FURAÇÃO E ESCAREAMENTO. Prof. Fernando 1

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1 FURAÇÃO E ESCAREAMENTO Prof. Fernando 1

2 Processo de usinagem onde movimento de corte é principal rotativo, e o movimento de avanço é na direção do eixo Furadeira a arco egípcia de A.C. Prof. Fernando 2

3 Generalidades Prof. Fernando 3

4 O que é Furação? Processo mecânico destinado à obtenção de um furo, geralmente cilíndrico, com auxílio de uma ferramenta multicortante. Furação representa 40 % de todas as operações de usinagem Prof. Fernando 4

5 Finalidade da Furação O processo de furação é usado fim de prover meios de elementos de fixação, muitas vezes de importância secundária, ou pré-furos para acabamento através de outros processos (alargamento, brochamento). Na furação devemos observar os seguintes fatores: -Diâmetro do furo -Profundidade do furo -Tolerâncias de forma e de medidas - Volume de produção Prof. Fernando 5

6 Operações de Furação Prof. Fernando 6

7 Furadeiras São máquinas utilizadas na produção de furos circulares. A usinagem acontece numa certa velocidade de corte da ferramenta (broca) e o seu avança sob pressão longitudinal. Prof. Fernando 7

8 Cinemática do Processo Prof. Fernando 8

9 Constituintes de brocas helicoidais Prof. Fernando 9

10 Tipos de Furadeiras Prof. Fernando 10

11 Tipos de Furadeiras Prof. Fernando 11

12 Furações Prof. Fernando 12

13 Furações Prof. Fernando 13

14 Tipos de Brocas Broca de centro Broca calçada Brocas com dentes postiços Prof. Fernando 14

15 Tipos de Brocas Brocas canhão Brocas múltiplas Prof. Fernando 15

16 Tipos de Brocas Brocas com furos para refrigeração Broca anular ou serra-copo Prof. Fernando 16

17 Variações do processo de furação com brocas Prof. Fernando 17

18 Partes da broca Pode ser dividida em 3 partes: Corpo parte da broca que contém os canais helicoidais Ponta onde se localizam as arestas principais e transversal de corte; Haste onde é feita a fixação da ferramenta. De acordo com o mecanismo de fixação pode ser: Cilíndrica para montagem em mandril; Prof. Fernando 18

19 Geometria das brocas Haste; Diâmetro (D) medido entre as guias da broca; Núcleo parte central da broca. Confere a rigidez necessária. Guias ressaltos observados na superfície externa da broca. Têm as funções de guiar a ferramenta e reduzir o atrito desta furo. Canais helicoidais superfícies de saída da ferramenta. Ângulo de hélice na com o periferia da broca coincide com o ângulo de saída. Arestas de corte as arestas principais se encontram em uma região que forma a aresta transversal de corte. Prof. Fernando 19

20 Principais Ângulos em Furação Prof. Fernando 20

21 Principais Ângulos em Furação Ângulo de ponta (σ) ângulo entre as arestas principais de corte. Normalmente igual a 118, ou 140 para materiais moles. Ângulo de folga (α f ) medido no plano de trabalho, varia usualmente entre 12 e 15. Ângulo da aresta transversal (ψ) ângulo observado entre as aresta principal de corte e a aresta transversal. Para os valores dados de α f, varia entre 45 e 55 Prof. Fernando 21

22 Principais Ângulos em Furação Ângulo de saída ( ϒf ) varia desde um valor igual ao ângulo de hélice na periferia até valores negativos no centro da broca. Ângulo de folga (α fe )diminui da periferia para o centro (pois o ângulo da direção efetiva η aumenta na direção do centro). Também o avanço causa o aumento de η. Prof. Fernando 22

23 Ângulo de Hélice O ângulo de hélice (λ) é o ângulo da helicoide formada pelos canais da broca. A norma DIN 1836 classifica três tipos de brocas quanto ao ângulo de hélice: Tipo N (normal) para furação de aços ligados e não ligados, ferro fundido cinzento e maleável, níquel e ligas de alumínio de cavacos curtos. Ângulos λ de 18 a 30 ; Tipo H (para materiais duros) ferro fundido com dureza superior a 240 HB; latão, ligas de magnésio. Ângulos λ de 10 a 15 ; Tipo W (para materiais dúcteis) para cobre, alumínio e suas ligas de cavacos longos, ligas de zinco. Ângulos λ de 35 a 45. Prof. Fernando 23

