto,
um fator que deve ser considerado antes do desenvolvimento da forma, pois o
mesmo implica em possibilidades e limitações do ponto de vista da produção.
Quando um processo de fabricação de tecnologia avançada traz inovações, se
tornando mais eficiente e abrangente, apresenta novas capacidades produtivas
relacionados às formas que podem ser executadas, aportam maiores condições de
alcançar soluções inovadoras de projeto. Quanto menos limitações de processos
que tolham a liberdade projetual, maior é a possibilidade de oportunidades de
inovação.
Desta forma, possibilidades de uso de novas tecnologias geram
inovações que podem estar relacionadas com novo material, novos processos ou
novos conceitos de projetos. Portanto, segundo Faller, (2006) “a interação do design
com a tecnologia são fundamentais para agregar valor aos novos produtos” e
especificamente nesta área de materiais gemológicos faz a grande diferença entre
57
expartir matérias-primas em bruto ou fortalecer divisas brasileiras através dos
benefícios desta interação.
58
3. MATERIAIS E MÉTODOS
O objetivo deste capítulo é descrever os procedimentos
metodológicos e os materiais utilizados no desenvolvimento deste estudo:
- pesquisa de campo para conhecer a realidade das empresas que
beneficiam ágata (duas empresas e uma escola em Soledade e uma empresa em
Gaurama);
- realização de ensaio de usinagem convencional por fresadora CNC;
- realização de ensaios de usinagem não convencional por jato d’água CNC;
- estudo das espessuras de chapas para corte por jato d’água no material
gemológico ágata;
- desenvolvimento das formas para realização dos experimentos;
- avaliação dos resultados.
3.1. Pesquisa de campo
Trata-se da etapa de reconhecimento dos procedimentos de corte
utilizados em empresas do RS. Grande parte das empresas responsáveis pelo
beneficiamento da ágata no estado está sediada na região de Soledade, município
que faz parte do Sistema Produtivo Local (SPL) de Gemas e Jóias do Rio Grande do
Sul. A pesquisa de campo iniciou-se nesse município, onde duas empresas foram
visitadas visando a um aprofundamento nos conhecimentos dos processos
existentes. Além destas, foram visitadas também uma escola de lapidação, a Escola
59
Senai em Soledade, e uma empresa sediada na cidade de Gaurama, devido à sua
importância pela tecnologia a que tem acesso.
Estudo da empresa 01: Irmãos Lodi, no município de Soledade, RS.
O beneficiamento de ágata ocorre através de corte dos geodos de ágata em chapas
planas de espessura em torno de 3 e 4 milímetros. O corte é feito com serra circular,
diamantada na região de corte e, como refrigerante do calor causado pela abrasão
na ágata, é usando óleo marítimo. A operação pode durar em torno de 5 horas para
um geodo de diâmetro medindo por volta de 60 cm, por exemplo; o tempo de
operação depende do tamanho do geodo (fig.15).
Figura 15. Imagem de equipamento para corte de geodos de ágata em chapas
Fotografia de Álvaro Scur
Após o corte e a limpeza, são realizadas as etapas de acabamento
para retirada de riscos e possíveis marcas da serra circular e posteriormente ocorre
a etapa de polimento. O acabamento é realizado com a utilização de lixas contínuas
movimentadas com motor e líquido com partículas abrasivas. Para lixar e polir são
utilizadas lixas de granulometrias diversas, é necessária pressão manual da chapa
contra a lixa visando o desbaste (figura 16). O Setor de acabamento é bastante
60
empoeirado, os funcionários estavam utilizando máscaras como equipamento de
segurança.
Figura 16. Imagem de equipamentos para lixar e polir chapas de ágata, setor de acabamento.
Fotografia de Álvaro Scur
As chapas de ágata são dispostas em pilhas e agrupadas em
carrinhos para o transporte para o setor de lavagem (fig. 17).
Figura 17. Imagem do setor de polimento e acabamento de ágata
Fotografia de Álvaro Scur
61
Na Escola de Lapidação do SENAI (Serviço Nacional de
Aprendizagem Industrial), em Soledade, são produzidos diversos produtos utilizando
chapas de ágata. Entre as opções desenvolvidas para aproveitamento deste
material da região estão: relógios, cruzes, dragões, móbiles, sinos de vento,
chaveiros, pirâmides, esferas, meia luas e estrelas (figura 18).
