Alguma vez se perguntou como é que os pequenos furos em peças metálicas são feitos com tanta precisão? Este artigo explora o fascinante mundo da maquinação de furos, abrangendo a perfuração, alargamento, escareamento e perfuração. Saiba como cada técnica funciona, as suas vantagens únicas e quando as deve utilizar. Prepare-se para descobrir os segredos por detrás da criação de furos perfeitos em materiais sólidos!
A maquinação de furos é um processo familiar, mas quais são as diferenças entre furar, alargar, rebaixar e escarear? Deixe-me explicar-lhe hoje.
A perfuração é o processo inicial de criação de furos em materiais sólidos, normalmente com diâmetros inferiores a 80 mm. Existem dois métodos de perfuraçãoUm consiste em fazer rodar a broca, enquanto o outro faz rodar a peça de trabalho. Os erros produzidos por estes dois métodos são diferentes.
No método de rotação da broca, devido às arestas de corte assimétricas e à rigidez insuficiente da broca, a broca pode desviar-se, fazendo com que a linha central do furo fique inclinada ou não reta, mas o diâmetro do furo permanece inalterado.
Em contraste, quando a peça de trabalho roda, o desvio da broca pode causar uma alteração no diâmetro do furo, mas a linha de centro permanece reta.
As ferramentas de perfuração mais comuns incluem brocas helicoidaisAs brocas helicoidais, as brocas de centro e as brocas de furo profundo, sendo as brocas helicoidais as mais utilizadas, com diâmetros que variam entre 0,1 e 80 mm.
Devido a limitações estruturais, as brocas têm uma baixa rigidez à flexão e à torção e uma fraca capacidade de centragem, o que resulta numa baixa precisão de perfuração, normalmente entre IT13 e IT11; rugosidade da superfície é também relativamente elevado, geralmente entre Ra 50 e 12,5 μm.
No entanto, a perfuração tem uma elevada taxa de remoção de metal e eficiência de corte. É utilizada principalmente para furos que não requerem alta precisão, como furos de parafusos, furos de fundo roscado e furos de óleo.
Os furos que exigem maior precisão e qualidade de superfície devem ser acabados com processos subsequentes, tais como alargamento, escareamento, perfuração ou retificação.
A escareação é o processo de maquinação adicional de furos pré-perfurados, fundidos ou forjados para aumentar o diâmetro e melhorar a qualidade do furo. A escareação pode servir como uma operação de pré-acabamento antes da maquinação de precisão ou como o processo final para furos com requisitos menos rigorosos. Os alargadores são semelhantes às brocas helicoidais, mas têm mais dentes e não têm arestas de corte transversal.
Em comparação com a perfuração, o alargamento tem as seguintes características
(1) Os alargadores têm vários dentes (3 a 8), proporcionando uma boa orientação e um corte estável;
(2) Os alargadores não têm arestas de corte transversais, o que melhora as condições de corte;
(3) A margem de maquinagem é pequena, permitindo canais de apara menos profundos e um núcleo mais espesso, resultando em corpos de ferramentas mais fortes e mais rígidos. A precisão do alargamento situa-se geralmente entre IT11 e IT10, com valores de rugosidade superficial entre Ra 12,5 e 6,3. O alargamento é normalmente utilizado para furos com diâmetros inferiores a 100 mm. Na perfuração de furos maiores (D ≥ 30 mm), é prática comum efetuar uma pré-perfuração com uma broca mais pequena (0,5 a 0,7 vezes o diâmetro do furo) e, em seguida, escarear até à dimensão pretendida, melhorando assim a qualidade e a eficiência da maquinagem de furos.
Para além dos furos cilíndricos, podem ser utilizados vários alargadores de formato especial, também conhecidos como escareadores, para maquinar furos escareados e aplanar as faces finais. A extremidade dianteira de um escareador apresenta frequentemente uma coluna de guia, que é direccionada pelo furo já maquinado.
O escareamento é um dos métodos de maquinação de precisão para furos e é amplamente utilizado na produção. Para furos mais pequenos, em comparação com a retificação interna ou a perfuração de precisão, o escareamento é um método mais económico e prático.
Os escareadores dividem-se geralmente em manuais e mecânicos. Os escareadores manuais têm uma haste reta com uma parte de trabalho mais comprida, proporcionando uma melhor orientação, e existem nos tipos de diâmetro exterior integral e ajustável.
Os escareadores operados por máquinas existem nos tipos de haste e de manga. Os escareadores podem processar não só furos redondos mas também furos cónicos com escareadores cónicos.