24 Afiações especiais de brocas helicoidais A: duplo tronco de cone com redução do gume transversal melhora a capacidade de centralização da broca, reduz a força de avanço (redução do gume transversal) B: duplo tronco de cone com redução do gume transversal e ângulo de saída corrigido - possibilidade de adaptar o ângulo de saída para aplicações específicas C: duplo tronco de cone com afiação em cruz sobre o gume transversal eliminando completamente o gume transversal interessante particularmente para furações profundas Prof. Fernando 24

25 Afiações especiais de brocas helicoidais D: duplo tronco de cone com redução de cone transversal e quina chanfrada - usinagem de ferro fundido cinzento E: ângulo de ponta de 180º com ponta de centragem - furação centrada, furos circulares sem rebarbas, furação de chapas. F: Afiação com quatro faces: apesar não ser normalizada, é muito utilizada para brocas com diâmetro inferior a 1,5 mm ou em brocas de metal duro, uma vez que aqui a afiação com duplo tronco de cone é bastante difícil Prof. Fernando 25

26 Furação com brocas helicoidais 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; Existem aproximadamente 150 formas de afiações e uma série de perfis específicos; Utilização em furos curtos ou profundos; Utilização na furação em cheios ou com préfuro; Prof. Fernando 26

27 Formas construtivas de brocas em função do material Prof. Fernando 27

28 Movimentos em Furação V c Velocidade de corte V ƒ Velocidade de avanço t c tempo de corte Prof. Fernando 28

29 Forças e Momentos na furação Os esforços verificados em furação são basicamente 3 : Força de Avanço: ocorre na direção axial da ferramenta. Força Passiva: ocorre na direção do raio da ferramenta. As componentes observadas nas 2 arestas de corte anulam-se devido à simetria da ferramenta. Momento Torçor: tangencial a ferramenta, ocorre devido à rotação da broca. Prof. Fernando 29

30 Particularidades do processo A velocidade de corte vai de um valor máximo na periferia da broca até o valor zero no seu centro; 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; Prof. Fernando 30

31 Forças em brocas helicoidais Força de corte (F c ) - essa corresponde à parcela da força de corte ( F ci ) que atua em cada um dos gumes cortantes e é decorrente da resistência ao corte do material usinado, tendo grande influência sobre o momento torçor que atua na furação Prof. Fernando 31

32 Forças em brocas helicoidais Força de corte por gume Onde: Fc = Força de corte [N] kc = Força específica de corte [N/mm2] f = Avanço [mm] d = Diâmetro da broca [mm] Prof. Fernando 32

33 Forças em brocas helicoidais Força de avanço (F f ) Onde: F f = Força de avanço [N] k f = Força específica de avanço [N/mm2] f = Avanço [mm] d = Diâmetro da broca [mm] σ = Ângulo de ponta da ferramenta [graus] Prof. Fernando 33

34 Momentos nas brocas helicoidais Momento torçor (M t )- resultado das forças atuantes nos gumes principais da ferramenta são responsáveis pelo momento torçor,contribuindo entre 70 e 90% do valor do mesmo Onde: M t = Momento torçor [N.mm]; F c = Força de corte [N]; K c = Força específica de corte [N/mm2] f = Avanço [mm] d = Diâmetro da broca [mm]] Prof. Fernando 34

35 Momentos nas brocas helicoidais Momento torçor (M t )- resultado das forças atuantes nos gumes principais da ferramenta são responsáveis pelo momento torçor,contribuindo entre 70 e 90% do valor do mesmo Onde: M t = Momento torçor [N.mm]; F c = Força de corte [N]; K c = Força específica de corte [N/mm2] f = Avanço [mm] d = Diâmetro da broca [mm]] Prof. Fernando 35

36 Forças em brocas helicoidais Potência de corte (P c )- é resultante do produto entre o momento torçor e a velocidade angular da ferramenta Onde: M t = Momento torçor [N.mm]; P c = Potência de corte [kw]; n = rotação [RPM] ou para Pc ==> [CV] Prof. Fernando 36

37 Avanço máximo considerando a resistência da broca Tensão resultante da ação de uma força axial (compressão) e um momento torçor: Curiosidade A tensão admissível para aço rápido é 25 Kgf/mm 2 Prof. Fernando 37

