Processos de UsinagemAula 09Processo de FuraoProf. Dr. Eng.
Rodrigo Lima StoeterauProcessos de UsinagemFormas de obteno de
furosProcessos de UsinagemProcesso de usinagem onde movimento de
corte principal rotativo, e o movimento de avano na direo do
eixoFuradeira a arco egpicia de 1.000 A.C.Processos de
UsinagemGeneralidades 1800 - primeiras publicaes sobre furao de
metais 1884 - Morse - Twist Drill and Machine Company 1891 -
Primeiros testes de furaoBroca colherBroca planaBroca
helicoidalProcessos de UsinagemGeneralidadesVariaes do processo de
furao com brocasProcessos de UsinagemFurao de centro Furao profunda
RosqueamentoGeneralidadesVariaes do processo de furao com
brocasProcessos de UsinagemGeneralidadesVariaes do processo de
furao com brocasProcessos de UsinagemGeneralidadesVariaes do
processo de furao com brocasProcessos de UsinagemProcesso de furao
com brocas helicoidaisSimulao do processo de furao
(www.deform.de)Processos de UsinagemFurao com brocas
helicoidaisProcessodemaiorimportncia-20a25%dototaldeaplicaes dos
processos de usinagemA broca helicoidal a ferramenta mais fabricada
e mais difundida para usinagemExistem aproximadamente 150 formasde
afiaes e uma srie de perfis especficosUtilizao em furos curtos ou
profundosUtilizao na furao em cheios ou com pr-furoProcessos de
UsinagemParticularidades do processoA velocidade de corte vai de um
valor mximo na periferia da broca at o valorzero no seu centror 0
vc0;r r vcvc maxDificuldade no transporte dos cavacos para fora da
regio do corteDistribuio no adequada de calor na regio do
corteDesgaste acentuado nas quinas com canto vivoAtrito das guias
nas paredes do furoProcessos de UsinagemFatores que contribuem para
qualidade de furos com de brocas helicoidaisProcessos de
UsinagemCinemtica do processoProcessos de UsinagemCinemtica do
processoDistrbuio entre rotao e avanoProcessos de
UsinagemConstituntes de brocas helicoidais.Comprimento do
GumeComprimento da HliceComprimento da HasteComprimento
totalDDimetro da BrocaComprimento da PontaGuiaHaste
Cilindrica.Comprimento do GumeComprimento da
HliceRebaixoComprimento da HasteComprimento totalDDimetro da
BrocaComprimento da PontaGuiaHaste CnicaLingueta de extraoProcessos
de UsinagemBroca helicoidalGeometria das brocas
helicoidais+|o,rcoco = ngulo de incidncia| = ngulo de cunha = ngulo
de sadao = ngulo de ponta+ = ngulo do gume transversalc = ngulo de
quinarc = raio de quinaProcessos de UsinagemGeometria da cunha de
corte O gume transversal parte integrante do gume principal, e tem
como funo estrudar material na direo do gume principal Gume
principal o gume cortante e aponta no sentido de corte A forma e o
ngulo de hlice da broca definem o ngulo de sada , que no constante
ao longo do gume principal tem valor mximo na quina da broca e
diminui no sentido de centro da broca, tornando-se negativo na
passagem para o gume transversal.Processos de UsinagemGeometria da
cunha de corte (e conseqentemente ) so variados de acordo com as
caractersticas do material a ser usinado Guia reduz atrito com as
paredes e direciona a broca Haste: fixao na mquina Canal: retirada
de cavaco Canal interno: alimentao do fluido
lubri-refrigeranteProcessos de Usinagem Grupos principais de brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemAfiaes de brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemAfiaes de brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemAfiaes de brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemAfiaes especiais de brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemAfiaes especiais de brocas
helicoidaisA:duplotroncodeconecomreduodogumetransversalmelhoraa
capacidadedecentragemdabroca,reduzaforadeavano(reduodo gume
transversal)B:duplotroncodeconecomreduodogumetransversalengulodesada
corrigido-possibilidadedeadaptarongulodesadaparaaplicaes
