Ferramentas de perfuração de furos profundos: Tipos e aplicações

A usinagem de furos profundos é um aspecto desafiador da engenharia mecânica e um tema atual de destaque no processamento. Com o aumento da demanda por usinagem complexa de furos profundos, que exige alta precisão e eficiência, torna-se fundamental dominar o desempenho e a gama de aplicações de várias brocas para furos profundos.

Este artigo apresenta principalmente as características, a faixa de aplicação e as considerações de várias brocas para furos profundos.

O que é um Deep Hole?

Na fabricação mecânica, um furo cilíndrico com uma profundidade superior a dez vezes o seu diâmetro é geralmente chamado de furo profundo.

Os furos profundos são categorizados com base na relação entre a profundidade do furo (L) e o diâmetro (D), geralmente divididos em furos profundos gerais, furos profundos médios e furos profundos especiais. (Observação: quanto maior a relação L/D, mais desafiador é o processo de usinagem).

Classificação de furos profundos por relação L/D

1. L/D = 10-20, classificados como furos profundos gerais. Normalmente usinados com brocas helicoidais longas em perfuração ou máquinas de torneamento.
2. L/D = 20-30, considerados furos de profundidade média. Comumente usinados em máquinas de torneamento.
3. L/D = 30-100, classificados como furos profundos especiais. Eles exigem brocas de furo profundo em máquinas de furo profundo dedicadas ou equipamentos especiais.

Características da usinagem de furos profundos:

1. A rigidez e a resistência da barra de ferramentas são limitadas pelo diâmetro do furo, o que resulta em pouca rigidez e baixa resistência. Isso pode causar vibração, ondulação e afunilamento durante o corte, afetando a retidão e a resistência do furo. rugosidade da superfície do buraco profundo.
2. Durante a perfuração e o alargamento, é difícil fornecer líquido de arrefecimento e lubrificante à área de corte sem dispositivos especiais, o que reduz a vida útil da ferramenta e dificulta a remoção de cavacos.
3. Na usinagem de furos profundos, a observação direta do processo de corte não é possível. Os operadores devem confiar na experiência, ouvir os sons de corte, observar os cavacos, sentir as vibrações, monitorar a temperatura da peça e observar os instrumentos (pressão do óleo e amperímetros) para garantir o corte normal.
4. A remoção de cavacos é desafiadora e requer métodos confiáveis para quebrar e controlar o comprimento e a forma dos cavacos para uma ejeção suave e para evitar bloqueios.
5. Para garantir uma usinagem suave e atingir a qualidade exigida, é importante adicionar dispositivos internos (ou externos) de remoção de cavacos, guias e suportes de ferramentas e sistemas de refrigeração e lubrificação de alta pressão.
6. A má dissipação de calor nas ferramentas leva ao aumento das temperaturas de corte, reduzindo a vida útil da ferramenta.

Tipos e estruturas de brocas para furos profundos

As brocas de furo profundo são categorizadas em tipos de remoção de cavacos externos e internos. A remoção externa de cavacos inclui brocas com pistola e brocas de furo profundo de metal duro integral (que podem ser com ou sem furos de resfriamento); a remoção interna de cavacos inclui brocas de furo profundo BTA, brocas ejetoras e brocas de furo profundo do sistema DF. Os tipos e as faixas de aplicação das brocas de furo profundo são os seguintes.

Características e faixa de aplicação de várias brocas para furos profundos

1. Exercícios com armas

Batizadas pelo seu uso inicial no setor militar para usinagem de canos de armas e canhões, as brocas canhão são eficazes para uma ampla gama de usinagem de furos profundos, desde moldes de aço, fibra de vidro, Teflon e outros plásticos até ligas de alta resistência (como P20 e ligas de ferro cromo-níquel). Na usinagem de furos profundos com requisitos rigorosos de tolerância e rugosidade de superfície, as brocas canhão garantem precisão dimensional, precisão posicional e retidão.

Princípio de funcionamento do sistema de perfuração com pistola: O fluido de corte entra na haste de perfuração pela entrada de óleo no cabeçote móvel, resfria e lubrifica a cabeça de perfuração e ejeta os cavacos pela ranhura externa em forma de V. Esse sistema é usado principalmente para furos profundos de pequeno diâmetro (menos de 20 mm).