38 Esforços observados durante a furação a) Resistência do material ao corte, observada nas arestas principais de corte; b) Resistência do material ao corte e esmagamento na aresta transversal de corte; c) Resistência devido ao atrito das guias com o furo e do cavaco com a superfície de saída da broca. Prof. Fernando 38

39 Fatores que contribuem para qualidade de furos com de brocas helicoidais Prof. Fernando 39

40 Tipos de cavacos e meios de remoção Retirada do cavaco produzido é problemática: Cavaco em fita é de difícil remoção; Cavaco helicoidal ou em lascas são de fácil retirada; Retirada do cavaco pode ser feita; Através da retirada periódica da ferramenta (demanda maior tempo passivo); Através do fluido de corte. O aumento do avanço facilita a quebra do cavaco. Porém, causa a redução do ângulo de folga efetivo. Prof. Fernando 40

41 Tipos de rebarbas Podem-se dividir em 3 tipos: a) UNIFORME pequenas dimensões e altura uniforme ao redor de toda a periferia do furo b) COROA possui altura grande e irregular na periferia do furo c) TRANSIÇÃO este tipo está situado entre o uniforme e a coroa. As fraturas ocorrem quase que simultaneamente no centro do furo e na periferia deste, portando as rebarbas se formam antes do tipo coroa e depois do tipo uniforme. Prof. Fernando 41

42 Tipos de rebarbas Mecanismos de formação de rebarbas a. Uniforme b. Transição c. Coroa Prof. Fernando 42

43 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 Prof. Fernando 43

44 Erros comuns na geometria do furo Prof. Fernando 44

45 Materiais para brocas Requisitos para materiais de brocas Tenacidade Resistência a compressão Resistência a abrasão Resistência térmica Resistência ao choque e a fadiga Prof. Fernando 45

46 Materiais para Brocas Prof. Fernando 46

47 Materiais para Brocas Aço-rápido Largamente empregado na fabricação de brocas (fácil reprocessamento e bons requisitos técnicos); As ferramentas são temperadas, sofrem tratamento superficial (nitretação) e frequentemente são revestidas; Ferramentas não integrais; Prof. Fernando 47

48 Materiais para brocas Metal duro Homogeneidade, elevadas 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; 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; Prof. Fernando 48

49 Desgaste em Broca Helicoidais Desgaste de flanco (Vb) - baixa qualidade, imprecisões e aumento do atrito Desgaste nas guias - não gera aumento no momento Desgaste do gume transversal - arredondamento e possível lascamento das zonas de transição Desgaste de cratera - remoção de material por abrasão e difusão Gume postiço - adesão do material da peça encruado na ferramenta Fratura - fim catastrófico Prof. Fernando 49

50 Exemplos de desgaste em brocas (a) lascamento de gume (b) desgase abrasivo Prof. Fernando 50

51 Exemplo da volução de desgaste abrasivo em brocas helicoidais Prof. Fernando 51

52 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 Prof. Fernando 52

53 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 Prof. Fernando 53

54 Erros geométricos Erros dimensionais Posicionamento Circularidade Forma Presença de rebarbas Processo Peca Ferramenta Maquina Parâmetros Rigidez. Fatores que influenciam a qualidade e precisão do furo Prof. Fernando 54

55 Fatores que influenciam a qualidade e precisão do furo Máquinas onde são utilizadas buchas - precisão da broca em relação ao diâmetro e circularidade, não é tão crítica Máquinas de comando numérico / máquinas de precisão a precisão da broca é crítica Brocas padrão podem necessitar de uma nova retificação para operações de precisão Retificação inadequada, desbalanceamento das forças, deflexão na broca, erros nos furos Prof. Fernando 55

56 Variações do processo de furação Rebaixamento Prof. Fernando 56

57 Rebaixamento A usinagem não é feita em material maciço Rebaixamento de alargamento de um furo cilíndrico; Rebaixamento plano, de uma superfície cônica ou de uma superfície perfilada; Rebaixamento combinado de uma superfície cilíndrica e uma superfície de topo; Prof. Fernando 57

58 Rebaixamento Automação - uso de ferramentas com função específica Rebarbação e produção de chanfros - rebaixadores com ângulos de ponta Rebaixamento lateral e de topo - rebaixadores com guias Rebaixamento de alargamento - rebaixador de três gumes helicoidal Prof. Fernando 58