Figura 18. Imagem de objetos produzidos com utilização de chapas de ágata. SENAI – RS
Fotografia de Álvaro Scur
Também são produzidas peças para colecionadores de materiais
gemológicos, produtos onde chapas planas de ágata são fixadas em suportes de
madeira (fig. 19).
Figura 19. Imagem de objetos produzidos com utilização de chapas de ágata. SENAI-RS
Fotografia de Álvaro Scur
62
Estudo da empresa 02: Ágata Sul, em Soledade. A empresa trabalha
com produtos que utilizam chapas de ágata tingidas no local em cores diversas. A
imagem abaixo mostra a etapa de secagem de chapas tingidas da cor rosa (fig.20).
Figura 20. Chapas tingidas – etapa de secagem
Fotografia de Álvaro Scur
Esta segunda empresa visitada realiza a montagem de produtos tais
como: móbiles, sinos de vento, borboletas, porta copos, entre outros. Não costuma
desenvolver periodicamente produtos novos.
Estudo da empresa 03: Em Gaurama, RS, está sediada uma
importante empresa de beneficiamento de gemas. A empresa “Belapedra” trabalha
com o beneficiamento de diversos materiais gemológicos produzidos por processos
artesanais; porém diferencia-se das demais visitadas por também investir em
tecnologias de ponta entre os processos de produção utilizados.
Os processos manuais de manufatura que utiliza são: corte de
chapas com disco diamantado, corte manual em chapas planas, lapidação mecânica
manual na forma de cabochões e lapidações facetadas por processos artesanais.
Entre os processos envolvendo tecnologias, destacam-se desbaste CNC para
63
pedras facetadas e corte de ágata por jato d’água com abrasivos (fig.21),
metalização de cristais e outros.
Figura 21. Em A) Equipamento para corte de chapa de ágata por jato d’água, em B) operador
controlando o processo por computador.
B
A
Sobre a realidade das empresas visitadas e a realidade nas
empresas em geral na região de Soledade, foi reconhecido que a maior parte que
trabalha com produtos provenientes do beneficiamento da ágata e o fazem através
do processo de corte em chapas, que são lixadas, polidas, tingidas, cortadas
artesanalmente em formas diversas para montagem posterior em objetos
decorativos. Não foi relatada a existência de projetos de desenvolvimento de
produtos sendo executados periodicamente para fins de lançamentos e ampliação
de linha. Não apresentavam setor de desenvolvimento de produtos novos.
Na empresa Belapedra, em Gaurama, foi encontrado um panorama
mais adequado do ponto de vista do design, há um setor de desenvolvimento de
produtos novos e execução de projetos da empresa e de clientes. Setor este onde
trabalham funcionários capacitados em softwares tipo CAD, tipo CAM e outros.Os
processos de fabricação incluem os tradicionais artesanais e os processos
envolvendo novas tecnologias CNC.
64
3.2. Processos de usinagem
Os processos de usinagem ensaiados utilizaram os processos CNC
convencional e não convencional por jato d’água com abrasivos.
3.2.1. Usinagem convencional CNC
Os ensaios de usinagem têm o objetivo de cortar ágata com as
ferramentas e materiais adequados para o desbaste, encontrando assim as
características necessárias para ferramentas a fim de aperfeiçoar o processo de
fabricação. Visaram, portanto, encontrar parâmetros eficientes para usinagem
buscando melhor acabamento, qualidade e produtividade.
A primeira tecnologia usada para os ensaios foi a de usinagem CNC,
com uma fresadora da marca Model Master CNC, de 3 eixos (X,Y,Z) (fig. 22). O
teste foi realizado em chapa de ágata com espessura de 3 milímetros (comumente
encontrada no mercado da região de Soledade). A ferramenta utilizada foi fresa
diamantada (possui ponta com incrustação de diamantes) com ponta de forma
cilíndrica em diâmetro de 2,0 mm (comumente encontrada no mercado).
65
Figura 22. Equipamento para usinagem convencional CNC, Model Master.
O experimento foi realizado no Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – (UFRGS), no Laboratório
do Grupo de Projeto, Fabricação e Automação Industrial o (Gpfai).
3.2.2. Usinagem não convencional por jato d’água com abrasivos
Os ensaios seguintes a tecnologia usada foi de corte por jato d’água
com abrasivos, foram feitos com ágata, em chapas de espessuras variadas. Foi
utilizado o equipamento da marca Jetstream CNC (figura 23). No trabalho utilizou
jato d’água de alta pressão por volta de 390 MPa (Mega Pascal), funciona com 30
CV de potência e dois pistões hidráulicos (nestes pistões é utilizado óleo hidráulico).
