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Máquinas e Ferramentas Prof. Flávio Palma Blumenau / 2005 2 SUMÀRIO 1. Introdução.....................................................................................................................3 2. Torneamento................................................................................................................5 2.1. Definição.........................................................................................................5 2.2. Máquina Torno................................................................................................7 2.3. Ferramenta para tornear...............................................................................17 3. Fresagem ou Fresamento..........................................................................................18 3.1. Definição.......................................................................................................18 3.2. Máquina Fresadora.......................................................................................19 3.3. Ferramenta para fresar.................................................................................34 4. Furação.......................................................................................................................40 4.1. Definição.......................................................................................................40 4.2. Máquina Furadeira........................................................................................40 4.3. Ferramenta para furar...................................................................................45 5. Referências.................................................................................................................51 Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 3 1. Introdução Todos os conjuntos mecânicos que nos cercam são formados por uma porção de peças: eixos, anéis, discos, rodas, engrenagens, juntas suportes, parafusos, carcaças... Para que essas peças sirvam às necessidades para as quais foram fabricadas, elas devem ter exatidão de medidas e um determinado acabamento em sua superfície. A maioria dos livros sobre processos de fabricação diz que é possível fabricar essas peças de dois modos: sem produção de cavacos, como nos processos metalúrgicos (fundição, laminação, trefilação etc.), e com produção de cavacos, o que caracteriza todos os processos de usinagem. COM PRODUÇÃO DE CAVACO Figura 1: Processos de fabricação [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 4 Na maioria dos casos, as peças fabricadas por fundição ou forjamento necessitam de alguma operação posterior de usinagem. O que acontece é que geralmente essas peças apresentam superfícies grosseiras que precisam de melhor acabamento. Além disso, elas também deixam de apresentar saliências, reentrâncias, furos com rosca e outras características que só podem ser obtidas por meio da produção de cavacos, ou seja, da usinagem. Isso inclui ainda as peças que, por questão de produtividade e custos, não podem ser produzidas por processos de fabricação convencional. Assim, podemos dizer que a usinagem é todo o processo pelo qual a forma de uma peça é modificada pela remoção progressiva de cavacos ou aparas de material metálico ou não-metálico. Ela permite: • acabamento de peças fundidas ou conformadas, fornecendo melhor aspecto e dimensões com maior grau de exatidão; • possibilidade de abertura de furos, roscas, rebaixos etc; • custo mais baixo porque possibilita a produção de grandes quantidades de peças; • fabricação de somente uma peça com qualquer formato a partir de um bloco de material metálico ou não-metálico. Logo, a usinagem é uma enorme família de operações, tais como: torneamento, aplainamento, furação, fresagem, serramento, roscamento, retificação, brunimento, polimento, afiação, limagem, brochamento, mandrilamento, lapidação etc. Essas operações são realizadas manualmente ou por uma grande variedade de máquinas-ferramenta que empregam as mais variadas ferramentas. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 5 2. Torneamento 2.1. Definição O processo que se baseia no movimento da peça em torno de seu próprio eixo chama-se torneamento. O torneamento é uma operação de usinagem que permite trabalhar peças cilíndricas movidas por um movimento uniforme de rotação em torno de um eixo fixo. Figura 2: Movimentos do torneamento [5] O torneamento, como todos os trabalhos executados com máquinas-ferramenta, acontece mediante a retirada progressiva do cavaco da peça trabalhada. O cavaco é cortado por uma ferramenta de um só gume cortante, que deve ter uma dureza superior à do material a ser cortado. No torneamento, a ferramenta penetra na peça, cujo movimento rotativo ao redor de seu eixo permite o corte contínuo e regular do material. A força necessária para retirar o cavaco é feita sobre a peça, enquanto a ferramenta, firmemente presa ao porta-ferramenta, contrabalança a reação dessa força. Para realizar o torneamento, são necessários três movimentos relativos entra a peça e a ferramenta. São eles: • Movimento de corte: é o movimento principal que permite cortar o material. O movimento é rotativo e realizado pela peça. • Movimento de avanço: é o movimento que desloca a ferramenta ao longo da superfície da peça. