FURAÇÃO. FURAÇÃO -Definição. Furadeira com ferramenta e peça furada, 4000 a.c.

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1 FURAÇÃO FURAÇÃO -Definição Furadeira com ferramenta e peça furada, 4000 a.c. 1

2 FURAÇÃO -Definição Processo de usinagem onde movimento de corte principal é rotativo, e o movimento de avanço é na direção do eixo. Furação - Generalidades Tipos de Operações 2

3 Furação - Generalidades Tipos de operação Furo escareado Furação - Generalidades Tipos de Furação Furo escareado 3

4 Furação - Generalidades Rebaixamento - Ferramentas Furação - Generalidades Variações no processo de furação - Rebaixamento 4

5 Furação Partes da Broca Tipos de Brocas Broca helicoidal com haste cilíndrica φ da broca Broca helicoidais com cone Morse Guia Rebaixo Haste cônica Lingüeta de extração Furação - Geometria Ângulo de ponta Ângulo de hélice (Ângulo de saída) Canal Ângulo de folga Superfície lateral de folga Superfície de saída Largura da guia 5

6 Furação - Geometria Geometria de brocas helicoidais α = ângulo de folga β = ângulo de cunha γ = ângulo de saída rε = raio de quina ε = ângulo de quina σ = ângulo de ponta Ψ = Ângulo da aresta transversal A aresta transversal é parte integrante do aresta principal, e tem como função extrudar material na direção da aresta principal Aresta principal é a aresta cortante e direciona no sentido de corte A forma e o ângulo de hélice da broca definem o ângulo de saída γ, que não é constante ao longo da aresta principal γ tem valor máximo na quina da broca e diminui no sentido do centro da broca, tornando-se negativo na passagem para aresta transversal. Furação Geometria ARESTA PONTA DE CORTE TRANSVERSAL GUIA NÚCLEO OU ALMA ARESTA PRINCIPAL DE CORTE SUPERFÍCIE PRINCIPAL DE FOLGA 6

7 Furação Terminologia ângulos da broca Furação - Generalidades Processo de maior importância - 20 a 25% do total de aplicações dos processos de usinagem A broca helicoidal é a ferramenta mais fabricada e mais difundida para usinagem Utilização em furos curtos ou profundos Utilização na furação em cheios ou com pré-furo. 7

8 Furação - Genaralidades A velocidade de corte vai de um valor máximo na periferia da broca até o valor zero no seu centro r 0 ; vc 0; r rmax; vc vc max Dificuldade no transporte dos cavacos para fora da região do corte Distribuição não adequada de calor na região do corte Desgaste acentuado nas quinas com canto vivo Atrito das guias nas paredes do furo Exemplo de afiação de broca Existem aproximadamente 150 formas de afiações e uma série de perfis específicos 8

9 AFIAÇÃO DA BROCA A afiação é feita somente na superfície de folga Furação Terminologia Geometria de brocas helicoidais Guia reduz atrito com as paredes e direciona a broca Haste: fixação na máquina Largura da guia Haste 9

10 ESCOAMENTO DO CAVACO EM FUNÇÃO DO TIPO DE CANAL Escoamento dos cavacos : pela refrigeração e/ou pela hélice ESCOAMENTO DO CAVACO EM FUNÇÃO DO TIPO DE CANAL Exemplo: broca com canal reto e retirada de cavaco Canal interno: alimentação do fluido lubri-refrigerante 10

11 VARIAÇÃO ÂNGULO SAÍDA γ (e conseqüentemente ângulo de ponta σ) são variados de acordo com as características do material a ser usinado Variação do ângulo de saída e a formação do cavaco peça cavacos Aresta principal Início da aresta principal Final da aresta transversal Direção do avanço Centro da broca 11

12 VARIAÇÃO ÂNGULO SAÍDA Variação ângulo de folga 12

13 INFLUÊNCIA DO ÂNGULO DE PONTA Rebarba na peça Rebarba em disco Função da Aresta Transversal Seção Normal através da Aresta Transversal da Broca Material deformado Aresta Transversal Na aresta transversal existe grande deformação e escoamento 13