Estes experimentos foram realizados em Gaurama,RS, na empresa Belapedra.
66
Figura 23. Equipamento para usinagem por jato d’água CNC da marca Jetstream.
A máquina possui como ferramenta de corte o fluxo de água, que,
passa por por um orifício com ponta de safira e depois por um bico feito de aço
inoxidável (figura 24). A ponta de safira é substituída a cada 50 horas de uso.
Figura 24. Componentes do equipamento de corte por jato d’água.
Após a saída da água são agregadas ao fluxo finas partículas
abrasivas , de tamanho de grão 0,3 mm (figura 25).
67
B
Figura 25. Imagens do equipamento Jetstream. Em (A) pode ser visualizado o compartimento de
material abrasivo, em (B) vista aproximada do equipamento, na parte de saída da do jato d’água.
B
O jato de água cortante de diâmetro de 1,2mm é utilizado para
espessuras de chapas de ágata de aproximadamente 5mm (figura 26).
Figura 26. Vista aproximada do equipamento em operação de corte.
68
3.3 Caracterização do material abrasivo
Amostras do abrasivo depois de moídas foram enviadas à analise de
difração por raios- X na forma de pó. A análise foi realizada no Laboratório de
Materiais Cerâmicos da UFRGS, no equipamento da marca Philips Expert MPD.
O resultado da análise é de um material de composto de 61,8 % de
alumínio ferro silicato: Fe
3
+ 2 Al
2
(SiO
4
)
3
, mineral conhecido como almandina , do
grupo da granada, é muito resistente, e por isso, indicado para aplicações abrasivas,
sua dureza segundo a escala Mohs é de 7 1/2.
Foi constatada a presença de 17 % de magnésio silicato Mg SiO
3
entre outros componentes variados em volumes menos significativos.
3.4 Espessuras da chapas de ágata
As chapas de ágata que foram utilizadas nos ensaios apresentavam
espessuras variadas, para que fosse possível verificar o comportamento das
mesmas ao serem submetidas ao corte nas diversas formas e larguras de linhas.
O objetivo foi de estabelecer uma espessura mínina para que o
produto final não apresentasse peso excessivo e por outro lado não fosse frágil
demais, tendendo à quebra. A empresa Belapedra, onde os experimentos formas
realizados, tem como costume utilizar a espessura de chapa 5,0 mm. Os ensaios
69
partiram da referida espessura (5,0mm) e foram sendo diminuídas para 4,5; 4,0; 3,5
e 2,5 mm. As chapas ensaiadas não estavam lixadas e nem polidas.
3.5 Formas
Nove formas foram desenvolvidas para os ensaios: a primeira foi
projetada com a utilização de formas geométricas simples, no caso o retângulo, que
envolve o corte retilíneo. Para os ensaios seguintes, foram desenvolvidas formas de
complexidade média e de maior complexidade, envolvendo cortes arredondados e
cortes de triângulos de ângulos variados.
3.5.1 Forma simples
Um desenho utilizando formas simples foi desenvolvido visando
investigar e analisar o corte retilíneo: um retângulo de 38 x 40 cm, com retângulos
menores vazados, com a permanência de barras fixas em larguras de linhas
variadas (fig.27). A variação de barras com larguras de linhas foram testadas,
principalmente para observar as larguras mínimas, para que pudessem ser utilizadas
posteriormente em outros ensaios em formas mais complexas. O tempo de duração
deste tipo de corte reto também foi objeto de interesse para comparação com a
usinagem convencional.
70
Forma01
Figura 27. Forma 01: simples retangular com linhas com larguras diversas
Tamanho 38 x 40 mm. Unidade de medida milímetros.
3.5.2 Formas de média complexidade
Visando uma complexidade maior, desenhos com agrupamento de
formas vazadas sobrepostas foram desenvolvidos. Este grupo de desenhos é
composto por uma mesma forma repetida duas vezes, sendo utilizadas formas
circulares, ovais, em gota e em losangos (fig. 28). A largura de linha é de 2,0 mm.
forma05
forma04
forma03forma02
Figura 28. Formas de complexidade média com a união de formas sobrepostas vazadas. Em (A)
formas ovais, em (B) formas de círculos, em (C) formas de gotas e em (D) formas de losangos.
