Já alguma vez se perguntou como é que se fazem pequenos furos com tanta precisão no metal? Este artigo explora o fascinante mundo da perfuração, revelando os segredos por detrás de várias brocas e técnicas. Ficará a saber como os profissionais conseguem furos perfeitos e as ferramentas que utilizam. Prepare-se para descobrir os meandros da perfuração!
Os vários processos de corte de perfuração, alargamento ou contra-furo são efectuados utilizando diferentes tipos de brocas.
A perfuração é um processo de corte que produz furos utilizando brocas helicoidaisA utilização de berbequins de ponta fina, berbequins planos ou berbequins de centro em materiais sólidos para criar furos de passagem ou furos cegos.
O alargamento aumenta o diâmetro de um furo pré-existente numa peça de trabalho utilizando uma broca de alargamento.
O rebaixamento é efectuado utilizando uma broca de rebaixamento numa extremidade do furo pré-existente para produzir rebaixos, furos cónicos, planos parciais ou formas esféricas, que são utilizados para instalar fixadores.
Existem dois métodos principais de perfuração:
1) a peça de trabalho permanece estacionária enquanto a broca roda e avança axialmente, o que é geralmente aplicado em máquinas de perfuração, máquinas de perfuração, centros de maquinagem ou máquinas-ferramentas combinadas;
2) a peça de trabalho roda enquanto a broca apenas avança axialmente, o que é geralmente aplicado em tornos ou máquinas de perfuração profunda. As brocas helicoidais podem produzir diâmetros de furo que variam entre 0,05 mm e 100 mm, enquanto as brocas planas podem atingir até 125 mm. Para furos superiores a 100 mm, é normalmente efectuado primeiro um furo pré-perfurado mais pequeno (ou um furo de fundição reservado) e, em seguida, o furo é perfurado até à dimensão pretendida.
Durante a perfuração, a velocidade de perfuração (v) é a velocidade circunferencial do diâmetro exterior da broca (m/min) e a velocidade de avanço (f) é a distância axial que a broca (ou a peça de trabalho) se desloca por rotação enquanto perfura o furo (mm/r).
A Figura 2 mostra os parâmetros de perfuração de uma broca helicoidal. Como uma broca helicoidal tem duas arestas de corte, a taxa de avanço para cada dente é calculada como af=f/2 (mm/dente).
Existem duas profundidades de corte: na perfuração de furos, é calculada como metade do diâmetro da broca (d); no alargamento, é calculada como (d-d0)/2, em que d0 é o diâmetro do furo pré-existente.
A espessura da lasca cortada por cada dente é a0=afsin(Κr), com unidades em milímetros, onde Κr é metade do ângulo de ponta da broca.
Quando se utilizam brocas helicoidais de aço rápido para perfurar materiais de aço, a velocidade de perfuração é normalmente definida entre 16-40 m/min; utilizando liga dura As brocas podem duplicar a velocidade de perfuração.
Durante o processo de perfuração, uma broca helicoidal tem duas arestas de corte primárias e uma aresta transversal, normalmente designadas por "um ponto (centro da broca) e três lâminas", que participam no corte.
A broca helicoidal trabalha num estado semi-fechado onde a aresta transversal é severamente comprimida e a remoção de aparas é difícil. Por conseguinte, as condições de processamento são mais complexas e desafiantes do que o torneamento ou outros métodos de corte, resultando numa menor precisão de processamento e em superfícies mais ásperas.
A precisão da perfuração de materiais de aço é geralmente IT13-10, com rugosidade da superfície de Ra20-1,25μm, enquanto a precisão do alargamento pode atingir IT10-9, com rugosidade superficial de Ra10-0,63μm.
A qualidade e a eficiência do processo de perfuração dependem em grande medida da forma da aresta de corte da broca.
Na produção, a forma e o ângulo da aresta de corte de uma broca helicoidal são frequentemente alterados por afiação para reduzir a resistência ao corte e melhorar o desempenho da perfuração. A broca de grupo da China é um exemplo de uma broca helicoidal produzida com este método.
Quando a relação entre a profundidade (l) e o diâmetro (d) de um furo é superior a seis, considera-se geralmente que se trata de uma perfuração profunda. A broca utilizada na perfuração de furos profundos é fina e tem pouca rigidez. Durante a perfuração, a broca é suscetível de se desviar e de se atritar com a parede do furo, dificultando o arrefecimento e a remoção das aparas.