59 Ferramentas de rebaixamento Prof. Fernando 59

60 Velocidade de Corte É a velocidade instantânea do movimento principal do gume em relação à peça. É importante não confundir velocidade de corte com rotação da peça ou da ferramenta. A velocidade de corte é a velocidade tangencial do gume da ferramenta em relação à peça e é expressa normalmente em m/min. A rotação da peça ou ferramenta é uma velocidade angular, expressa em rpm. Prof. Fernando 60

61 Velocidade de Corte Prof. Fernando 61

62 Rotação Prof. Fernando 62

63 Tabela de Velocidade de Corte Prof. Fernando 63

64 Processo de Furação Profunda Prof. Fernando 64

65 Furação profunda Histórico Aplicações iniciais = Equipamentos bélicos Aplicações atuais Indústria de autopeças Aplicações nucleares Indústria de motores Setor agrícola Equipamentos médicos Prof. Fernando 65

66 Prof. Fernando 66

67 Prof. Fernando 67

68 Escareamento-Escareadores Prof. Fernando 68

69 Escareadores Os escareadores pertence ao grupo de elementos de furar; Podem ter dois ou mais gumes; São utilizados em: Rebarbar(eliminar as quinas vivas); Embutir (cabeças de rebites ou parafusos); Prof. Fernando 69

70 Escareadores São fabricados com diferentes ângulos: Prof. Fernando 70

71 Plaina Introdução Você já pensou se tivesse que limar manualmente uma carcaça de um motor de navio? Prof. Fernando 71

72 O que é aplainamento? Para "limar" aquela carcaça de motor de navio não é necessário gastar esforço físico. Basta uma máquina que realiza um grupo de operações chamado de aplainamento. Aplainamento é uma operação de usinagem feita com máquinas chamadas plainas e que consiste em obter superfícies planas, em posição horizontal, vertical ou inclinada. As operações de aplainamento são realizadas com o emprego de ferramentas que têm apenas uma aresta cortante que retira o metal excedente com movimento linear. Prof. Fernando 72

73 Aplainamento O aplainamento é uma operação de desbaste. Por isso, e dependendo do tipo de peça que está sendo fabricada, pode ser necessário o uso de outras máquinas para a realização posterior de operações de acabamento que dão maior exatidão às medidas. Prof. Fernando 73

74 Nas operações de aplainamento, o corte é feito em um único sentido. O curso de retorno da ferramenta é um tempo perdido. Assim, esse processo é mais lento do que o fresamento, por exemplo, que corta continuamente. Prof. Fernando 74

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76 Equipamentos do aplainamento As operações de aplainamento são sempre realizadas com máquinas. Elas são de dois tipos: a) Plaina limadora, que, por sua vez, pode ser: vertical ou horizontal. b) Plaina de mesa. A plaina limadora apresenta movimento retilíneo alternativo (vaivém ) que move a ferramenta sobre a superfície plana da peça retirando o material. Isso significa que o ciclo completo divide-se em duas partes: em uma (avanço da ferramenta) realiza-se o corte; na outra (recuo da ferramenta), não há trabalho, ou seja, é um tempo perdido. Prof. Fernando 76

77 Prof. Fernando 77

78 A plaina de mesa executa os mesmos trabalhos que as plainas Iimadoras podendo também ser adaptada até para fresamento e retificação. A diferença entre as duas é que, na plaina de mesa, é a peça que faz o movimento de vaivém. A ferramenta, por sua vez, faz um movimento transversal correspondente ao passo do avanço. Prof. Fernando 78

79 Etapas do aplainamento O aplainamento pode ser executado por meio de várias operações. Elas são: 1. Aplainar horizontalmente superfície plana e superfície paralela: produz superfícies de referência que permitem obter faces perpendiculares e paralelas. Prof. Fernando 79

80 Etapas de Aplainamento 2. Aplainar superfície plana em ângulo: o ângulo é obtido pela ação de uma ferramenta submetida a dois movimentos: um alternativo ou vaivém (de corte) e outro de avanço manual no cabeçote porta-ferramenta. Prof. Fernando 80