Unidade de medida dos tamanhos: milímetros.
71
3.5.3 Formas complexas
Visando uma complexidade crescente foram desenvolvidos
desenhos com a utilização de círculos. O desenho do agrupamento dos círculos foi
inspirado na curva de Fibonacci (fig. 29).
Fibonacci, matemático italiano, descobriu, no século 13, que os
desenhos de plantas e animais, como o arranjo das posições das folhas, e outras
diversas ocorrências da natureza seguem regras numéricas matemáticas.
Segundo Celuque (2004) Fibonacci relaciona a proporção
encontrada em diversos fenômenos da natureza com as formas geométricas. As
folhas, as conchas, os chifres dos antílopes, o rabo do camaleão serviram como
base para os estudos que determinaram a série de Fibonacci, a razão áurea e a
espiral logarítmica ou curva de Fibonacci.
A referida curva é inscrita dentro do retângulo áureo. O retângulo
áureo é formado pela soma de quadrados sucessivos cujos lados são os números
de Fibonacci (1,1,2,3,5,8,13,21,34) (fig 29).
Figura 29. Em (A) forma da natureza (a ponta do rabo do camaleão),em (B) a proporção expressa no
retângulo áureo sobreposta a forma encontrada na natureza e em (C) a curva de Fibonacci inscrita
dentro do triângulo áureo.
72
A primeira forma complexa teve a disposição do primeiro círculo
direcionada pela espiral logarítmica (fig.30).
Figura 30. Forma complexa composta por círculos agrupados. Disposição utilizando a espiral
logarítmica ou curva de Fibonacci como ponto de partida.
O desenho da peça projetada apresenta repetição de unidades de
formas circulares. A composição do agrupamento foi de assimetria entre as duas
metades do desenho, se considerado um eixo central dividindo o desenho. Foi
intencional a ausência de ordenamento entre as formas.
As formas estão agrupadas, unidas e sobrepostas, por vezes
intercecionadas; algumas cheias e outras, vazadas, em larguras de linhas diversas.
Os círculos apresentam diâmetros diversos, o que confere maior complexidade no
projeto e também na produção da peça (fig.31).
73
Figura 31. Forma 06: em A) forma complexa com extremos arredondados, composta por repetição de
formas circulares, variando larguras de linhas, também cheios e vazados, e em B) estruturação da
forma composta por círculos de raios diferentes. Unidade de medida milímetros.
Outro desenho projetado apresenta a inclusão das mesmas
variações aplicadas na proposta anterior de desenho com formas circulares,
variação entre cheios e vazados e variação de larguras de linhas. Porém, neste
projeto, compondo com o agrupamento de formas triangulares. Os triângulos
apresentam nas pontas, ângulos variados (fig. 32).
Figura 32. Forma 07: em A) complexa com extremos pontiagudos, composta por repetição de formas
triangulares, variando larguras de linhas e formas cheias e vazadas. Em B) estruturação da forma
composta por triângulos de diferentes ângulos em seus extremos. Unidade de medida milímetros.
forma06
B
A
A
forma07
B
74
A relação entre círculos, raios, retas e ângulos explorada nas formas
complexas desenvolvidas para esse estudo, decorreu de pensamentos criativos
relacionados aos estudos de Fibonacci.
Os desenhos seguintes com os agrupamentos de círculos (forma 08)
e triângulos (forma 09) apresentam as formas vazadas, com a largura de linha
constante de 2,0 mm.
forma08
Figura 33. Forma 08: complexa com extremos arredondados, composta por repetição de formas
circulares vazadas, variando os tamanhos dos raios. Unidade de medida milímetros.
Para o ensaio seguinte, foi desenvolvido o desenho de uma peça
também composta por repetição de unidades de formas, sendo porém, utilizadas
formas pontiagudas, constituídas de triângulos com ângulos variados entre as retas.
Ao desenvolver este desenho buscou-se utilizar as formas triangulares na mesma
quantidade e localização aproximada, relacionando com as formas circulares do
desenho anterior (fig. 34).
75
Figura 34. Formas complexas sobrepostas.
As formas triangulares vazadas estão agrupadas sobrepostas,
unidas e por vezes, interpenetradas. É um fator constante a largura de linha de
2,0mm vazando os triângulos. A forma 09 pode ser visualizada na figura 35.
forma09
Figura 35. Forma 09: complexa com extremos pontiagudos, composta por repetição de formas
triangulares, variando os ângulos das pontas dos triângulos. Unidade de medida milímetros.