14 Furação Material da Ferramenta Materiais para brocas Requisitos para materiais de brocas Tenacidade Resistência a compressão Resistência a abrasão Resistência térmica Resistência ao choque e a fadiga Furação Material da Ferramenta Aço ferramenta Materiais para brocas Muito pouco empregado em aplicações industriais Brocas para hobby Brocas de baixo custo para aplicações simples Brocas para materiais de fácil usinagem, tais como alumínio, plásticos e madeira 14

15 Furação Material da Ferramenta Materiais para brocas Metal duro Homogeneidade, elevada dureza, resistência à compressão e ao desgaste à quente As velocidades de corte podem ser até 3 vezes maiores que as utilizadas com ferramentas de aço rápido Qualidade do furo - 3 classes IT melhores que os obtidos na usinagem com aço rápido (Chega a IT7) Aplicação de ferramentas de metal duro exige máquinas com características de velocidade, potência, refrigeração e rigidez adequadas Brocas podem ser maciças (maior aceitação) ou com insertos intercambiáveis com ou sem revestimento Furação Formas Construtivas Materiais para brocas Formas construtivas de brocas em função do material Broca com soldada Broca Integral Broca com incerto 15

16 Furação Formas Construtivas Broca Canhão Broca com inserto intercambiável Furação Formas Construtivas Broca Canhão 16

17 Furação Formas Construtivas Materiais convencionais Ex.: Aço e Ferro Fundido δ= 25º - 33º Materiais não convencionais e com cavacos curtos Ex.: Plástico e Latão δ= 15º - 20º Materiais muito dúcteis Ex.: Alumínio e bronze δ= 35º - 40º Furação Formas Construtivas Fixação de ferramentas na furação Brocas com variações nas haste retas, tais como: ferramentas com haste aplainada (chanfrada), em meia-cana, quadrada, roscas, entalhes Luvas e buchas 17

18 Furação Fixação de Broca Fixa o de ferramentas na furação Brocas com haste cilíndricas Mandril Os de três castanhas são os mais utilizados Aperto manual ou com chave Furação Fixação de Broca Pinças 18

19 Furação Fatores que influenciam a qualidade e precisão do furo: Processo Peça Ferramenta Máquina Parâmetros Rigidez Furação Precisão média de furos produzidos com brocas helicoidais 19

20 Furação Erros comuns na geometria do furo Erros de forma: diâmetro não uniforme Rebarba: rebarba na entrada ou saída do furo Erros de posicionamento: deslocamento do centro do furo Erros de circularidade: seção circular distorcida Erros de dimensão: diâmetro resultante diferente da broca Furação Erros comuns na geometria do furo 20

21 Cinemática do Processo Cinemática do Processo Cinemática do Processo Velocidade de corte na furação é definida como a velocidade periférica da broca Fórmulas: Vc = π. d. n 1000 n d n = Vc.1000 π. d d Onde: Vc = Velocidade de corte (m/min) n = Rotações por minuto (rpm) d = Diâmetro da broca (mm) π = Constante (3,1416) 21

22 Cinemática do processo Velocidade de avanço na furação é definida como a velocidade de penetração da da broca Vf = f x n Onde: Vf = Velocidade de acanço (mm/min) n = Rotações por minuto (rpm) f = avanço da broca (mm) L1 L2 L L3 TEMPO DE FURAÇÃO L = L1 + L2 + L3 + L4 Onde: L1 = Posicionamento L2 = Espessura da peça L3 = Ponta da Broca (aprox. 0,2 x Diâm.) L4 = Espaço o percorrido antes do retorno. L1 L2 L L3 L4 22