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 6 • Movimento de penetração: é o movimento que determina a profundidade de corte ao empurrar a ferramenta em direção ao interior da peça e assim regular a profundidade do passe e a espessura do cavaco. Variando os movimentos, a posição e o formato da ferramenta, é possível realizar uma grande variedade de operações: (a) Tornear superfícies externas e internas; (b) Tornear superfícies cônicas externas e internas; (c) Roscar superfícies externas e internas; (d) Perfilar superfícies. Além dessas operações, também é possível furar, alargar, recartilhar, roscar com machos e cossinetes, mediante o uso de acessórios próprios para a máquinaferramenta. Figura 3: Operações de torneamento [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 7 2.2. Máquina Torno O torno mais simples que existe é o torno universal. Esse torno possui eixo e barramento horizontais e tem a capacidade de realizar todas as operações já citadas. Todos os tornos, respeitando-se suas variações de dispositivos, ou dimensões exigidas em cada caso, são compostos as seguintes partes: (1) Corpo da máquina: barramento, cabeçote fixo e móvel, caixas de mudança de velocidade. (2) Sistema de transmissão de movimento do eixo: motor, polia, engrenagem, redutores. (3) Sistemas de deslocamento da ferramenta e de movimentação da ferramenta em diferentes velocidades: engrenagens, caixa de câmbio, inversores de marcha, fusos, vara, etc. (4) Sistema de fixação da ferramenta: torre, carro porta-ferramenta, carro transversal, carro principal ou longitudinal e da peça: placas, cabeçote móvel. (5) Comandos dos movimentos e das velocidades: manivelas e alavancas. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 8 a - placa f - carro principal b - cabeçote fixo g - barramento c - caixa de engrenagens h - cabeçote móvel d - torre porta-ferramenta i - carro porta-ferramenta e - carro transversal Figura 4: Torno universal [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 9 Essas partes componentes são comuns a todos os tornos. O que diferencia um dos outros é a capacidade de produção, se é automático ou não, o tipo de comando: manual, hidráulico, eletrônico, por computador, etc. Nesse grupo enquadram-se os tornos revólver, copiadores, automáticos, por comando numérico ou por comando numérico computadorizado. Fixação da peça Para realizar o torneamento, é necessário que tanto a peça quanto a ferramenta estejam devidamente fixadas. Quando as peças a serem torneadas são de pequenas dimensões, de formato cilíndrico ou hexagonal regular, elas são presas por meio de um acessório chamado de placa universal de três castanhas. Figura 5: Placa para torno [5] A peça é presa por meio de três castanhas, apertadas simultaneamente com o auxílio de uma chave. Cada castanha apresenta uma superfície raiada que melhora a capacidade de fixação da castanha em relação à peça. De acordo com os tipos de peças a serem fixadas, as castanhas podem ser usadas de diferentes formas: (1) Para peças cilíndricas maciças como eixos, por exemplo, a fixação é feita por meio da parte raiada interna das castanhas voltadas para o eixo da placa universal. (2) Para peças com formato de anel, utiliza-se a parte raiada externa das castanhas. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 10 (3) Para peças em forma de disco, as castanhas normais são substituídas por castanhas invertidas. Operações de torneamento A primeira operação do torneamento é, pois, fazer no material uma superfície plana perpendicular ao eixo do torno, de modo que se obtenha uma face de referência para as medidas que derivam dessa face. Essa operação chama-se facear: Essa operação de facear é realizada do centro para a periferia da peça. Existe um tipo de ferramenta que permite facear em sentido contrário. Depois do faceamento, pode-se executar o torneamento de superfície cilíndrica externa, que é muito semelhante à operação anterior. É uma operação que consiste em dar um formato cilíndrico a um material em rotação submetido à ação de uma ferramenta de corte. Essa operação é uma das mais executadas no torno e tem a finalidade de produzir eixos e buchas ou preparar material para outras operações. Sua execução tem as seguintes etapas: • Fixação da peça, deixando livre um comprimento maior do que a parte que será torneada, e centralizando bem o material. • Montagem da ferramenta no porta-ferramenta de modo que a ponta da ferramenta fique na altura do centro do torno. • Regulagem do torno na rotação adequada, consultando a tabela específica. • Marcação, no material, do comprimento a ser torneado. Para isso, a ferramenta deve ser deslocada até o comprimento desejado e a medição deve ser feita com o paquímetro. A marcação é feita acionando o torno e fazendo um risco de referência. • Determinar a profundidade de corte: o ligar o torno e aproximar a ferramenta até marcar o início do corte no material; o deslocar a ferramenta para fora da peça; o zerar o anel graduado e fazer a ferramenta penetrar no material a uma profundidade suficiente para remover a casca do material. • Execução do torneamento: Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 11 o fazer um rebaixo inicial; o deslocar a ferramenta para fora da peça; o desligar a máquina; o verificar o diâmetro obtido no rebaixo; o tornear completando o passe até o comprimento determinado pela marca (deve-se usar fluido de corte onde for necessário); o repetir quantas vezes for necessário para atingir o diâmetro desejado. Cabeçote móvel Figura 6: Cabeçote móvel [5] Para operações de furar no torno, usa-se a broca e não uma ferramenta de corte. Para fixar a ferramenta para furar, escarear, alarcar e roscar, usa-se o cabeçote móvel. O cabeçote móvel é a parte do torno que se desloca sobre o barramento. É composto por: • base: apóia-se no barramento e serve de apoio para o corpo; • corpo: suporta os mecanismos do cabeçote móvel. Pode ser deslocado lateralmente para permitir o alinhamento ou desalinhamento da contraponta; • mangote: que aloja a contraponta, mandril ou outras ferramentas para furar, escarear, alargar ou roscar. É fixado por meio de uma trava e movimentado por Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 12 um eixo roscado acionado por um volante. Possui um anel graduado que permite controlar a pofundidade do furo, por exemplo; • parafusos de fixação e deslocamento do cabeçote móvel. O cabeçote móvel tem as seguintes funções: (1) de suporte à