3.5.4 Desenvolvimento de formas complexas e programação CAM e CNC
Para realização dos experimentos de usinagem é necessário o
planejamento de peças em formas complexas. O desenvolvimento foi realizado por
computador, em software 2D, o Corel Draw
R
e os vetores gerados foram exportados
76
para software que trabalha a programação em três dimensões, o Rhinoceros
R
. Nesta
etapa é possível definir a estratégia de usinagem e, finalmente, o projeto é
encaminhado para software tipo CAD/CAM, o Bob-CAD
R
, que simula e aciona os
comandos computadorizados do equipamento que realiza o corte (fig. 36).
Figura 36. Imagem da programação no programa Bob-CAD
R
.
77
4. RESULTADOS E ANÁLISES
Abrangem os ensaios com usinagem CNC convencional e não
convencional.
4.1. Resultado do ensaio de usinagem convencional CNC
O primeiro ensaio foi realizado por usinagem convencional em
fresadora CNC, utilizando como ferramenta fresa diamantada. Houve remoção de
material, a usinagem foi possível, porém a ferramenta utilizada apresentou desgaste
na ponta da ferramenta que impediu a continuidade do trabalho. A profundidade do
desgaste foi de 1,0 mm e o comprimento do trajeto de 30 mm, o trabalho de
desbaste foi realizado, porém, não o corte vazado do desenho/linha (fig. 37).
Figura 37. Em A) ensaio de usinagem convencional,mostrando a trajetória do desbaste (pontilhado).
Chapa de ágata com espessura de 3,0 mm, em B) ferramenta diamantada.
B
A
o
78
Os parâmetros do experimento foram: passo lateral de 0,5 mm,
passo vertical de 0,1 mm e a velocidade da máquina foi de 15.000 r.p.m; avanço
lateral: 0,100 mm/seg e o avanço vertical de 1,10 mm/seg.
O tempo de duração do ensaio foi de 2 horas, o que foi considerado
demasiadamente longo, pois o emprego/gasto de energia elétrica e tempo de
maquinário acarretaria em alto custo a ser acrescido no valor final da pedra. O
tempo demasiadamente longo levou à procura de outros processos, que poderiam
realizar o corte em menor tempo e utilizando ferramentas mais adequadas que
apresentassem menor desgaste.
4.2. Ensaios e resultados de usinagem não convencional por jato d’água
O quadro 2 mostra, de forma sistemática, os 23 ensaios realizados,
relacionando formas, espessura e tempos. As chapas de ágata utilizadas nos
ensaios foram apenas serradas, sem terem sido submetidas a processos de lixa ou
polimento. Em todos os ensaios por este processo, foi considerado resultado
satisfatório quando o material, após o corte na forma desejada, não apresenta
irregularidades, defeitos, acabamento superfícial serrilhado, lascado, rachaduras ou
ocasiona a quebra.
79
Quadro 2- Ensaios de usinagem não convencional por jato d’água.
ENSAIO ESPESSURA FORMA TEMPO
01 5,0mm
02 4,5mm
03 3,5mm
04 2,5mm
Simples linear
Forma01
3:30min
05 5,0mm
Complexidade
média – ovais
Forma02
2:00min
06 5,0mm
Complexidade
média – círculos
Forma03
2:00min
07 5,0mm
Complexidade
média – gota
Forma04
2:00min
08 5,0mm
Complexidade
média – losangos
Forma05
1:50min
09 4,5mm
10 4,0mm
11 3,5mm
12 2,5mm
Complexa
círculos vazados
Forma08
6:00min
13 4,0mm
14 3,5mm
15 2,5mm
Complexa
triângulos
vazados
Forma09
5:30min
16 5,0mm
17 4,5mm
18 3,5mm
19 2,5mm
Complexa
círculos
cheio, vazado,
larguras diversas
Forma06
5:00min
20 5,0mm
21 4,5mm
22 3,5mm
23 2,5mm
Complexa
triângulos
cheio, vazado,
larguras diversas
Forma07
4:26min
80
No primeiro ensaio foi utilizada uma chapa de 5,0 mm de espessura
e a forma 01, um retângulo de 38 x 40 cm, com barras de larguras de linhas
variadas; iniciando linhas com larguras de 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 e 4,0 mm. A intenção
deste ensaio foi verificar o comportamento do material em diferentes larguras de
linhas. O tempo de ensaio de corte foi de 3:30 minutos, tempo aproximadamente 40
vezes menor do que o ensaio por usinagem convencional. A chapa de ágata
ensaiada, de 5mm de espessura, não lascou e nem quebrou nem mesmo nas
larguras mais finas (fig.38).