Aplicações de perfuração com pistola: As brocas canhão (brocas de furo profundo para remoção de cavacos externos) são usadas principalmente para usinagem de furos com diâmetros de φ2-20 mm, relações de aspecto L/D >100, precisão IT8-IT10 e valores de rugosidade de superfície Ra=12,5-3,2μm. Elas são menos eficientes do que as brocas de furo profundo com remoção interna de cavacos.

2. Broca de furo profundo para remoção de cavacos internos BTA

Para atender aos requisitos mais complexos de usinagem de furos profundos de grande diâmetro, foi desenvolvida a tecnologia de furação profunda com remoção interna de cavacos BTA. Como os cavacos são ejetados internamente, evitando o contato com a superfície usinada, a BTA oferece maior qualidade de superfície e uma gama mais ampla de diâmetros de furo em comparação com a perfuração com pistola.

No sistema BTA, tanto a cabeça de perfuração quanto a haste são cilindros ocos. O princípio de funcionamento é ilustrado abaixo: O fluido de corte pressurizado entra no lubrificador, flui pelo espaço anular formado entre a haste de perfuração e a parede do furo até a área de corte para resfriamento e lubrificação, e empurra os cavacos para a saída de cavacos na cabeça de perfuração, que são então ejetados pela cavidade interna da haste.

As brocas para furos profundos com remoção interna de cavacos são adequadas para usinagem de diâmetros acima de 20 mm, proporções de até 100, precisão IT7-IT10 e rugosidade de superfície Ra3,2-1,6μm. Sua eficiência de produção é mais de três vezes superior à da remoção externa de cavacos.

Principais desvantagens das brocas de furo profundo com remoção interna de cavacos BTA: São necessárias máquinas-ferramentas especiais, além de um dispositivo de separação de cavacos do fluido de corte usando sedimentação por gravidade ou separação eletromagnética para reciclar o fluido de corte. Além disso, forma-se uma zona de alta pressão entre a peça de trabalho e o lubrificador durante o corte, o que exige uma vedação confiável antes da perfuração.

3. Broca ejetora

O sistema interno de perfuração de furos profundos para remoção de cavacos sofre com uma perda significativa no canal de fluido anular, exigindo maior pressão e taxas de fluxo durante a usinagem. Para resolver esse problema, o mercado desenvolveu uma tecnologia de perfuração mais eficiente e de maior qualidade: a broca ejetora.

A broca ejetora emprega o princípio do efeito ejetor da dinâmica de fluidos, usando um método de remoção de cavacos internos de tubo duplo inventado com hastes de perfuração concêntricas. A ferramenta é conectada à máquina por meio de um conector, e o sistema de broca ejetora usa uma haste de perfuração tubular de camada dupla. 2/3 do fluido de corte pressurizado entra no espaço anular entre as hastes de perfuração interna e externa, fluindo em direção à área de corte para resfriamento e lubrificação, e empurrando os cavacos para a cavidade interna da haste de perfuração.

O 1/3 restante do fluido de corte é injetado em alta velocidade a partir de bicos em forma de meia-lua na haste de perfuração interna, criando uma área de baixa pressão dentro da cavidade interna, que suga o fluido de corte que carrega os cavacos. Sob a ação dupla de injeção e sucção, os cavacos são rapidamente ejetados da saída.

O suprimento de óleo na perfuração com ejetor é feito por meio de um conector rotativo, e o assento da guia serve principalmente como suporte, permitindo que seja separado da peça de trabalho. Isso é altamente vantajoso para a usinagem de cinco eixos, que geralmente envolve superfícies não planas em que o assento da guia não pode estar em contato direto com a peça. Além disso, o efeito de vácuo criado durante a perfuração com ejetor facilita a remoção de cavacos, oferecendo maior flexibilidade no uso.

As brocas ejetoras são adequadas principalmente para usinagem de furos com proporções não superiores a 100 e diâmetros que variam de 18 a 65 mm, com níveis de precisão entre IT9 e IT11.