A tolerância para o escareamento tem um grande impacto na qualidade do acabamento. Uma folga excessiva aumenta a carga sobre o escareador, embotando rapidamente as arestas de corte e dificultando a obtenção de uma superfície lisa e a manutenção das tolerâncias dimensionais. Uma folga insuficiente não remove as marcas deixadas por processos anteriores, não melhorando assim a qualidade de maquinação do furo.
A tolerância geral para o rebaixamento grosseiro é entre 0,35 e 0,15 mm, enquanto que para o rebaixamento fino é entre 0,15 e 0,05 mm.
Para evitar a formação de arestas postiças, o escareamento é normalmente efectuado a baixas velocidades de corte (para aço escareadores para maquinagem de aço e ferro fundido, v < 8 m/min). A taxa de avanço depende do diâmetro do furo que está a ser maquinado; diâmetros maiores requerem taxas de avanço maiores, com taxas de avanço comuns para escareadores de aço rápido que maquinam aço e ferro fundido entre 0,3 e 1 mm/r.
O rebaixamento requer a utilização de fluidos de corte para arrefecimento, lubrificação e limpeza, para evitar a formação de arestas e a remoção atempada de aparas.
Em comparação com a retificação e o mandrilamento, o escareamento oferece maior produtividade e mantém facilmente a precisão do furo; no entanto, não pode corrigir erros de posição do eixo do furo, que devem ser assegurados pelo processo anterior. O escareamento não é adequado para a maquinação de furos escalonados e furos cegos.
A precisão dimensional do escareamento situa-se geralmente entre IT9 e IT7, com uma rugosidade superficial tipicamente entre Ra 3,2 e 0,8. Para furos de tamanho médio com requisitos de precisão mais elevados (por exemplo, furos de grau IT7), a sequência de maquinação típica na produção é furação-fresagem-escareamento-escareamento.
O mandrilamento é um processo de maquinagem que alarga um furo pré-perfurado com uma ferramenta de corte. Esta operação pode ser efectuada tanto em máquinas de furar como em tornos.
Existem três métodos de perfuração diferentes:
a) Rotação da peça de trabalho com movimento de avanço da ferramenta: Este método é normalmente utilizado em tornos. O processo assegura que o eixo do furo fica alinhado com o eixo de rotação da peça. O redondeza do furo depende principalmente da precisão de rotação do fuso da máquina, enquanto o erro de forma geométrica axial é determinado principalmente pela precisão da direção de avanço da ferramenta em relação ao eixo de rotação da peça. Este método é adequado para furos que requerem concentricidade com a superfície cilíndrica exterior.
b) Rotação da ferramenta com movimento de avanço da peça: O mandril da máquina de mandrilar aciona a ferramenta de mandrilar para girar, enquanto a mesa de trabalho move a peça de trabalho para frente.
c) Rotação da ferramenta com movimento de avanço: Quando se utiliza este método, o comprimento de projeção da barra de perfuração muda, assim como a deformação sob carga, resultando num furo cónico com um diâmetro maior perto da caixa do fuso e um diâmetro menor mais afastado. Adicionalmente, à medida que o comprimento de projeção da barra de perfuração aumenta, a deformação de flexão causada pelo próprio peso do fuso também aumenta, o que causa uma flexão correspondente no eixo do furo a ser maquinado. Este método só é adequado para efetuar furos curtos.
Em comparação com o mandrilamento geral, o mandrilamento com diamante é caracterizado por uma menor quantidade de corte posterior, menor taxa de avanço e maior velocidade de corte. Pode atingir uma elevada precisão de maquinação (IT7 a IT6) e um acabamento superficial muito suave (Ra 0,4 a 0,05). Inicialmente, o mandrilamento diamantado era realizado com ferramentas de mandrilamento diamantadas, mas atualmente é comum utilizar liga dura, CBN e ferramentas de diamante sintético. É utilizado principalmente para maquinar peças de metal não ferroso e também pode ser aplicado a peças de ferro fundido e aço.
Os parâmetros de corte típicos para o mandrilamento com diamante são: quantidade de corte posterior de 0,2 a 0,6 mm para mandrilamento em desbaste e 0,1 mm para mandrilamento de acabamento; taxa de avanço de 0,01 a 0,14 mm/r; velocidade de corte de 100 a 250 m/min para ferro fundido, 150 a 300 m/min para aço e 300 a 2000 m/min para metais não ferrosos.