Por conseguinte, quando a relação l/d é superior a 20, é necessária uma broca de perfuração profunda especialmente concebida e um fluido de corte com um determinado caudal e pressão é utilizado para arrefecimento e lavagem de aparas para obter resultados de perfuração de alta qualidade com elevada eficiência.
Uma broca é uma ferramenta de corte Utilizado para efetuar furos em materiais sólidos, quer para criar furos passantes ou furos cegos, e pode também ser utilizado para alargar furos existentes.
As brocas normalmente utilizadas incluem brocas helicoidais, brocas planas, brocas de centro, brocas de furo profundo e brocas de contra-furo. Embora os alargadores e os escareadores não sejam utilizados para efetuar furos em materiais sólidos, são frequentemente classificados como brocas.
Figura 3. Vários tipos de brocas.
As brocas helicoidais são as ferramentas de processamento de furos mais utilizadas. O diâmetro varia de 0,25mm a 80mm. É composta principalmente por uma parte de trabalho e uma parte de haste.
A peça de trabalho tem duas ranhuras helicoidais que se assemelham a uma fita torcida, razão pela qual é designada por broca helicoidal. Para reduzir o atrito entre a parte guia e a parede do furo durante a perfuração, o diâmetro da broca helicoidal diminui gradualmente da ponta para a haste numa forma cónica.
O ângulo em espiral da broca helicoidal afecta principalmente o tamanho do ângulo frontal da aresta de corte, a resistência da lâmina da aresta e o desempenho da remoção de aparas, variando normalmente entre 25° e 32°.
A ranhura em espiral pode ser processada por fresagem, trituração, laminagem a quente ou extrusão a quente, e a parte cortante da broca é formada depois de ser afiada.
O ângulo superior da parte cortante de uma broca helicoidal normal é de 118°, o ângulo de inclinação do bordo transversal é de 40° a 60° e o ângulo posterior é de 8° a 20°. Devido a razões estruturais, o ângulo frontal é gradualmente reduzido do bordo exterior para o meio, e existe um ângulo frontal negativo (até cerca de -55°) no bordo transversal, que exerce um efeito de pressão durante a perfuração.
Para melhorar o desempenho de corte da broca helicoidal, a peça de corte pode ser retificada em várias formas (como brocas de grupo) de acordo com as propriedades do material que está sendo processado. A haste de uma broca helicoidal tem duas formas: haste reta e haste cónica. Durante o processamento, a primeira é fixada na bucha de perfuração e a segunda é inserida no furo cónico do fuso ou do cabeçote móvel da máquina-ferramenta.
Geralmente, as brocas helicoidais são feitas de aço de alta velocidade. Brocas helicoidais com carboneto cimentado são adequadas para processar ferro fundido, aço endurecido, materiais não metálicos, etc., e as pequenas brocas helicoidais de metal duro são utilizadas para processar peças de instrumentos e placas de circuitos impressos, etc.
A parte de corte da broca plana tem a forma de uma pá e a sua estrutura é simples, com um baixo custo de fabrico. O fluido de corte pode ser facilmente introduzido no furo, mas o seu desempenho de corte e remoção de aparas é fraco. As brocas planas podem ser divididas em dois tipos: integrais e montadas.
O tipo integral é utilizado principalmente para perfurar microfuros com um diâmetro de 0,03 mm a 0,5 mm. As brocas planas montadas têm lâminas substituíveis e podem ser arrefecidas internamente. São principalmente utilizadas para efetuar grandes furos com um diâmetro de 25mm a 500mm.
As brocas de furo profundo referem-se normalmente a ferramentas que têm uma relação profundidade/diâmetro do furo superior a 6. As brocas de furo profundo comummente utilizadas incluem brocas de pistola, brocas de furo profundo BTA, brocas de jato, brocas de furo profundo DF, etc. As brocas de contra-furo também são normalmente utilizadas para o processamento de furos profundos.
Os alargadores têm 3-4 dentes e são mais rígidos do que as brocas helicoidais. São utilizados para alargar os furos existentes e melhorar a precisão e a suavidade do processamento.
As brocas de rebaixamento têm vários dentes e são utilizadas para moldar a extremidade dos furos, como os furos de rebaixamento para vários tipos de parafusos de rebaixamento ou para aplanar a superfície exterior da extremidade dos furos.
As brocas de centro são utilizadas para efetuar furos centrais em peças de trabalho do tipo eixo. Essencialmente, são compostas por brocas helicoidais e brocas de contra-furo com ângulos de hélice muito pequenos, e também são chamadas de brocas de centro compostas.