contraponta, destinada a apoiar uma das extremidades da peça a ser torneada. (2) fixar o mandril de haste cônica usado para prender brocas, escareadores, alargadores e machos. (3) suporte direto para ferramentas de corte de haste cônica como brocas e alargadores - serve também de apoio para operações de rosqueamento manual; (4) deslocar a contraponta lateralmente, para o torneamento de peças longas de pequena conicidade. O torno permite a execução de furos para: • Abrir furos de forma de dimensões determinadas, chamados de furos de centro, em materiais que precisam ser trabalhados entre duas pontas ou entre a placa e a ponta. Esse tipo de furo também é um passo prévio para se fazer um furo com broca comum. Figura 7: Furos de centro [5] • Fazer um furo cilíndrico por deslocamento de uma broca montada no cabeçote e com o material em rotação. É um furo de preparação do material para operações posteriores de alargamento, torneamento e roscamento interno. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 13 Figura 8: Furar em torno [5] • Fazer um superfície interna, passante ou não, pela ação de uma ferramenta deslocada paralelamente ao eixo do torno. Essa operação é conhecida tamabém como broqueamento. Com ela, obtém-se furos cilíndricos com diâmetros exatos em buchas, polias, engrenagens e outras peças. Figura 9: Tornear interno [5] Acessórios para o torno O torno tem vários tipos de acessórios que ajudam a prender as peças de maior comprimento: pontas, contrapontas, placas arrastadoras e arrastador, lunetas fixas e móveis. As pontas e contrapontas são cones duplos retificados de aço temperado cujas extremidades se adaptam ao centro da peça a ser torneada para apoiá-la. A contraponta é apresentada em vários tipos: Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 14 • ponta fixa; • ponta rotativa: reduz o atrito entre a peça e a ponta, pois gira suavemente e suporta esforços radiais e axiais ou longitudinais; • ponta rebaixada: facilita o completo faceamento do topo. A ponta é semelhante a contraponta fixa e é montada no eixo principal do torno por meio da placa arrastadora. Figura 10: Pontas para torno [5] A placa arrastadora é um acessório que transmite o movimento de rotação do eixo principal às peças que devem ser torneadas entre pontas. As placas arrastadoras podem ser: com ranhura, com pino ou placa de segurança. Em todas as placas usa-se o arrastador que é firmemente preso à peça, transmitindo-lhe movimento de rotação, funcionando como órgão intermediário. Figura 11: Placas arrastadoras [5] Os arrastadores podem ser de vários tipos: • de haste reta: mais empregado na placa com pino na placa com dispositivo de segurança; • de haste curva: é empregado com a placa com ranhura; Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 15 • com dois parafusos: indicado para suportar esforços em usinagem de passes profundos. Figura 12: Tipos de arrastador [5] A luneta é outro dos acessórios usados para prender peças de grande comprimento e finas que, sem esse tipo de suporta adicional, tornariam a usinagem inviável, por causa da vibração e flexão da peça devido ao grande vão entre os pontos. A luneta pode ser fixa ou móvel. Figura 13: Lunetas fixa e móvel [5] A luneta fixa é presa no barramento e possui três castanhas reguláveis por parafusos e a parte da peça que nela se apoia deve estar previamente torneada. Se a peça não puder ser torneada antes, o apoio deve ser lubrificado. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 16 Figura 14: Luneta fixa [5] A luneta móvel geralmente possui duas castanhas. Ela apóia a peça durante todo o avanço da ferramenta, pois está fixada no carro do torno. Figura 15: Luneta móvel [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 17 2.3. Ferramenta para tornear Figura 16: Ferramenta de tornear – principais denominações [3] Figura 17: Ferramenta de tornear – principais ângulos [3] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 18 3. Fresagem ou Fresamento 3.1. Definição A fresagem é um processo de usinagem mecânica, feito por fresadoras e ferramentas especiais chamadas fresas. Na fresagem, a remoção do sobremetal da peça é feita pela combinação de dois movimentos, realizados ao mesmo tempo. Um dos movimentos é o de rotação da ferramenta, a fresa. O outro é movimento é da mesa da máquina, onde é fixada a peça a ser usinada. É o movimento da mesa da máquina ou movimento de avanço que leva a peça até a fresa e torna possível a operção de usinagem. Figura 18: Fresagem [5] O movimento de avanço pode levar a peça contra o movimento de giro do dente da fresa. É o chamado movimento discordante. Quando o movimento da peça é no mesmo sentido de movimento do dente da fresa, é chamado de movimento concordante (Figura 19). Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 19 A maioria das fresadoras trabalham com o movimento de avanço da mesa baseado em uma porca e um parafuso. Com o tempo e desgaste da máquina ocorre uma folga entre eles. No movimento concordante a folga é empurrada pelo dente da fresa no mesmo sentido de deslocamento da mesa. Isto faz com que a mesa execute movimentos irregulares, que prejudicam o acabamento da peça e podem até quebrar o dente da fresa. No movimento discordante, a folga não influi no deslocamento da mesa. Por isso, a mesa tem um movimento de avanço mais uniforme, gerando um melhor acabamento da peça. Quando a forma construtiva da mesa é através de porca e parafuso, é melhor o movimento discordante. Basta observar o sentido de giro da fresa e fazer a peça avançar contra o dente da fresa. A fresadora presta-se para usinar diversas superfícies planas, destacando-se pela rapidez, pois a fresa é uma ferramenta multicortante. 3.2. Máquina Fresadora As máquinas fresadoras são classificadas, geralmente, de acordo com a posição do seu eixo-árvore (fixação da fresa) em relação à mesa de trabalho (fixação da peça). Em relação ao eixo-árvore são classificadas em horizontal (paralelo à mesa), vertical (perpendicular à mesa) e universal (com dois eixos-árvore: horizontal e vertical). Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 20 Outros tipos de fresadoras são: • Fresadora copiadora, a qual trabalha com uma mesa e dois cabeçotes- um cabeçote apalpador e outro de usinagem. • Fresadora pantográfica ou pantógrafo: permitem a cópia de um modelo, movimento de coordenadas operado manualmente, permitem trabalhar detalhes mais difíceis de serem obtidos através da copiadora. • Fresadora CNC e as geradoras de engrenagens, requerem atenção especial por disporem de tecnologia mais diferenciada para comando e operação. Figura 20: Máquina fresadora – Principais componentes [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 21 Principais acessórios Os principais acessórios utilizados em operações de fresamento relacionam-se à fixação da peça na mesa de trabalho. São elas: Figura 21: Parafusos e grampos de fixação [6] Figura 22: Calços [6] Figura 23: Cantoneiras de ângulo fixo ou ajustável [6] Figura 24: Morsas [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 22 Figura 25: Mesa divisora [6] Figura 26: Divisor universal e contraponto [6] É muito importante ressaltar que a instalação de alguns acessórios, na mesa de trabalho da fresadora, devem ser realizadas com muita atenção para evitar erros dimensionais na usinagem. O exemplo clássico é a instalação de uma morsa. Após sua fixação na mesa deve-se fazer seu alinhamento, com auxílio de um relógio comparador, apalpando o seu mordente fixo que deverá ficar paralelo ao movimento da mesa. Também é necessário verificar se não há cavacos que mantenham a morsa ligeiramente inclinada no plano paralelo ao chão. Um outro conjunto de acessórios de grande importância está relacionado com a fixação das ferramentas. Como já foi mencionado, o eixo árvore possui em sua extremidade um cone e chavetas. Neste cone pode-se fixar um mandril ou uma ferramenta de haste cônica. Para garantir a fixação utiliza-se uma haste roscada que atravessa a árvore. As chavetas evitam o deslizamento. Há ferramentas de haste cônica que podem ser fixadas diretamente no cone de fixação do eixo-árvore, que pode ser Morse (menor esforço) ou ISO (maior fixação). Normalmente se tratam de ferramentas relativamente grandes. Para fixar-se ferramentas menores, que possuem outra dimensão de cone, utiliza-se um mandril Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 23 adaptador, como mostrado na Figura 27. Nesta mesma figura pode-se observar na ponta do mandril a rosca onde fixa-se a haste roscada. Figura 27: Mandril adaptador para ferramentas de haste cônica [6] Com relação ao mandril, pode-se ter três tipos: universal (Jacobs), porta-pinça e porta-ferramenta. O mandril universal é muito utilizado em furadeiras manuais, mas também pode ser utilizado em fresadoras, mas com ressalvas. Só podem ser fixadas ferramentas de haste cilíndrica e cujo esforço não seja elevado, pois a pressão não será suficiente. A Figura 28 apresenta um mandril Jacobs. Figura 28: Mandril universal tipo Jacobs [6] O mandril porta-pinça possui modo de trabalho similar ao jacobs, mas permite uma força de fixação maior. Também é indicado para ferramentas de haste cilíndrica. A pinça é uma peça única com um furo central no diâmetro da haste a ser fixada e com diversos cortes longitudinais que lhe dão flexibilidade de fechar este furo em alguns décimos de milímetro. Este mandril é composto de duas partes. A primeira, que é o mandril propriamente dito, possui uma cavidade que receberá a pinça. Esta cavidade possui uma superfície cônica de igual formato da pinça. A segunda parte é denominada de porca, e é rosqueada no mandril. A Figura 29 ilustra um mandril porta-pinça e dois modelos de pinça. Durante o rosqueamento a porca força a pinça a entrar na cavidade do mandril, e devido a forma cônica, obriga a pinça a se fechar e fixar a ferramenta. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 24 Figura 29: Mandril porta pinça e dois modelos de pinças [6] Para ferramentas de maior porte, e consequentemente, maior esforço de usinagem, é necessário uma maior garantia de que não haja um deslizamento entre o mandril e a própria ferramenta. Nestes casos o mandril possui chavetas, que podem ser transversais (quando o mandril é curto) ou longitudinais. A Figura 30 apresenta alguns modelos de mandril. Figura 30: Alguns modelos de mandril [6] A Figura 31 apresenta um mandril curto com chaveta longitudinal. A Figura 32 ilustra o mandril curto com chaveta transversal. A Figura 33 apresenta um mandril porta-fresa longo com chaveta longitudinal, também denominado de eixo porta-fresa dehaste longa. Figura 31: Mandril porta-fresa curto com chaveta longitudinal [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 25 Figura 32: Mandril porta-fresa curto com chaveta transversal [6] Figura 33: Mandril porta-fresa longo com chaveta longitudinal [6] Fresando com aparelho divisor O aparelho divisor é um acessório utilizado na máquina fresadora para fazer divisões no movimento de giro da peça. As divisões são muito mais úteis, quando se quer fresar com precisão superfícies, que devem guardar uma distância angular igual à distância angular de uma outra superfície, tomada como referência. Permite dessa forma, usinar quadrados, hexágonos, rodas dentadas ou outros perfis que dificilmente poderiam ser obtidos de outra maneira. Ao fixar a peça, uma das superfícies deve ser presa na placa do cabeçote divisor. Caso o comprimento da peça (L) seja maior que 1,5 vezes o diâmetro da peça (D), deve-se usar na outra extremidade um contraponta. A extremidade da peça a ser fixada pelo contraponta, deve ser furada no torno com uma broca de centro. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 26 Figura 34: Aparelho divisor [5] Fresando engrenagens cilíndricas de dentes retos Existem máquinas especiais que são empregadas para produzir engrenagens. Nas fresadoras, as mesmas são fabricadas com fresas de perfil constante chamadas de fresa módulo. Figura 35: Fresagem de engrenagem de dentes retos [5] O módulo de uma engrenagem é o quociente entre o diâmetro primitivo e o número de dentes (Figura 36). Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 27 Figura 36: Engrenagem de dentes retos [5] As dimensões de uma engrenagem são parametrizadas (dependentes) do módulo. A partir do ponto de contato para transmissão entre o par de engrenagens, é traçado o diâmetro primitivo de cada engrenagem. Nesse ponto determina-se, pelo perfil da fresa módulo, o chamado ângulo de pressão. Em geral esse ângulo de pressão é 20° (Figura 37). Figura 37: Ângulo de pressão [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 28 Em geral, conforme a necessidade de projeto essas características são previamente determinada e encomendadas para a fabricação. O operador da fresadora deve ser informado, através do desenho, o módulo e o número de dentes das engrenagens a serem usinadas. As engrenagens cilíndricas de dentes retos, têm forma de disco e os dentes são paralelos ao cubo da engrenagem. Os parâmetros, para conferir se peça, obtida a partir do torno estão corretas são as seguintes: dp = m × Z dp: diâmetro primitivo de = dp + 2 × m de: diâmetro externo b=8×m b: comprimento do dente h = 2,166 × m h: altura do dente O próximo passo é montar e preparar o cabeçote divisor. Para tanto, faz-se o cálculo do número de furos que o disco deve ter. Através da divisão indireta, há a possibilidade de um maior número de divisões; essa nomenclatura deve-se ao sistema de transmissão de movimento do manípulo para a árvore. Através da expressão abaixo determina-se essa divisão indireta: n = ( RD / Z ) RD = relação do divisor Z = número de divisões a efetuar Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 29 Figura 38: Divisor universal [5] A relação do divisor é de 40:1 - 60:1 - 80:1 - 120:1. A mais utilizada, e dísponível é 40:1, RD=40. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 30 Como resultado obtido, tem-se que é preciso dar uma volta e mais 15 furos em um disco de 25 furos. Não existindo disco com circunferência de 25 furos, faz-se uma simplificação da equação 15/25 = 3/5 procurando uma circunferência cuja quantidade de furos seja múltiplo do denominador, deve-se escolher a o maior valor. Dessa forma está feita a seleção do diâmetro com a quantidade de furos para a usinagem da engrenagem desejada. Tabela 1: Disco divisor [5] DISCO DIVISOR 1 2 3 15 21 37 16 23 39 17 27 41 18 29 43 19 31 47 20 33 49 Tabela 2: Engrenagens com módulo <= 10 [5] ENGRENAGENS COM m <= 10 Fresa Módulo Número de dentes da engrenagem 1 12 e 13 2 14 e 16 3 17 e 20 4 21 e 25 5 26 e 34 6 35 e 54 7 55 e 134 8 >135 e cremalheira Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 31 Tabela 3: Engrenagens com módulo > 10 [5] ENGRENAGENS COM m > 10 Fresa Módulo Número de dentes da engrenagem 1 12 1 1/2 13 2 14 2 1/2 15 e 16 3 17 e 18 3 1/2 19 e 20 4 21 e 22 4 1/2 23 e 25 5 26 e 29 5 1/2 30 e 34 6 35 e 41 6 1/2 42 e 54 7 55 e 79 7 1/2 80 e 134 8 > 135 Fresando engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais Para a fresagem de engrenagens cilíndricas de dentes helicoidais, faz-se necessário conhecer os parâmetros geométricos de uma hélice. Esses parâmetros iniciais são: ângulo de inclinação (β), passo normal (pn), passo frontal (pf) e passo da hélice (ph). Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 32 A expressão para o cálculo do passo da hélice: Figura 39: Passo da hélice [5] Deve-se fazer a seleção de um conjunto de engrenagens para obter o movimento sincronizado entre o aparelho divisor, cujo cabeçote fixa-se o disco da engrenagem a ser usinada, com o movimento da mesa para fabricação da hélice. Figura 40: Inclinação da mesa [5] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 33 Determina-se o chamado passo constante da fresadora (pc), conhecendo-se antecipadamente a relação do divisor (RD) e o passo do fuso da mesa (pF). A escolha da fresa módulo será, para manter o mesmo procedimento para a usinagem de engrenagens cilíndricas de dentes retos, a partir da tabela relacionando o número de dentes da engrenagem a ser usinada, com o seu respectivo módulo. Entretanto, será usado o número de dentes imaginários (Zi): A coleção de engrenagens, mais comumente utilizadas nas fresadoras são: 25 – 30 – 40 – 50 – 55 – 60 – 70 – 80 – 90 – 100 – 127 Figura 41: Engrenages do divisor [5] Cálculo do módulo frontal (mf): Cálculo do diâmetro primitivo (dp): Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 34 Cálculo do diâmetro externo (de), a partir dessa expressão o módulo da engrenagem será designado como módulo normal (mn): Cálculo da altura do dente (h): Cálculo da largura da engrenagem (b): 3.3. Ferramenta para fresar É a ferramenta empregada pela fresadora, a qual apresenta uma vantagem em relação a outros tipos de ferramentas de corte, pois os dentes que não estão trabalhando estão sendo resfriados, reduzindo o desgaste da ferramenta. Conforme o ângulo de cunha das fresas, elas são classificadas em tipos: W, N e H: • A fresa tipo W é empregada para usinagem de materiais não ferrosos de baixa dureza: alumínio, bronze e plástico. • A fresa tipo N, empregada para materiais de dureza média, ou seja, menores de 700 N/mm2 de resistência à tração. • A fresa tipo H, recomendada para usinar materiais quebradiços ou duros, com mais de 700 N/mm2. A quantidade de dentes entre as fresas deve-se a capacidade de conseguir usinar materiais mais resistentes. Fresas de perfil constante Utilizadas para abrir canais, superfícies côncavas e convexas ou gerar engrenagens. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 35 Fresas planas Empregadas para trabalhar superfícies planas, abrir rasgos e canais. Fresas angulares Utilizadas para usinagem de perfis em ângulo, tais como rasgos prismáticos e encaixes tipo rab-de-andorinha. Fresas para rasgos Para rasgos de chaveta, ranhura reta ou em perfil T. Fresas dentes postiços Mais conhecidas como cabeçotes de fresamento, empregam pastilhas de metal duro fixadas por parafusos , pinos ou garras de fácil substituição. Fresas para desbaste Utilizadas para desbaste de grande quantidade de material de uma peça. As fresas podem ser classificadas de várias maneiras. A primeira delas seria quanto a forma geral. As fresas podem ser cilíndricas, cônicas ou ainda de forma. A Figura 42 apresenta fresas cilíndricas. As ferramentas mais estreitas são também chamadas de fresas de disco, enquanto as ferramentas que possuem haste própria são denominadas de fresas de haste ou fresas de topo (lado direito da Figura 42). Figura 42: Fresas cilíndricas [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 36 As fresas cônicas ou angulares podem possuir apenas um ângulo, como as fresas para encaixes tipo cauda-de-andorinha, ou possuir dois ângulos. Neste segundo caso podem ser classificadas como simétricas (ângulos iguais) ou biangulares (ângulos diferentes). Normalmente as fresas para cauda-de-andorinha possuem haste incorporada, enquanto as biangulares não. A Figura 43 ilustra estas ferramentas. Figura 43: Fresa cauda-de-andorinha e fresa biangular simétrica [6] As fresas de forma possuem o perfil de seus dentes afiados para gerar superfícies especiais tais como dentes de engrenagens (fresa módulo), superfícies côncavas ou convexas, raios de concordância e outras formas específicas de cada caso, e são denominadas fresas especiais. Alguns autores classificam as fresas cônicas como fresas de forma. As fresas especiais normalmente são fabricadas pela própria empresa que as utiliza, no setor denominado de ferramentaria, ou são encomendadas em empresas especializadas em ferramentas. A Figura 44 ilustra algumas fresas de forma. Figura 44: Fresa para perfil convexo, côncavo, dentes de engrenagens e especiais [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 37 Quanto ao sentido de corte a classificação é simples, pois trata do sentido de giro da ferramenta, observado do lado do acionamento (de cima para baixo). Tem-se as fresas de corte à direita (horário) e as fresas de corte à esquerda (anti-horário). Obviamente esta classificação só se emprega em fresas fixas de haste fixa. As fresas que não possuem haste podem, normalmente, ser fixadas tanto em um sentido como em outro. Quanto aos dentes estes podem ser retos, helicoidais ou bihelicoidais, como mostra a Figura 45. Os dentes helicoidais tem como vantagem uma menor vibração durante a usinagem, ou seja, o corte é mais suave pois o dente não atinge a peça de uma só vez como acontece com os dentes retos. Os dentes helicoidais geram uma força axial, e para compensar esta força pode-se recorrer a uma fresa bihelicoidal, ou seja, uma ferramenta que possui um dente afiado em um sentido e o dente seguinte afiado no sentido inverso. Figura 45: Fresas de dentes retos, helicoidal e bihelicoidal [6] Mas fresas bihelicoidais só são possíveis em espessuras relativamente pequenas e com ângulos reduzidos de hélice. Para possibilitar usinagem de grandes superfícies sem o efeito da força axial deve-se recorrer a uma montagem de duas fresas de mesmo diâmetro e número de dentes, mas com hélices invertidas, como na Figura 46. Figura 46: Montagem bihelicoidal [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 38 Quanto à construção pode-se classificar as fresas como inteririças, onde toda a ferramenta é construída de um mesmo material. As mais comuns são as de aço rápido e metal duro. Há também a fresa calçada onde o corpo da ferramenta é de um material mais simples e os gumes de corte, soldados ao corpo, são de um material mais nobre, como aço rápido ou metal duro. Finalmente há as fresas com dentes postiços que são similares as fresas calçadas. A diferença é que os dentes de aço rápido, metal duro, diamante ou cerâmicos podem ser trocados em caso de quebra ou desgaste. A Figura 47 apresenta exemplos destas fresas. Figura 47: Fresa calçada, fresa de dentes postiços e detalhe da fixação da pastilha [6] As fresas também podem ser classificadas quanto às faces de corte ( o número de superfícies com afiação) e que definem em que direção a ferramenta pode avançar, ou seja, se poderá executar uma fresagem tangencial (eixo paralelo à peça) e/ou uma fresagem frontal (eixo perpendicular à peça). Tem-se fresas de um, dois e três cortes. A fresa de um corte possui em uma de suas faces e em sua superfície cilíndrica. Uma fresa de três cortes possui afiação nas duas faces e também na superfície cilíndrica. A Figura 48 ilustra uma fresa de dois cortes. Figura 48: Fresa de dois cortes e os sentidos em que pode usinar [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 39 Quanto a aplicação as fresas são classificadas em tipo W ( =8º, =57º e =25º) indicada para materiais de baixa dureza como alumínio, bronze e plásticos. O tipo N ( =7º, =73º e =10º) é indicada para materiais de média dureza, como os aços até 700N/mm2. As fresas do tipo H ( =4º, =81º e =4º) são indicadas para materiais duros, como os aços acima de 700N/mm2. A Figura 49 apresenta uma comparação entre estas fresas. Figura 49: Tipos de fresas [6] Observa-se que fresas para materiais mais macios podem ter dentes menos resistentes, o que significa possuir um ângulo de cunha menor. Isto permite colocar menos dentes na ferramenta. Em uma fresa para materiais de alta dureza cada dente remove pouco material. Desta forma é necessário que a fresa possua muitos dentes que, em uma volta, remova uma quantidade significativa de material. Além disto os dentes deverão ter um ângulo de cunha maior para lhes conferir maior resistência. Quanto a fixação pode-se ter fresas de haste cilíndrica ou cônica e fresas para mandril com chaveta longitudinal ou transversal. A Figura 50 apresenta algumas delas. Figura 50: Fresas de haste (cônica e cilíndrica) e de chaveta (transversal e longitudinal) [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 40 4. Furação 4.1. Definição Na área de usinagem metal-mecânica existem diversas formas de se obter furos em peças. Pode-se destacar os seguintes meios: puncionamento, fundição, forjamento, serra copo, eletroerosão, oxiacetileno e por meio de brocas. Será focada a atenção apenas na obtenção de furos através de brocas, pois é o meio mais largamente utilizado na indústria, devido à sua versatilidade, baixo custo envolvido e também a simplicidade de operação. 