23 TEMPO DE FURAÇÃO É o tempo gasto para a confecção de um furo. Como o movimento de avanço é retilíneo e uniforme, vale a relação: Onde: L = Comprimento de operação (mm) V f = Velocidade de avanço o (mm/min.) V f = avanço o por rotação (mm/rot) x rotações por minuto (rpm) t c = L / V f Exemplo Diâmetro da broca= 15 mm, Va = 265 mm/min e σ=118º L1 = 3 mm L2 = 30 mm L3 = 4,5 mm L4 = 3 mm L = 40,5 mm L 3 R σ/2 L 3 = R/tg(σ/2)=7,5/tg(118/2)=4,5 T c = L V a L1 40,5 = = 265 0,153min L2 L L3 L4 23

24 Furação Desgaste e avarias de Brocas Desgaste em Broca Helicoidais Desgaste de flanco (Vb) - baixa qualidade, imprecisão e aumento do atrito Desgaste nas guias - não gera aumento no momento Desgaste da aresta transversal - arredondamento e possível lascamento das zonas de transição Desgaste de cratera - remoção de material por abrasão e difusão Aresta postiça - adesão do material da peça encruado na ferramenta Fratura - fim catastrófico Furação Desgaste em Broca Helicoidais Desgaste da aresta transversal ou de ponta 24

25 Sistema de Forças Resistências ao corte na furação: Resistência devido ao corte do material nas duas arestas principais de corte (M ta e P aa ) Resistência devido ao corte e extrusão do material na aresta transversal de corte (M tb e P ab ) Atrito nas guias e atrito entre a superfície de saída da broca e o cavaco (M tc e P ac ) Sistema de Forças M = M ta + M tb + M tc P a = P aa + P ab + P ac MOMENTO TORÇÃO FORÇA DE AVANÇO 25

26 Sistema de Forças - Contribuição ARESTAS PRINCIPAIS ARESTA TRANSVERSAL ATRITO MOMENTO M t 77 90% 3 10% 3 13% FORÇA DE AVANÇO P a 39 59% 40 58% 2 5% Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais 26

27 Furação Sistema de Forças P c = Força de corte P a = Força de avanço Sistema de Forças em Broca Helicoidais Broca Direção de corte Peça P c P e P a Direção efetiva Avanço de trabalho 27

28 Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais As forças podem também ser determinadas através de equações empíricas Essas dependem basicamente do diâmetro da broca, do avanço e do material da peça. Também contribuem as características do tipo de broca ou condições externas que exercem influência secundária sob a determinação destas constantes, como o ângulo de ponta, o ângulo de hélice, a qualidade da afiação da ferramenta e o fluido de corte empregado. Furação Momento de Torção KRONEMBERG: M t = C 1.D x.f y SHAW E OXFORD: M t = 0,087.HB.f 0,8.D 1,8 KIENZLE: Mt = K s1 bh 1-z D/2 28

29 Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais Formula de Kronemberg para a determinação do Momento de Torsão na furação em cheio M t = C 1 D x1 f y1 D = Diâmetro da Broca [mm] F = avanço [mm/volta] C1, x1 e y1 = constantes empíricas do material da peça. Furação Sistema de Forças em Broca Helicoidais M t = C 1 D x1 f y1 Aço C1 x ,2 ± 0,5 2, ,1 ± 0,4 2, ,3 ±0,9 2, ,9 ± 0,3 2, ,9 ± 0,6 1, ,8 ± 0,9 1,97 VM20 48,6 ± 1,2 1,77 VND 26,2 ± 0,8 2,13 VS60 10,9 ± 0,8 2,33 y1 0,86 0,76 0,83 0,77 0,77 0,77 0,72 0,78 0,70 29

30 Furação Formula de H. Daar para a determinação do da força de avanço na furação em cheio F f = C Aço C1 2 D x2 f y2 x2 y ± 8 1,02 0, ,5 ± 0,4 1,32 0, ,6 ± 0,8 1,07 0, ,0 ± 0,5 1,32 0, ,4 ± 0,8 1,21 0, ,9 ± 0,8 1,41 0,66 VM20 27,3 ± 0,6 1,3 0,59 VND 55,1 ± 1,4 1,29 0,72 VS60 42,7 ± 1,0 1,35 0,70 Furação Parâmetros Kienzle Furação em cheio 30