especficasC:duplotroncodeconecomafiaoemcruzsobreogumetransversal
eliminandocompletamenteogumetransversal-interessanteparticularmente
para furaes profundasD: duplo tronco de cone com reduo de cone
transversale quina chanfrada - usinagem de ferro fundido cinzentoE:
ngulo de ponta de 180o com ponta de centragem - furao centrada,
furos circulares sem rebarbas, furao de chapas. F: Afiao com quatro
faces: apesar no ser normalizada, muito utilizada para brocas com
dimetro inferior a 1,5 mm ou em brocas de metal duro, uma vez que
aqui a afiao com duplo tronco de cone bastante difcilProcessos de
UsinagemMateriais para brocasRequisitos para materiais de brocas
Tenacidade Resistncia a compresso Resistncia a abraso Resistncia
trmica Resistncia ao choque e a fadigaProcessos de
UsinagemMateriais para brocasFormas construtivas de brocas em funo
do material Broca com soldada Broca Integral Broca com incerto
Processos de UsinagemMateriais para brocasAo ferramentaMuito pouco
empregado em aplicaes industriaisBrocas para hobbyBrocas de baixo
custo para aplicaes simplesBrocas para materiais de fcil usinagem,
tais como alumnio, plsticos e madeiraProcessos de UsinagemMateriais
para brocasAo-rpido Largamente empregado na fabricao de brocas
(fcil reprocessamento e bons requisitos tcnicos)As ferramentas so
temperadas, sofrem tratamento superficial (nitretao) e
freqentemente so revestidasFerramentas no integraisProcessos de
UsinagemMateriais para brocasMetal
duroHomogeneidade,elevadasdureza,resistnciacompressoe ao desgaste
quenteAs velocidades de corte podemser at 3 vezes maiores que as
utilizadas com ferramentas de ao
rpidoQualidadedofuro-3classesITmelhoresqueosobtidosna usinagem com
ao rpidoAplicaodeferramentasdemetalduroexigemquinascom
caractersticasdevelocidade,potncia,refrigeraoerigidez
adequadasBrocaspodemsermacias(maioraceitao)oucominsertos
intercambiveis com ou sem revestimentoProcessos de UsinagemDesgaste
em Broca HelicoidaisDesgaste de flanco (Vb) - baixa qualidade,
imprecises e aumento do atritoDesgaste nas guias - no gera aumento
no momentoDesgaste do gume transversal - arredondamento e possvel
lascamento das zonas de transioDesgaste de cratera - remoo de
material por abraso e difuso Gume postio - adeso do material da pea
encruado na ferramentaFratura - fim catastrficoProcessos de
UsinagemCinemtica do processoProcessos de UsinagemExemplos de
desgaste em brocas(a) lascamento de gume (b) desgase
abrasivoProcessos de UsinagemExemplo da voluo de desgaste abrasivo
em brocas helicoidaisProcessos de UsinagemForas em brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemForas em brocas helicoidaisAs foras
podem tambm ser determinadas atravs de equaes empricas Essas
dependem basicamente do dimetro da broca, do avano e do material da
pea. Tambm contribuem as caractersticas do tipo de broca ou condies
externas que exercem influncia secundria sob a determinao destas
constantes, como o ngulo de ponta, o ngulo de hlice, a qualidade da
afiao da ferramenta e o fluido de corte empregado.Processos de
UsinagemForas em brocas helicoidaisFora de corte (Fc) - essa
corresponde parcela da fora de corte ( Fci ) que atua em cada um
dos gumes cortantes e decorrente da resistncia ao corte do material
usinado, tendo grande influncia sobre o momento toror que atua na
furaoFora de corte por gume onde: Fc = Fora de corte [N] kc = Fora
especfica de corte [N/mm2] f= Avano [mm] d = Dimetro da broca
[mm]Fc=Kc f d4Processos de UsinagemForas em brocas
helicoidaisForadeavano(Ff)- aresultantedasomadasparcelasdas reaes
ao avano do gume de corte e do gume transversal. Como
ogumetransversalatuanosentidodeextrudarmaterialparaos gumes
principais, a parcela da respectiva fora de avano pode ser
igualouatmesmomaiorqueaforadeavanodosgumes principais de corte.