81 Etapas de Aplainamento 3. Aplainar verticalmente superfície plana combina dois movimentos: um longitudinal (da ferramenta) e outro vertical (da ferramenta ou da peça).produz superfícies de referência e superfícies perpendiculares de peças de grande comprimento como guias de mesas de máquinas. 4. Aplainar estrias: produz sulcos, iguais equidistantes sobre uma superfície plana, por meio da penetração de uma ferramenta de perfil adequado. As estrias podem ser paralelas ou cruzadas e estão presentes em mordentes de morsas de bancada ou grampos de fixação. Prof. Fernando 81

82 Etapas de Aplainamento 5. Aplainar rasgos: produz sulcos por meio de movimentos longitudinais (de corte) e verticais alternados (de avanço da ferramenta) de uma ferramenta especial chamada de bedame. Prof. Fernando 82

83 Essas operações podem ser realizadas obedecendo à seguinte sequência de etapas: 1. Fixação da peça - ao montar a peça, é necessário certificar se de que não há na mesa, na morsa ou na peça restos de cavacos, porque a presença destes impediria a correta fixação da peça. Nesse caso, limpam-se todas as superfícies. Para obter superfícies paralelas usam-se cunhas. O alinhamento deve ser verificado com um riscador ou relógio comparador. Prof. Fernando 83

84 2. Fixação da ferramenta - a ferramenta é presa no porta ferramenta por meio de um parafuso de aperto. A distância entre a ponta da ferramenta e a ponta do porta-ferramentas deve ser a menor possível a fim de evitar esforço de flexão e vibrações. Prof. Fernando 84

85 3. Preparação da máquina - que envolve as seguintes regulagens: a) Altura da mesa - deve ser regulada de modo que a ponta da ferramenta fique a aproximadamente 5mm acima da superfície a ser aplainada. b) Regulagem do curso da ferramenta - deve ser feita de modo que ao fim de cada passagem, ela avance 20 mm além da peça e, antes de iniciar nova passagem, recue até 10 mm. c) Regulagem do número de golpes por minuto - isso é calculado mediante o uso da fórmula: gpm =V c.1000/2.c d) Regulagem do avanço automático da mesa. Prof. Fernando 85

86 4. Execução da referência inicial do primeiro passe (também chamada de tangenciamente) - lsso é feito descendo a ferramenta até encostar na peça e acionando a plaina para que se faça um risco de referência. 5. Zeramento do anel graduado do portaferramentas e estabelecimento da profundidade de corte. 6. Acionamento da plaina e execução da operação. Prof. Fernando 86

87 Exercício 1 Qual a rotação mínima e máxima necessária para abrir um furo de diâmetro 15mm em uma barra de ferro fundido nodular com uma broca de aço rápido. Prof. Fernando 87

88 Prof. Fernando 88

89 Exercício 2 Qual a rotação mínima e máxima necessária para abrir um furo de diâmetro 15mm em uma barra de ferro fundido nodular (ou mole) com uma broca de metal duro sem tratamento. Prof. Fernando 89

90 Exercício 2 Prof. Fernando 90

91 Resposta Prof. Fernando 91

92 Responda às seguintes perguntas: a) O que é aplainamento? b) O que caracteriza o corte na plaina? c) Por que o aplainamento é considerado um processo de usinagem mais econômico que os outros? d) Com quais materiais são fabricadas as ferramentas para aplainar? Prof. Fernando 92

93 Prof. Fernando 93

94 Prof. Fernando 94

95 Exercício 4 Ordene a sequência de etapas do aplainamento numerando de 1 a 6 as seguintes frases. a. ( ) Zeramento do anel graduado. b. ( ) Preparação da máquina. c. ( ) Acionamento da máquina. d. ( ) Fixação da peça. e. ( ) Execução da referência inicial (ou tangenciamente). f. ( ) Fixação da ferramenta. Prof. Fernando 95

96 Assinale com X a alternativa correta para as questões abaixo: 1. Para rebaixos cônicos e parafusos de cabeça escareada com fenda utilizamos: 1. ( ) broca de centrar 2. ( ) broca helicoidal 3. ( ) escareador 4. ( ) rebaixador 2. Para fazer o alojamento para o parafusos tipo AIIen com cabeça cilíndrica sextavada, utilizamos: a) escareador cônico com guia. b) escareador cilíndrico. c) rebaixador cilíndrico com guia. d) escareador cônico sem guia, Prof. Fernando 96

97 Referências STOETERAU, L. Rodrigo. Processos de Usinagem Aula 09 Processo de furação.. Disponível em < U furacao.pdf >. Acesso em: 23 de outubro de Prof. Fernando 97