Quando o pessoal do processo mecânico escolhe uma broca para uma tarefa específica de processamento de furos, a profundidade do furo processado tem de ser considerada em primeiro lugar. Quanto mais profundo for o furo processado, mais aparas terão de ser descarregadas durante o processo de maquinação.
Se as aparas geradas durante o processamento não puderem ser descarregadas atempada e eficazmente, podem bloquear a ranhura de remoção de aparas da broca, atrasando assim o processo de maquinagem e, em última análise, afectando a qualidade do processamento do furo.
Por isso, a remoção eficaz de aparas é um fator chave para completar com sucesso qualquer tarefa de processamento de furos de materiais.
Quando o pessoal do processo escolhe o tipo de broca mais adequado para uma tarefa específica de processamento de furos, é necessário calcular a relação entre o comprimento e o diâmetro da broca.
A relação comprimento/diâmetro é a relação entre a profundidade do furo processado e o diâmetro da broca. Por exemplo, se o diâmetro da broca é de 12,7 mm e a profundidade do furo a ser maquinado é de 38,1 mm, então o rácio comprimento/diâmetro é de 3:1.
Quando a relação comprimento/diâmetro é de cerca de 4:1 ou menos, a maioria das brocas helicoidais padrão pode descarregar suavemente as aparas cortadas pela aresta de corte da broca.
No entanto, quando a relação comprimento/diâmetro excede o intervalo acima referido, são necessárias brocas de furo profundo especialmente concebidas para conseguir uma maquinagem eficaz.
Quando a relação entre o comprimento e o diâmetro do furo processado excede 4:1, é difícil para as brocas helicoidais padrão retirarem as aparas da área de corte e descarregá-las para fora do furo. As limalhas bloquearão rapidamente a ranhura de remoção de limalhas da broca.
Nesta altura, é necessário parar a perfuração, retirar a broca do furo, limpar as aparas da ranhura de remoção de aparas e, em seguida, retomar a perfuração para continuar a cortar.
A operação acima precisa de ser repetida várias vezes para atingir a profundidade necessária do furo. Este método de perfuração é normalmente designado por "perfuração por picagem". Utilizar a "perfuração em bico" para maquinar furos profundos encurtará a vida útil da ferramenta, reduzirá a eficiência da maquinação e afectará a qualidade do furo processado.
Cada vez que a broca é retirada do furo para limpar as aparas e reinserida no furo, pode desviar-se da linha central do furo, fazendo com que o diâmetro do furo aumente para além do intervalo de tolerância de tamanho especificado.
Para resolver o problema da maquinagem de furos profundos, os fabricantes de brocas desenvolveram nos últimos anos dois novos tipos de brocas para maquinagem de furos profundos - brocas parabólicas normais e brocas parabólicas de lâmina larga.
A ranhura de remoção de aparas de uma broca parabólica tem uma forma parabólica e é especificamente utilizada para perfuração contínua de furos profundos com uma relação comprimento/diâmetro até 15:1 e dureza do material não superior a 25-26 HRC (incluindo aço de baixo carbono, vários ligas de alumínioligas de cobre, etc.).
Por exemplo, uma broca parabólica com um diâmetro de 12,7 mm pode maquinar com sucesso uma profundidade de furo até 190 mm.
Devido ao seu grande espaço de remoção de aparas, uma broca parabólica comum pode descarregar rapidamente as aparas na aresta de corte, permitindo que mais fluido de corte entre na área de corte, reduzindo assim significativamente a possibilidade de fricção de corte e soldadura de aparas.
Além disso, também reduz o consumo de energia, a carga de binário e o impacto de corte durante a maquinagem.
O ângulo de hélice de uma broca parabólica é de 36°-38°, que é maior do que o ângulo de hélice de uma broca helicoidal padrão (28°-30°). O ângulo de hélice pode indicar o grau de "torção" da broca, e quanto maior for o ângulo de hélice, maior será a velocidade da broca e da remoção de aparas.
Outra caraterística das brocas parabólicas comuns adequadas para maquinagem de furos profundos é o facto de o núcleo da broca ser mais espesso (o núcleo da broca refere-se à parte central da broca que não foi retificada após a formação da ranhura de remoção de aparas).
O núcleo de perfuração de uma broca helicoidal padrão representa cerca de 20% de toda a broca acabada, enquanto o núcleo de perfuração de uma broca parabólica pode representar cerca de 40% de toda a broca.