importante conhec-la para se ter certeza que o eixo da mquina capaz
de suportar a operaoProcessos de UsinagemForas em brocas
helicoidaisFora de avano (Ff) onde: Ff = Fora de avano [N]kf = Fora
especfica de avano [N/mm2]f= Avano [mm] d = Dimetro da broca [mm]o
= ngulo de ponta da ferramenta [graus]F f=k ff d sen22Processos de
UsinagemForas em brocas helicoidaisFora passiva (Fp) - atua em uma
parcela do gume principal. As foras passivas atuantes nos gumes
tendem a se anular mutuamente. desprezvel quando comparada com as
foras de corte e de avano. Contudo, para afiaes assimtricas dos
gumes ou mesmo em brocas no simtricas, tais como brocas canho, BTA
e Ejektor, essas so importantes.Processos de UsinagemForas em
brocas helicoidaisMomento toror (Mt)- resultado das foras atuantes
nos gumes principais da ferramenta so responsveis pelo momento
toror, contribuindo entre 70 e 90% do valor do mesmoOnde: Mt =
Momento toror [N.mm];Fc = Fora de corte [N];kc = Fora especfica de
corte [N/mm2]f= Avano [mm]d = Dimetro da broca [mm]M t=Kc f
d28.000=FcD2000Processos de UsinagemForas em brocas
helicoidaisPotncia de corte (Pc)- resultante do produto entre o
momento toror e a velocidade angular da ferramenta Onde: Mt =
Momento toror [N.mm];Pc = Potncia de corte [kW];n = rotao
[rpm]oupara Pc ==> [CV]Pc= M tn7.025Pc= M tn9,549Processos de
UsinagemForas em brocas helicoidaisPotncia de corte (Pc)Tomando D =
dimetro da brocar = distncia do ponto de atuao para fuo de
acabamento para furao com furo guia (pr-furo) para furao em
cheioPode-se estimar a fora de corte com base no Mt por:Fc=2000 M
tdr= Dd 4r=0,51 D2r=0,38 D2Processos de UsinagemCritrio de fim de
vida em furaoDefinio: perda do controle sobre os cavacos ou
iminncia de uma quebra rpidaFatores considerados Textura
superficial Exatido dimensional e geomtrica Estado da ferramenta
Formao do cavaco Vida restante da ferramentaProcessos de
UsinagemCritrio de fim de vida em furaoCritrios de fim de vida
utilizados na prtica Tempo de mquina Tempo efetivo de corte Volume
de metal removido Nmero de peas usinadas Velocidade de corte
equivalente Comprimento usinado equivalente Velocidade de corte
relativaProcessos de UsinagemFatores que influenciam a qualidade e
preciso do furo Erros geomtricos Erros dimensionais Posicionamento
Circularidade Forma Presena de rebarbas Processo Pea Ferramenta
Mquina Parmetros Rigidez.Processos de UsinagemFatores que
influenciam a qualidade e preciso do furoMquinas onde so utilizadas
buchas -preciso da broca em relao ao dimetro e circularidade, no to
crticaMquinas de comando numrico / mquinas de preciso - a preciso
da broca crticaBrocas padro podem necessitar de uma nova retificao
para operaes de precisoRetificao inadequada, desbalanceamento das
foras, deflexo na broca, erros nos furosProcessos de
UsinagemPreciso mdia de furos produzidos com brocas
helicoidaisProcessos de UsinagemErros comuns na geometria do furo
Erros de forma: dimetro no uniforme Rebarba: rebarba na entrada ou
sada do furo Erros de posicionamento: deslocamento do centro do
furo Erros de circularidade: seo circular distorcida Erros de
dimenso: dimetro resultante diferente da brocaProcessos de
UsinagemErros comuns na geometria do furoCnica Cnica Cnica
CnicaCnica Cnica CnicaCnicaCnicaCnica Cnica Cnica Cnicacncavo
abaolado
inclinadodimensoexcessivacomrebarbacurvocnicodesejadorealerro de
forma(tringulo)erro deposioerro decircularidade erro
dedimensoProcessos de Usinagem Varia es do p rocesso de
furaoRebaixamentoProcessos de Usinagem RebaixamentoA usinagem no
feita em material macioRebaixamento de alargamento de um furo