4.2. Máquina Furadeira As máquinas de furar, ou simplesmente furadeiras, consistem basicamente de uma árvore, que gira com velocidades determinadas, onde se fixa a ferramenta. Esta árvore pode deslizar na direção de seu eixo. Também se pode ter uma mesa onde se fixa e movimenta-se a peça. As partes principais de uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura. Para uma furadeira de coluna podem-se destacar partes, ilustradas pela Figura 51. Figura 51: Furadeira vertical [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 41 Normalmente na extremidade inferior da árvore de trabalho há um furo cônico (cone Morse ou ISO), que é uma das carcterísticas importantes da máquina. Neste cone podem-se fixar diretamente ferramentas de haste cônica ou um mandril universal tipo Jacobs, como o mostrado pela Figura 52, para fixação de ferramentas de haste cilíndrica. Figura 52: Mandril universal tipo Jacobs [6] Como a fixação em cone Morse ocorre por força de pressão, a retirada de uma ferramenta ou de um mandril porta ferramenta é feita por meio de uma cunha introduzida em uma ranhura existente na árvore, como na Figura 53. Figura 53: Retirada de mandril ou ferramenta do cone Morse [6] A variedade de detalhes em furadeiras é bastante grande. Algumas máquinas possuem avanço automático com limitadores de profundidade. Outras máquinas possuem mesa giratória. Há equipamentos que dispõem de inversão de rotação e avanço sincronizado, que permitem execução de roscas com machos. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 42 Tipos de furadeiras Podem-se classificar as furadeiras de diversas maneiras. Quanto ao sistema de avanço pode-se classificar como manual (ou sensitiva) ou automática (elétrico ou hidráulico). Ao contrário do que possa parecer as furadeiras sensitivas possuem grande aplicação no meio industrial. Quanto ao tipo de máquina pode-se classificar como: portátil, de coluna, de bancada, radial e horizontal. A furadeira de coluna apresenta pela Figura 51, é a mais encontrada em oficinas de manutenção e de produção sob encomenda devido a sua versatilidade. A furadeira de bancada e a furadeira radial podem ser observadas na Figura 54. A furadeira de bancada é bastante similar à furadeira de coluna, como pode ser observado pela comparação das figuras. Figura 54: Furadeira de bancada e furadeira radial [6] Enquanto as furadeiras de bancada são utilizadas em pequenos serviços, as furadeiras radiais são empregadas na furação de grandes peças. O braço possui movimento vertical na coluna, normalmente através de um motor. O braço também possui movimento de giro em torno da coluna, que é feito manualmente na maioria das vezes. Um carro com o sistema de acionamento da árvore principal movimenta-se pelo braço para posicionar a ferramenta. A furadeira radial pode possuir mais de uma mesa, que permite trabalhar em uma peça enquanto se está fixando outra. Também é comum deixar um fosso em um dos lados da máquina de modo a permitir trabalhar peças grandes. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 43 Quanto ao número de árvore podem-se classificar as furadeiras como: simples, quando possuem apenas uma árvore, gêmea como na Figura 55, que possui duas árvores e múltipla quando possui três ou mais árvores. Figura 55: Furadeira gêmea [6] No caso de furadeiras de múltiplas árvores podem-se ter, basicamente, dois tipos distintos de acordo com o motor. Podem-se ter máquinas onde cada árvore possui seu próprio motor, como mostra a Figura 56 à esquerda. O outro caso é quando as árvores compartilham de um mesmo motor. Este caso é ilustrado pela Figura 56, à direita. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 44 Figura 56: Furadeiras de múltiplas árvores [6] As furadeiras múltiplas são as máquinas utilizadas nas linhas de produção pois aceleram a fabricação. Pode ser ajustadas para executar as várias etapas de um furo, como furar, alargar, escarear, rebaixar etc, em seqüência. Também podem ser ajustadas para efetuar diversos furos em uma só operação. Em algumas destas máquinas pode-se ajustar cada árvore livremente, dentro de seus limites, e ter sua própria velocidade de rotação. As furadeiras horizontais tem campo de atuação similar ao das furadeiras radiais, ou seja, indicadas para executar furos em peças de grandes dimensões que, mesmo no fosso da radial não poderiam ser trabalhadas. Dispositivos de sujeição de peças Os dispositivos de fixação depeças utilizados nas furadeiras são similares, e muitas vezes os mesmos, utilizados nas fresadoras, como mostra a Figura 57. Utilizase cantoneiras, morsas, grampos, blocos e gabaritos. Figura 57: Dispositivos de fixação [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 45 Destaca-se, no caso de furadeiras, o uso comum de gabaritos de furação, que tem a finalidade de guiar a broca e garantir a precisão/repetibilidade das coordenadas dos furos. Nos gabaritos os furos são de aço endurecido e podem ser substituídos quando desgastados. 