Figura 38. Forma 01: simples linear. Ensaio utilizando chapa de espessura 5,0 mm.
Tamanho38 x 40 mm.
Com o objetivo de comparar o comportamento do material, repetindo
a mesma forma e variando as espessuras de chapas, foram realizados os ensaios
números 2, 3 e 4. No segundo ensaio a espessura da chapa ensaiada foi de 4,5mm.
A linha com largura de 1,0 mm lascou, apresentou irregularidades em sua superfície,
enquanto as demais espessuras apresentaram resultado satisfatório (fig. 39).
81
Figura 39. Forma 01: simples linear. Ensaio utilizando chapa de espessura 4,5mm.
No terceiro ensaio com a forma 01, cortada utilizando chapa de
espessura 3,5mm, a linha com largura de 1,0mm e a linha de 1,5mm apresentaram
irregularidades a linha de 2,0 mm apresentou resultado satisfatório assim como as
demais 3 larguras (fig. 40).
Figura 40. Forma 01: simples linear. Ensaio utilizando chapa de espessura 3,5 mm.
No quarto ensaio, com a forma 01, utilizando chapa de espessura
2,5mm, a linha de largura 1,0mm quebrou, as linhas das demais larguras
apresentaram irregularidades e defeitos na parte superior das linhas. Esta espessura
de chapa foi considerada inadequada por sua fragilidade. Dos quatro ensaios
82
citados, a largura de linha de 2,0mm foi considerada a largura mínima satisfatória e
foi utilizada para desenvolvimento dos demais desenhos (fig. 41)
Figura 41. Forma 01: simples linear. Ensaio utilizando chapa de espessura 2,5 mm.
Nos ensaios de números cinco, seis, sete e oito, formas vazadas e
interpenetradas com larguras de linha de 2,0mm foram usinadas, os ensaios
apresentaram resultado satisfatório. A espessura de chapa utilizada foi de 5,0mm e
os tempos de ensaios foram, em média, 2 minutos para cada ensaio (fig. 42).
Figura 42. Formas de complexidade média, composta por duas formas. Em (A), forma 02: dois ovais,
em (B) forma 03: dois círculos, em (C) forma 04: duas gotas e em (D) forma 05: dois losangos.
Espessura de chapa 5,0 mm
No quinto ensaio foi usinada a forma 02, o tamanho da peça é de 38
x 20 cm, a duração do ensaio foi de 2 minutos. No sexto ensaio, este com a forma
83
03 o tamanho da peça é de 39 x 25 cm e a duração do ensaio foi de 2 minutos. No
sétimo ensaio, este com a forma 04, o tamanho da peça é de 40 x 25 cm e a
duração do ensaio foi de 2 minutos. No ensaio número 8, com a forma 05, o
tamanho da peça é de 35 x 18 cm e a duração do ensaio foi de 1:50 minutos.
No nono, décimo, décimo primeiro e décimo segundo ensaios foram
realizados com a forma 08, complexa composta por círculos vazados com largura de
linha 2,0 mm. As espessuras de chapas foram de 4,5; 4,0; 3,5; e 2,5,
respectivamente, os resultados foram satisfatórios. Os tempos de ensaios foram de
6 minutos, para cada ensaio (fig. 43).
Figura 43. Forma 08: complexa composta por círculos vazados. Ensaios com diferentes espessuras,
em (A) 4,0 mm, em (B) 4,5, em (C) 3,5mm e em (D) 2,5 mm. Em (E) peça com régua indicando
tamanho.
E
Nos ensaios número 13 e 14, com a forma complexa, composta por
triângulos vazados, as espessuras de chapa 4,0 e 3,5 mm apresentaram resultado
satisfatório. No ensaio número 15, com a mesma forma, porém, com chapa de
2,5mm, a peça ensaiada apresentou fragilidade, ocasionando a quebra durante o
84
processo de corte (fig. 44). Resultado que corrobora com os resultados encontrados
para formas lineares simples apresentado na figura 41.
D
Figura 44. Forma 09: complexa composta por triângulos vazados. Em (A) ensaio com espessura de
4,0 mm, em (B) espessura de 3,5, em (C) espessura de 2,5mm. Em (D) peça com régua indicando
tamanho.