cilndricoRebaixamento plano, de uma superfcie cnica ou de uma
superfcie perfiladaRebaixamento combinado de uma superfcie
cilndrica e uma superfcie de topoProcessos de Usinagem
RebaixamentoAutomao - uso de ferramentas com funo especficaRebarbao
e produo de chanfros - rebaixadores com ngulos de ponta
Rebaixamento lateral e de topo - rebaixadores com guiasRebaixamento
de alargamento - rebaixador de trs gumes helicoidalProcessos de
Usinagem Ferramentas de rebaixamentoRebaixador com ponta ou
escareadorRebaixador com guia Rebaixador escalonadoProcessos de
Usinagem Tipos de FuradeirasFuradeira manualFuradeira de
bancadaFuradeira de colunaProcessos de Usinagem Tipos de
FuradeirasFuradeira de coluna radialFuradeiras em srieFuradeiras de
coordenadasFuradeiras de comando numricoFuradeira de coluna
radialProcessos de Usinagem Constituintes de uma furadeirasRVORE
PRINCIPALBASE DE FIXAO DA PEASISTEMA DE FIXAO DA FERRAMENTAREDUES E
TRANSMISSESACIONAMENTOACIONAMENTOSGUIASESTRUTURA / GUIAACIONAMENTO
/ ACOPLAMENTOS /ELEMENTOS DE TRANSMISSO E CONVERSO DE
MOVIMENTOACIONAMENTO / ACOPLAMENTOS /ELEMENTOS DE TRANSMISSO E
CONVERSO DE MOVIMENTOESTRUTURA SISTEMA HIDRLICO
E/OUPNEUMTICOProcessos de UsinagemFixa o de ferramentas na fura o
Brocas com haste c nica Diretamente no eixo da m quina (D haste = D
eixo, cone morse s o iguais)Luvas ou soquetes adaptadores (D haste
= D eixo, cones morses diferentes)Retirada da ferramenta - introdu
o de barras em ranhuras especiais(efeito de alavanca)Processos de
UsinagemFixa o de ferramentas na fura o Brocas com haste
cilindricasMandrilOs de tr s castanhass o os mais utilizados Aperto
manual ou com chaveProcessos de UsinagemFixa o de ferramentas na
fura o Brocas com haste cilindricasPin as Podem fixar a ferramenta
na haste ou na parte cortante Adaptabilidade do comprimento da
ferramenta cada opera o Possibilidade do uso de ferramentas
quebradasProcessos de UsinagemFixa o de ferramentas na fura o
Exemplos de pin as pina estacionriaPina push outPina
draw-inProcessos de UsinagemFixa o de ferramentas na fura o Brocas
com varia es na haste retas, tais como:ferramentas com haste
aplainada (chanfrada), em meia-cana, quadrada, roscas,
entalhesLuvas e buchasProcessos de UsinagemFixa o de ferramentas na
fura o Chanfros ou planos na haste da ferramenta e ranhuras nas
luvas para guiar a ferramentaUma luva diferente necess ria para
cada tamanho de ferramenta Luvas retas s o empregadas para fixar
ferramentas de grandesdi metros em tornos rev lver Processos de
UsinagemProcesso de Furao ProfundaProcessos de
UsinagemFuraoprofundaHistricoAplicaes iniciais Equipamentos
blicosAplicaes atuais Indstria de autopeas Aplicaes nucleares
Indstria de motores Setor agrcola Equipamentos mdicosProcessos de
UsinagemFuraoprofundaRelaes profundidade/dimetro (L/D)Relaes
l/D> 20 at 150: com freqncia l/D>5: processos especficos,
empregando brocas de canais retos, brocas canho, brocas de gume
nico, brocas BTA e Ejektor. Processos de UsinagemGeneralidades do
processo de furao profunda Com brocas helicoidais especiais -
interrupo freqente do processo para retirada de cavacosCiclos de
furao PeaPeaLL1L2LiProcessos de UsinagemGeneralidades do processo
de furao profunda Ferramentas especiais - assimetria na posio dos
gumesFluido de corte - alimentao interna - transporte de
cavacosCunha em metal duro - altas velocidades de corteA furao
profunda aplicada com vantagem nas seguintes operaes:Usinagem de
materiais com alta porcentagem de elementos de ligaProcessos de
UsinagemGeneralidades do processo de furao profunda Usinagem de