Na perfuração de furos profundos, um núcleo de perfuração mais grosso pode aumentar a rigidez da broca e melhorar a estabilidade do processo de perfuração. A ponta de perfuração da broca parabólica tem uma ranhura, pelo que pode ser utilizado um diâmetro de núcleo de perfuração maior. Além disso, pode evitar que a broca se desloque durante a fase inicial da perfuração.
As brocas parabólicas são feitas de aço de alta velocidade e podem ser revestidas à superfície para melhorar o seu desempenho de corte.
Para satisfazer as necessidades de perfuração profunda de materiais difíceis de maquinar (tais como materiais endurecidos trabalhados a frio), alguns fabricantes de ferramentas desenvolveram brocas parabólicas de lâmina larga.
Muitas características deste tipo de broca são semelhantes às das brocas parabólicas comuns, como um ângulo de hélice maior (36°-38°) para facilitar a remoção de aparas e um núcleo de broca mais espesso para melhor rigidez e estabilidade durante a maquinagem de furos profundos.
A diferença entre ela e as brocas parabólicas comuns está na forma do sulco de remoção de cavacos e na borda da lâmina. A borda da lâmina da broca parabólica de lâmina larga transita suavemente para a ranhura de remoção de cavacos, tornando a borda de corte da broca mais forte e mais rígida. Ao mesmo tempo, as aparas podem ser descarregadas suavemente através da ranhura de remoção de aparas.
Na perfuração de furos profundos, a temperatura elevada provocada pela fricção pode causar um ligeiro amolecimento ou recozimento da aresta de corte da broca, o que acelera o seu desgaste. A capacidade da aresta de corte da broca para manter a dureza durante o processamento pode ser expressa como "dureza vermelha".
As brocas parabólicas de lâmina larga são normalmente fabricadas com materiais de aço rápido e aço rápido com cobalto. Devido à maior dureza vermelha do aço rápido ao cobalto, a vida útil da ferramenta é mais longa e a resistência ao desgaste é maior.
Os seguintes revestimentos de superfície são normalmente utilizados para brocas parabólicas normais e brocas parabólicas de lâmina larga:
① Titânio (TiN): Este revestimento pode melhorar significativamente a vida útil das brocas e a qualidade dos furos processados. Em comparação com as brocas sem revestimento, as brocas com revestimento de TiN são mais adequadas para perfuração a alta velocidade de vários materiais (especialmente várias peças de aço).
② Revestimento de carbonitreto de titânio (TiCN): Na temperatura de corte adequada, as brocas revestidas com TiCN têm maior dureza, maior tenacidade e melhor resistência ao desgaste do que as brocas revestidas com TiN. Também são adequadas para perfuração a alta velocidade de vários materiais (especialmente peças de aço).
No entanto, devem ser utilizados com precaução no processamento de metais não ferrosos materiais metálicos porque o revestimento de TiCN tem uma elevada afinidade química com metais não ferrosos e é propenso ao desgaste.
③ Revestimento de nitreto de alumínio e titânio (TiAlN): Este revestimento pode melhorar a vida útil das brocas, especialmente em ambientes de corte de alta temperatura. Semelhante ao revestimento TiCN, o revestimento TiAlN não é muito adequado para o processamento de materiais metálicos não ferrosos.
Na maquinagem de furos profundos, para maximizar o desempenho de corte da broca, a velocidade de perfuração e a taxa de avanço devem ser optimizadas com base na relação comprimento-diâmetro específica.
Quando a relação comprimento/diâmetro do processo de perfuração é de 4:1, a velocidade de corte deve ser reduzida em 20%, e a taxa de avanço deve ser reduzida em 10%.
Quando a relação comprimento/diâmetro é de 5:1, a velocidade de corte deve ser reduzida em 30%, e a taxa de avanço deve ser reduzida em 20%. Quando a relação comprimento/diâmetro atinge 6:1-8:1, a velocidade de corte deve ser reduzida em 40%. Adicionalmente, quando a relação comprimento/diâmetro é de 5:1-8:1, a velocidade de avanço deve ser reduzida em 20%.
Embora o preço de uma broca parabólica seja 2-3 vezes superior ao de uma broca helicoidal standard, o seu excelente desempenho na maquinagem de furos profundos (relação comprimento/diâmetro superior a 4:1) reduz significativamente o custo de cada furo efectuado, tornando-a a ferramenta preferida dos técnicos mecânicos para processar furos profundos.
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.
PT 
EN 
DE 
ES 
FR 
NL 
RU 