4.3. Ferramenta para furar As brocas são as ferramentas de abertura de furos. Possuem de 2 até 4 arestas de corte e sulcos helicoidais por onde corre o cavaco. O ângulo da ponta varia de 90º à 150º de acordo com a dureza do material a furar, sendo o ângulo de 120º o mais comum de se encontrar. Os elementos de uma broca estão destacados na Figura 58. Figura 58: Partes de uma broca helicoidal [6] Os tipos de brocas mais comuns são: broca cilíndrica, como a da Figura 58, broca de centro, broca calçada com pastilha e broca múltipla. A broca de centro tem sua aparência representada pela Figura 59. É uma broca curta e de diâmetro relativamente grande. Sua alta rigidez impede que ocorra uma flambagem e que o furo seja executado fora do local correto. Sua função é a de iniciar o furo de uma peça, ou seja, fazer um pequeno furo para que a ponta da broca não se desloque-se da posição. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 46 Figura 59: Broca de centro [6] As brocas calçadas com pastilhas são indicadas para furação de materiais de maior dureza e/ou para obter-se rendimentos superiores. A Figura 60 apresenta a aparência deste tipo de broca onde é possível perceber que as pastilhas são soldadas ao corpo. Figura 60: Broca calçada [6] Similares às brocas calçadas há as brocas com pastilhas intercambiáveis, largamente utilizadas em altas produções e em máquinas CNC, devido a rapidez e simplicidade em se manter a afiação do gume cortante. A Figura 61 apresenta dois exemplos desta ferramenta. Figura 61: Brocas com dentes postiços [6] As brocas canhão, que tem um único fio cortante, são indicadas para execução de furos profundos, entre 10 e 100 vezes o seu diâmetro. A Figura 62 ilustra essa broca. Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 47 Figura 62: Brocas canhão [6] As brocas múltiplas são especialmente afiadas para executar furos complexos em apenas uma operação. Como pode ser observado na Figura 63. As possibilidades são muito grandes. Sua aplicação é voltada para grandes produções onde o custo de preparação de brocas especiais acaba se diluindo na execução de grandes lotes em tempo mais reduzidos. Figura 63: Brocas múltiplas [6] Também deve-se citar as brocas com furos para fluído refrigerante. Como podese observar na Figura 64 o refrigerante é enviado diretamente para a região de formação do cavaco, evitando o superaquecimento da ferramenta e auxiliando na remoção do cavaco. Essa ferramenta permite a usinagem de furos relativamente profundos em um único aprofundamento. Figura 63: Brocas com furos para refrigeração [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 48 Existem também as brocas anulares, como na Figura 64, que permitem executar furos de grandes diâmetros com menor geração de cavaco. Esta broca remove apenas um anel de material e a cápsula resultante pode até ser utilizada como matéria prima. Figura 64: Brocas anular [6] Características geométricas das brocas As características de uma broca, além de sua forma, são: dimensão, material e os ângulos (de hélice, de folga e de ponta). O ângulo de hélice (•) auxilia no desprendimento do cavaco. Deve ser determinado de acordo com o material a ser usinado. Quanto mais duro o material menor deve ser o ângulo, que pode ser observado pela Figura 65 (à esquerda). O ângulo de incidência ou ângulo de folga (•) tem a função de reduzir o atrito entre a broca e a peça e facilitar sua penetração no material, variando entre 6º e 15º. Este ângulo também deve ser determinado de acordo com o material da peça a ser furada. Quanto mais duro p material menor deve ser o ângulo de incidência. A Figura 65 (ao centro) ilustra este ângulo. O ângulo de ponta (•) corresponde ao ângulo formado pelos gumes da broca, que devem ter o mesmo comprimento. Este ângulo também é determinado pela dureza do material que será usinado, e pode ser observado na Figura 65 (à direita). Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 49 Figura 65: Ângulos característicos de uma broca [6] De uma maneira geral as brocas, como as fresas, são classificadas como H, N e W. As brocas do tipo H são indicadas para materiais duros, tenazes e/ou que produzem cavaco curto (descontínuo). A Tabela 4 destaca suas características. Tabela 4: Broca tipo H As brocas tipo N são indicadas para materiais de tenacidade e dureza normais (medianos). A Tabela 5 apresenta maiores detalhes. Tabela 5: Broca tipo N Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 50 As brocas tipo W são indicadas para materiais macios e/ou que produzem cavaco longo. A Tabela 6 destaca maiores informações. Tabela 6: Broca tipo W Quando uma broca comum não proporciona um rendimento satisfatório em um trabalho específico e a quantidade de furos não justifica a compra de uma broca especial, pode-se fazer algumas modificações nas brocas tipo N e obter resultados melhores. Pode-se modificar o ângulo da ponta, tornando-o mais obtuso e melhorando os resultados na furação de materiais duros, como aços de alto carbono (Figura 66 à esquerda). Na furação de chapas finas tem-se frequentemente duas dificuldades: furos não redondos e muitas rebarbas. A reafiação da broca para que fique com um ângulo bastante obtuso reduz grandemente estes problemas (Figura 66 centro). Para a usinagem de ferro fundido recomenda-se utilizar uma broca com ângulo de 118º com a parte externa dos gumes (cerca de 1/3 do comprimento) afiados com cerca de 90º (Figura 66 à direita). Figura 66: Alteração em brocas tipo N [6] Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005 51 5. Referências [1] Diniz, Anselmo Eduardo; Marcondes, Francisco Carlos; Coppini, Nivaldo Lemos. Tecnologia da Usinagem dos Materiais. Artliber. 4a ed. (2003) São Paulo. [2] Ferraresi, Dino. Usinagem dos Metais. Edgard Blücher. (1977) São Paulo. [3] Schroeter, Rolf Bertrand; Weingaertner, Walter Lindolfo. Tecnologia da Usinagem com Ferramentas de Corte de Geometria Definida – Parte I. Editora da UFSC. (2002) Florianópolis. [4] Stemmer, Caspar Erich. Ferramentas de Corte I. Editora da UFSC. 3ª ed. (1993) Florianópolis. [5] www.em.pucrs.br [6] www.iem.efei.br Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005