O objetivo destes ensaios foi de comparar/verificar o comportamento
do material em formas pontiagudas, a sua fragilidade/resistência em diferentes
espessuras. Tiveram a duração de 5:30 minutos cada ensaio.
Nos ensaios números 16, 17, 18, com a forma 06, composta por
círculos cheios e vazados, com diferentes larguras de linhas, as espessuras de
chapa 5,0; 4,5 e 3,5 mm apresentaram resultado satisfatório. No ensaio número 19,
com a mesma forma, porém com chapa de espessura 2,5 mm, a peça ensaiada
apresentou fragilidade e um ponto de rachadura, que poderá ocasionar a quebra da
peça (fig. 45). A duração destes ensaios foi de 5:00 minutos cada um.
85
E
Figura 45. Forma 06: complexa composta por círculos cheios e vazados com larguras de linha
variadas. Em espessuras de chapa variadas, em (A) 5,0 mm, em (B) 4,5mm, em (C) 3,5 e em (D)
2,5mm. Em (D) peça com régua indicando o tamanho.
A imagem 46 com as peças dos ensaios 16, 17,18 e 19 podem ser
visualizadas, a ampliação visa mostrar o local que apresenta rachadura. Atribui-se
essa rachadura a espessura muito fina da chapa em largura de linha mínima de
1mm. O bandamento, quando presente na chapa de ágata, pode ser associado a
alterações na estrutura do material, e possivelmente, contribuir para regiões de
maior fragilidade.
86
Figura 46. Peças sobrepostas, dos ensaios 16, 17, 18 e 19. Na ampliação, rachadura apresentada no
ensaio de número 19, com chapa de espessura 2,5 mm.
Nos ensaios 20, 21, 22 e 23, com a forma 07, complexa composta
por triângulos cheios e vazados com diferentes espessuras de linhas. Foram
realizados com chapas de espessura de 5,0; 4,5; 3,5 e 2,5 mm, respectivamente.
Estes ensaios tiveram o objetivo foi observar o comportamento do material em linhas
de larguras diversas, partindo de 1,0 mm, depois 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 e 4,0mm.
Apresentaram resultado satisfatório para todas as espessuras de chapa ensaiadas
(fig.47). A duração destes ensaios foi de 4:26 minutos cada um.
87
Figura 47. Forma 07: complexa composta por triângulos cheios e vazados com larguras de linha
variadas. Em espessuras de chapa variadas, em (A) 5,0 mm, em (B) 4,5mm, em (C) 3,5 e em (D)
2,5mm. Em (E) peça com régua indicando o tamanho.
E
Comparando os tempos dos ensaios entre as formas complexas
com extremos pontiagudos (compostas por triângulos) e as formas complexas com
extremos arredondados (compostas por círculos), as formas pontiagudas
apresentaram um tempo um pouco menor que as de extremos arredondados, com
uma diferença de meio minuto.
88
5. CONCLUSÕES
O material gemológico ágata, extraído em grandes quantidades no
Rio Grande do Sul, apresenta potencial para beneficiamento no Brasil envolvendo
tecnologias que agilizem e agreguem maior eficiência, qualidade e precisão ao corte.
Os produtos desenvolvidos pela maior parte das empresas que
trabalham com materiais gemológicos no Estado, de forma geral, apresentam baixo
grau de inovação e design e podem ser encontrados no mercado,
predominantemente na forma de produtos onde o beneficiamento principal é o corte
dos geodos em chapas.
O desenvolvimento e a fabricação de peças em formas complexas,
produzidas pelo processo de corte por jato d’água representam uma oportunidade
de negócios a ser explorada, uma vez que esta tecnologia de processo, quando
disponível, permite a fabricação de peças que satisfaçam a demanda por produtos
que apresentem diferenças e inovações em relação aos produtos oferecidos pelos
concorrentes. Utilizando o referido processo, novas possibilidades de
desenvolvimento de produtos de formatos com maior complexidade, com precisão e
agilidade, são disponibilizadas aos empresários, aos designers e aos projetistas.
Para cortes, em comparação com o processo de usinagem
convencional por fresadora CNC, o processo de usinagem por jato d’água apresenta
maior agilidade e menor desgaste de ferramenta sendo considerado eficiente para
cortes de chapas planas. A que se ressaltar que para formas complexas com
texturas 3D, como em camafeus, a técnica de usinagem CNC adequada.