materiais com resistncia trao acima de 1200 N/mm2Remoo de elevado
volume de material na unidade de tempoExigncias elevadas de
tolerncia de qualidade superficial e geomtrica do furo.Processos de
UsinagemRequisitos para a furao profundaMquinas-ferramentas: maior
rigidez e estabilidade dinmica dispositivos de fixao que permitem
maior rigidez na ferramentaFluido:alta presso para extrao de cavaco
e refrigerao do gumeBrocas:brocas especficas para grandes relaes
L/D.Processos de UsinagemProcessos de furao profunda Furao com
brocas helicoidais Furao com brocas de canal reto Furao com broca
canho ou de gume nico Furao pelo processo BTA Furao pelo processo
EjektorProcessos de UsinagemFerramentas utilizadas na furao
profunda Broca helicoidal Broca de canal reto Broca canho ou de
gume nico Broca BTA Broca EjektorProcessos de UsinagemFatores
limitantes nos processos de furao profunda Usinabilidade do
material da pea Estabilidade da ferramenta e da mquina Preciso da
mquina-ferramenta Composio do fluido de corte Material da
ferramentaProcessos de UsinagemBroca de canais retosComprimento do
canalComprimento da HasteComprimento TotalDimetroo = ngulo de
incidncia| = ngulo de cunhao = ngulo de ponta+ = ngulo do gume
transversalc = ngulo de quina+oco| Processos de UsinagemBroca de
canais retosCaractersticasAlta resistncia a toroFuros com relao L/D
> 7Furao profunda de AlSi, GG e GGGProcessos de
UsinagemConstituintes das brocas de canais retosCabea
HastePinaFluidoGumeGuiaCanalFuros de alimentao de fluidoProcessos
de UsinagemPrincpio de funcionamento da furao com brocas de canais
retosPeaFluido + cavacosHasteFluido PinaCabea da brocaProcessos de
UsinagemBroca canho (gume nico)CaractersitcasAuto-guiadaAlimentao
de fluido a alta presso pela hasteTransporte de cavaco pela ranhura
VNecessidade de bucha guiaProcessos de UsinagemBroca canho (gume
nico)Aplicaes da broca canhoFurao em cheioFurao
escalonadaTrepanaoAlargamentoFurao profunda de materiais com dureza
at 50 HRC Processos de UsinagemConstituintes das brocas canhoCabea
de metal-duroHasteCanal de sada de cavacoFluidoGume
principalEntrada de fluidoProcessos de UsinagemPrincpio de
funcionamento da furao com brocas canhoFerramentaPeaBucha
guiaHasteCaixa de cavacosCarcaa da gaxetaEntrada de
fluidoPinaBuchaFluidos + cavacosGaxetaProcessos de UsinagemFurao
com broca BTACaractersticasAlternativa para brocas convencionais,
melhorando qualidade superficial e reduzindo esforosRequer
dispositivo complexo para alimentao do fluidoProcessos de
UsinagemFurao com broca BTAPrincpio de funcionamento da broca
BTAInverso das caractersticas da broca de gume nico:Fluido de corte
alimentado pela rea anelarFluido e cavaco retornam pelo orifcio na
brocaCabeaGuiasInsertoGumesDireo do Fluxo de fluidoSada de
cavacoProcessos de UsinagemPrincpio de funcionamento da furao com
broca BTAFerramentaFluidoPeaFluidos + cavacosDispositivoProcessos
de UsinagemFurao com broca EJEKTORCaractersticasFurao profunda em
mquinas-ferramentas simplesAlimentao de fluido por haste tubular
duplo concntrica Peculiaridades do processo ejektorTubeiras
especiais: depresso para expulso de fluido e suco de cavacoDiviso
do gume: reduo do atrito, dos esforos laterais,do calor
desenvolvido e do desgaste das guias.Processos de
UsinagemConstituintes das brocas EJEKTORInsertosFluidoChanfro de
arredondamentoSada de cavacosGuiaGuiaProcessos de UsinagemPrincpio
de funcionamento da furao com broca EJEKTORFerramentaPeaBucha
guiaTubulao externaTubulao internaDispositivo de fixaoEntrada de
fluidoEfeito EjektorSistema de conexoProcessos de Usinagem