Para garantir uma elevada precisão de maquinagem e qualidade de superfície na perfuração com diamante, a máquina (diamante máquina de perfuração) devem ter uma elevada precisão geométrica e rigidez. Os rolamentos do fuso principal utilizam frequentemente rolamentos de esferas de contacto angular de precisão ou rolamentos deslizantes hidrostáticos, e as peças rotativas de alta velocidade devem ser equilibradas com precisão. Além disso, o mecanismo de alimentação deve mover-se suavemente para garantir que a mesa de trabalho possa efetuar movimentos de alimentação estáveis e lentos.
O mandrilamento com diamante é amplamente utilizado na produção em massa para a usinagem de furos de precisão final, como furos de cilindros de motores, furos de pinos de pistão e furos do eixo principal em caixas de eixos de máquinas-ferramenta. No entanto, é importante notar que ao maquinar metais ferrosos com a brocagem com diamante, devem ser utilizadas ferramentas de brocagem feitas de liga dura ou CBN em vez de diamante, uma vez que os átomos de carbono no diamante se ligam fortemente aos elementos do grupo do ferro, reduzindo a vida útil da ferramenta.
As ferramentas de mandrilar podem ser classificadas em ferramentas de mandrilar de aresta simples e de aresta dupla.
Em comparação com o processo de perfuração-expansão-alargamento, o mandrilamento não está limitado pelo tamanho da ferramenta e tem uma forte capacidade de correção de erros. Pode corrigir o desvio do eixo do furo inicial através de várias passagens e manter uma elevada precisão posicional com a superfície de localização.
Em comparação com o torneamento externo, o mandrilamento tem menor rigidez no sistema de barra de ferramentas, maior deformação, má dissipação de calor e condições de remoção de cavacos, e tanto a peça de trabalho quanto a ferramenta sofrem deformação térmica significativa. Consequentemente, a qualidade de maquinação e a eficiência de produção do mandrilamento não são tão elevadas como as do torneamento externo.
Em resumo, o mandrilamento tem uma vasta gama de aplicações, capaz de maquinar vários tamanhos e níveis de precisão de furos. É quase o método exclusivo para furos com grandes diâmetros e requisitos de elevada precisão dimensional e posicional. A precisão de maquinação do mandrilamento varia entre IT9 e IT7, e a rugosidade da superfície é Ra. O mandrilamento pode ser efectuado em máquinas de mandrilar, tornos, fresadoras e outros tipos de máquinas-ferramentas, oferecendo a vantagem da flexibilidade. Na produção em massa, para melhorar a eficiência da perfuração, são frequentemente utilizados gabaritos de perfuração.
O brunimento é um método de maquinagem de acabamento de furos com uma ferramenta de brunir equipada com paus abrasivos (pedras de óleo). Durante o brunimento, a peça permanece imóvel enquanto a ferramenta de brunir, accionada pelo fuso da máquina-ferramenta, roda e retrocede linearmente.
No processo de brunimento, as varas abrasivas aplicam uma certa pressão na superfície da peça de trabalho, removendo uma camada extremamente fina de material, resultando num padrão de hachura cruzada na superfície. Para garantir que as partículas abrasivas não seguem o mesmo caminho, o número de rotações por minuto da ferramenta de brunir e o número de golpes recíprocos por minuto devem ser relativamente iguais.
O ângulo de cruzamento θ do padrão de brunimento está relacionado com a velocidade recíproca (va) e a velocidade circunferencial (vc) da ferramenta de brunimento. O tamanho do ângulo θ afecta a qualidade e a eficiência do brunimento; normalmente, θ é ajustado para 40-60° para brunimento em bruto e mais fino para brunimento de precisão. Para facilitar a expulsão das partículas abrasivas partidas e das aparas, reduzir a temperatura de corte e melhorar a qualidade do processamento, deve ser utilizado um amplo fluido de corte durante a afiação.
Para garantir uma maquinação uniforme da parede do furo, o curso das varas abrasivas deve estender-se para além de ambas as extremidades do furo. Para garantir uma margem de brunimento uniforme e minimizar o impacto dos erros de rotação do fuso na precisão da maquinação, é normalmente utilizada uma ligação flutuante entre a ferramenta de brunimento e o fuso da máquina.
Os ajustes de expansão e contração radial dos paus abrasivos da ferramenta de afiar podem ser manuais, pneumáticos, hidráulicos e outras estruturas.