Através da metodologia aplicada nos ensaios pode-se afirmar que
no processo de corte por jato d’água, a largura de linha mínima ideal é de 2,0 mm e
89
pode ainda ser realizada com larguras maiores. Análises dos ensaios mostraram
também que a espessura mínima de chapa considerada adequada para este
processo é de 3,5 mm, espessura esta que apresentou resultado satisfatório em
todos os experimentos. O estudo da utilização de chapas em espessuras mínimas
direciona para a otimização do uso de matéria- prima. O estudo de espessuras que
permitam trabalho com peças mais leves, é considerado relevante para aplicação
em joias, onde o peso pode ser um fator importante em tipos de peças como brincos,
por exemplo.
Pode-se afirmar que a tecnologia estudada é aplicável ao material
ágata ampliando possibilidades de realizar cortes em formas complexas e minimiza
esforços humanos na execução de tarefas, como o corte de chapas em formas
diversas.
90
6. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Com o desenvolvimento da pesquisa, surgiram pontos que ainda
podem ser desenvolvidos para complementar o estudo de corte de ágata. Pode ser
realizada uma quantidade maior de experimentos para um controle estatístico de
verificação de quebras e rachaduras. Estudar a influência do bandamento na
fragilidade do material, se pode ocasionar alguma descontinuidade física prévia ao
corte. Aprofundar técnicas de acabamento, como o polimento das chapas após o
corte nas formas complexas também podem ser realizados.
Diferentes regulagens do tamanho do feixe do jato d’água e
diferentes pressões podem ser estudadas visando diminuir as espessuras de corte.
Estudos relacionados ao aproveitamento de sobras do processo. O corte de outros
materiais gemológicos com o jato d’água também pode ser complementar a este
estudo.
Pode ser estudada a utilização de dois processos de corte em
seqüência; em uma primeira etapa o corte por jato d’água, que faz o corte em
chapas planas, em um desenho 2D e, posteriormente uma segunda etapa,
processos de usinagem CNC visando a obtenção de relevos em 3D.
Testes com outras tecnologias, como corte pelo processo de
ultrassom também podem ser realizados no material ágata, ampliando o alcance
deste estudo.
91
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Londrina. Editora da Universidade Estadual de Londrina, v.8, p. 5- 11, jun.1999.
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VALE, E. Análise Econômica das Pequenas e Médias Empresas de Mineração.
Relatório Final. Brasília: CPRM 2000.
95
ANEXOS
Questionário desenvolvido pela autora, respondido pelo proprietário da empresa
Belapedra.
Estudo realizado com colaboração de Sr. Rosito Vendruscolo
Informações para realização do estudo:
1. Sobre o processo:
Qual é o equipamento utilizado para o corte?
Jato de água de alta pressão
Qual é o programa para desenhar a forma do corte, corel-draw ?
Sim ou qualquer 2D
Qual a potência de pressurização necessária para o jato de água cortar?
A máquina tem 30 CV de potencia e dois pistões hidraulicos,
A água utilizada é pura ou tem algum elemento misturado?
Dependendo da dureza do material a ser cortado, é injetado junto com o jato de
água um abrasivo especial para este tipo de máquina.
Utiliza óleo em alguma parte do processo?
Somente oleo hidraulico dentro da máquina para fazer a pressão.
Qual é o diâmetro do jato de corte? È possível variar a espessura do jato?
Nesta máquina o minimo é 1,2mm
Qual é a espessura do corte na lâmina de ágata?
Dependendo da espessura, inicia e 1,2mm e pode chegar a 5mm
Qual é a borda necessária para os suportes que prendem a lâmina na mesa de
corte? Tendo um ponto de fixação de 10mm já é suficiente
2. Benefícios envolvendo este processo:
Comando CNC comando computadorizado realiza cortes precisos e exatos.
Tempo de corte muito reduzido em comparação ao processo de usinagem por
fresadora
Não há desgaste ou utilização de ferramenta como fresas e brocas.
Na verdade o único desgaste que ocorre são nas pontas de safira que são
substituídas cada 50 horas
Permite a realização de vazados internos e depois corte externo.
Qual a espessura mínima entre a borda e o desenho vazado?
1mm ou até menos
3. Limitantes deste processo:
Corte limitado aos eixos x e y, não há possibilidades de realizar desbaste para
formação de relevos, apenas corte.
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