4. Broca de furo profundo do sistema DF

A broca para furos profundos do sistema DF, também conhecida como broca ejetora de tubo único, é a abreviação de "Double Feeder" (alimentador duplo). Essa ferramenta, desenvolvida em meados da década de 1970 pela Nippon Metal Company Ltd. no Japão, evoluiu a partir da broca ejetora padrão. Ela combina o método de ejeção de cavacos da broca de furo profundo com remoção interna de cavacos BTA padrão com o método de sucção de cavacos da broca ejetora.

Sua haste de perfuração única é suportada pelo fluido de corte, reduzindo a vibração e permitindo maior espaço de remoção de cavacos, resultando em maior eficiência e precisão. Ela é adequada para usinagem de furos profundos de alta precisão; sua eficiência de produção é de 3 a 6 vezes maior do que a das brocas com pistola e três vezes maior do que a das brocas de remoção de cavacos internos BTA, mas a um custo mais alto.

As configurações da cabeça de perfuração acima indicam que, independentemente do método de remoção de cavacos, o sistema compreende a peça de trabalho, as ferramentas, os acessórios especiais, as máquinas-ferramentas e os sistemas de controle.

Os acessórios especiais dependem do método de fornecimento de fluido de corte, do método de remoção de cavacos e do movimento relativo entre a peça de trabalho e a ferramenta. Portanto, a usinagem de furos profundos exige equipamentos e acessórios especializados, tornando a estrutura do equipamento complexa e cara.

Precauções para usinagem de furos profundos

1. Pontos-chave operacionais para usinagem de furos profundos

Assegure a concentricidade do fuso e da bucha de guia da ferramenta, da bucha de suporte da barra de ferramentas e da bucha de suporte da peça de trabalho; mantenha um sistema de fluido de corte claro e normal; evite furos centrais na face da extremidade usinada e perfuração em superfícies inclinadas; mantenha o formato normal dos cavacos, evitando cavacos retos em forma de faixa; use velocidades mais altas para usinagem de furos passantes, reduzindo a velocidade ou parando a máquina quando a broca estiver prestes a romper para evitar danos à broca.

2. Considerações sobre o fluido de corte na usinagem de furos profundos

A usinagem de furos profundos gera um calor de corte significativo, que é difícil de dissipar, exigindo fluido de corte suficiente para a lubrificação e o resfriamento da ferramenta.

Normalmente, é usada uma emulsão 1:100 ou uma emulsão de extrema pressão; para requisitos de maior precisão e qualidade de superfície ou ao usinar materiais resistentes, escolha uma emulsão de extrema pressão ou uma emulsão de extrema pressão de alta concentração. A viscosidade cinemática do óleo de corte geralmente é escolhida em (40°C) 10-20cm²/s, com uma taxa de fluxo de fluido de 15-18m/s; use óleos de corte de viscosidade mais baixa para diâmetros menores; para usinagem de furos profundos de alta precisão, pode ser usada uma mistura de óleo de corte de óleo sulfurizado de extrema pressão 40% + querosene 40% + parafina clorada 20%.

A pressão e a taxa de fluxo do fluido de corte estão intimamente relacionadas ao diâmetro do furo e ao método de usinagem, conforme detalhado na tabela de referência.

3. Precauções para o uso de perfuratrizes de furos profundos

• Certifique-se de que a face da extremidade da peça de trabalho esteja perpendicular ao eixo para garantir uma vedação confiável.
• Faça um furo raso na posição do furo da peça antes da usinagem oficial para guiar e centralizar a broca.
• Use o avanço automático para garantir a vida útil da ferramenta.
• Substitua todos os componentes desgastados do injetor de fluido e do suporte central móvel para evitar afetar a precisão da perfuração.

Conclusão

A usinagem de furos profundos ocupa uma posição vital no campo da usinagem mecânica, sendo responsável por cerca de 40% da usinagem de furos. O surgimento contínuo de novas peças de furos profundos de alta dureza e alto valor, difíceis de usinar

exige maiores profundidades de processamento, precisão e eficiência. Como um processo fundamental e um aspecto desafiador, somente compreendendo o conceito de furos profundos, as características e os desafios da usinagem de furos profundos e conhecendo de forma abrangente os tipos, as estruturas e as faixas de aplicação de várias brocas de furos profundos, é possível melhorar a eficiência da usinagem de furos profundos.