1) A afiação atinge uma elevada precisão dimensional e de forma, com uma precisão de processamento ao nível IT7-IT6. Os erros de arredondamento e cilindricidade do furo podem ser controlados dentro de um intervalo muito apertado. No entanto, o brunimento não melhora a precisão da posição do furo maquinado.
2) A afiação permite obter uma elevada qualidade de superfície, com uma rugosidade superficial (Ra) que varia entre 0,2 e 0,025μm e uma profundidade extremamente reduzida da camada de defeitos alterada na superfície do metal (2,5-25μm).
3) Embora a velocidade circunferencial da ferramenta de brunir não seja elevada (vc=16-60m/min) em comparação com as velocidades de retificação, a maior área de contacto entre os paus abrasivos e a peça de trabalho e a velocidade recíproca relativamente elevada (va=8-20m/min) permitem ainda assim que a brunidura mantenha uma elevada produtividade.
O brunimento é amplamente utilizado na produção em massa para maquinar furos de precisão em cilindros de motores e vários dispositivos hidráulicos. A gama de diâmetros de furos começa normalmente a partir de 5 mm ou mais, e o brunimento pode processar furos profundos com rácios comprimento/diâmetro superiores a 10. No entanto, o brunimento não é adequado para a maquinação de furos em peças de metal não ferroso com elevada plasticidade, nem pode processar furos com chavetas ou estrias.
A brochagem é um processo de maquinação de precisão altamente produtivo realizado numa máquina de brochagem, utilizando brochas especialmente concebidas para o efeito. Existem dois tipos principais de máquinas de brochagem: horizontal e vertical, sendo a horizontal a mais comum.
Durante a brochagem, a brocha executa um movimento linear lento (o movimento primário). O número de dentes da brocha engatados simultaneamente não deve ser inferior a três para garantir a estabilidade; caso contrário, o corte desigual pode criar ondulações em forma de anel na superfície da peça de trabalho. Para evitar forças de brochagem excessivas que possam partir a brocha, o número de dentes de corte a trabalhar ao mesmo tempo não deve geralmente exceder seis a oito.
Existem três métodos distintos de brochagem, descritos a seguir:
1) A brochagem camada a camada consiste em cortar sequencialmente o material em excesso da peça de trabalho, camada a camada. Para facilitar quebra de chipsNo caso de uma brocha de corte, os dentes da brocha são retificados com ranhuras de quebra-cavacos interligadas. As brochas concebidas para este método são designadas por brochas planas.
2) A brochagem segmentar é caracterizada pelo facto de cada camada da superfície maquinada ser cortada por um grupo de dentes de tamanho semelhante e escalonados (normalmente 2 a 3 dentes por grupo). Cada dente remove apenas parte de uma única camada de metal. As brochas concebidas para este método são designadas por brochas de estilo rotativo.
3) A brochagem combinada combina as vantagens da brochagem camada a camada e da brochagem segmentar. A parte de desbaste utiliza a brochagem segmentar, enquanto a parte de acabamento utiliza a brochagem camada a camada. Isto não só encurta o comprimento da brocha e melhora a produtividade, mas também alcança uma melhor qualidade de superfície. As brochas concebidas para este método são designadas por brochas combinadas.
1) As brochas são ferramentas com várias arestas que podem efetuar sequencialmente o desbaste, o acabamento e o polimento de um furo num único curso de brocha, resultando numa elevada eficiência de produção.
2) A precisão da brocagem depende essencialmente da exatidão da brocha. Em condições normais, a brochagem pode atingir tolerâncias de IT9 a IT7, com a rugosidade da superfície (Ra) a atingir 6,3 a 1,6 μm.
3) Durante a brochagem, a peça de trabalho é auto-localizada pelo furo que está a ser maquinado (a parte dianteira da brocha serve como elemento de posicionamento), o que torna difícil garantir a precisão posicional do furo em relação a outras superfícies; para peças rotativas que requerem concentricidade entre as superfícies interna e externa, a brochagem é frequentemente realizada em primeiro lugar, seguida da maquinação de outras superfícies com base no furo como referência.
4) As brochas podem maquinar não só furos redondos, mas também furos moldados e furos estriados.
5) As brochas são ferramentas de tamanho fixo com formas complexas e custos elevados, tornando-os inadequados para a maquinagem de grandes furos.
A brochagem é normalmente utilizada na produção em massa para maquinar furos passantes em peças pequenas e médias com diâmetros entre 10 e 80 mm e profundidades de furo não superiores a cinco vezes o diâmetro.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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