31 Exemplo Broca de Aço Rápido de diâmetro igual a 15 mm Condições de corte: Vc = 25 m/min e a = 0,5 mm/rot Material da peça : Aço ABNT 1020 Calcular M Profundidade do furo (passante) = 30 mm t, N c e P a Segundo Kronemberg: M t = C 1.D x.a y Da tabela V: C 1 = 15,1; x = 2,22 e y = 0,76 M t = 15,1. (15) 2,22.(0,5) 0,76 = 3640 Kgfm 2M tvc P = = = 2, D c 7 CV Exemplo Broca de Aço Rápido de diâmetro igual a 15 mm Condições de corte: Vc = 25 m/min e a = 0,5 mm/rot Material da peça : Aço ABNT 1020 Calcular M Profundidade do furo (passante) = 30 mm t, N c e P a Cálculo de P a Segundo H. Daar: P a = C 4.D x.a y Da tabela VIII: C 4 = 32,5; x = 1,32 e y = 0,65 F a = 32,5. (15) 1,32.(0,5) 0,65 = 739 Kgf 31

32 Exemplo SEGUNDO A KENNAMETAL Exemplo Potência de Acionamento: Pc = z * d 2 * π * n * k c1.1 * ( f / z) (1-mc) (kw) Onde: Z = número n de cortes da broca (para brocas c/ insertos interc.. Z = 1) d = diâmetro da broca n = rotação da broca ou peça k c1.1 = força a específica de corte (tabela) f = avanço o por volta 1-mc = constante (tabela) 32

33 Exemplo Torque ou Momento Torsor: Mt = z * d 2 / 8 * k c1.1 *( f / z ) (1-mc) (Nm) Onde: Z = número de cortes da broca (brocas c/ insertos interc.. = 1) d = diâmetro da broca k c1.1 = força específica de corte (tabela( tabela) f = avanço por volta 1-mc = constante (tabela) Exemplo Força a de Avanço: Fa = z * d /2 * k f1.1 ( f / z ) (1 - mf ) (N) Onde: Z = número n de cortes da broca (para brocas c/ insertos interc.. Z = 1) d = diâmetro da broca k f1.1 = força a específica de avanço o (tabela) f = avanço o por volta 1-mf = constante (tabela) 33

34 Exemplo Material Forças de Corte p/ Brocas c/ Insertos Intercamb. Forças de Corte p/ Brocas Inteiriças de M. Duro Grupo No. kc1.1 1-mc kf mf kc1.1 1-mc kf mf 1.1 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Conversão Para converter: kw kw Nm Nm N em: Dividir por: CV 0,7360 hp 0,7463 kgfm libraspol. libras 9,8066 0,1130 4,

35 Exemplo - Comparação Broca de Aço Rápido de diâmetro igual a 15 mm Condições de corte: Vc = 25 m/min e a = 0,5 mm/rot Material da peça : Aço ABNT 1020 Profundidade do furo (passante) = 30 mm Calcular M t, N c e P a Segundo Kennametal:Kc1.1 = 1361; 1-mc = 0,832 Kf1.1 = 303; 1-mf = 0,379 Mt = 2465 Kgfm Nc = 1,82 CV Pa = 268,7 Kgf Resultados Kronemberg/Daar Mt = 3640 Kgfm Nc = 2,7 CV Pa = 739 Kgf Furação Critério de fim de vida em furação Definição: perda do controle sobre os cavacos ou iminência de uma quebra rápida Fatores considerados Textura superficial Exatidão dimensional e geométrica Estado da ferramenta Formação do cavaco Vida restante da ferramenta 35

36 Furação Critério de fim de vida em furação Critérios de fim de vida utilizados na prática Tempo de máquina Tempo efetivo de corte Volume de metal removido Número de peças usinadas Velocidade de corte equivalente Comprimento usinado equivalente Velocidade de corte relativa Furação - Máquinas - Ferramentas 36

37 Furação - Máquinas Ferramentas - Tipos Furação - Máquinas Ferramentas - Tipos 37