Usinagem Por Brochamento

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USINAGEM DE MATERIAIS USINAGEM POR BROCHAMENTO Renato Nunes Vinícius Antunes Philip Von Pritzelwitz USINAGEM DE MATERIAIS ENGENHARIA MECATRÔNICA 6º SEMESTRE – 2010 Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 1 USINAGEM DE MATERIAIS ÍNDICE INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................ 3 BROCHA ................................................................................................................................................. 4 BROCHADORA OU BROCHADEIRA ......................................................................................................... 7 BROCHADEIRA VERTICAL ................................................................................................................................ 7 BROCHADEIRA HORIZONTAL ........................................................................................................................... 8 FLUIDOS UTILIZADOS NO BROCHAMENTO ............................................................................................. 9 VELOCIDADE DE CORTE ........................................................................................................................ 10 CAVACO ............................................................................................................................................... 11 APLICAÇÃO .......................................................................................................................................... 12 BROCHAMENTO INTERNO ............................................................................................................................. 13 BROCHAMENTO EXTERNO ............................................................................................................................ 13 GENERALIDADES ......................................................................................................................................... 14 VANTAGEM DO BROCHAMENTO .................................................................................................................... 14 DESVANTAGENS DO BROCHAMENTO .............................................................................................................. 15 OUTROS TIPOS DE BROCHAMENTO ..................................................................................................... 15 BROCHAS DE COMPRESSÃO .......................................................................................................................... 15 BROCHAS DE TRAÇÃO .................................................................................................................................. 15 BROCHAS GIRATÓRIAS ................................................................................................................................. 15 BROCHA DE SÓLIDA ..................................................................................................................................... 15 BROCHAS TIPO POTE ................................................................................................................................... 16 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................................... 17 Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 2 USINAGEM DE MATERIAIS Introdução A operação de brochamento, brocheamento ou brochagem consiste do arranque de material da peça por uma sucessão progressiva e linear pela ação ordenada dos fios de corte, dispostos em série, de ferramentas multicortantes. Essas ferramentas, que se deslocam segundo uma trajetória retilínea, chamam-se brochas e a máquina que realiza a operação é a brochadeira ou brochadora. É uma operação voltada para a produção de grandes lotes; pois, cada operação exige o projeto e a execução de uma ferramenta própria, complexa e de alto custo. A ferramenta te um comprimento grande podendo ser forçada por tração ou compressão dentro ou fora da peça. A operação consiste em remover cavaco de um material com a finalidade de construir superfícies planas retilíneas ou com uma determinada forma internamente ou externamente a uma peça. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 3 USINAGEM DE MATERIAIS Brocha Em geral, a brocha é feita de aço, provida de dentes, formando uma série de elementos cortantes, para trabalhar diversos tipos de materiais. Pode ser usada para aplainar ou gerar superfícies internas ou externas, de perfis regulares ou irregulares. Existem brochas de vários tipos, dependendo do trabalho que se tem a realizar. Todas elas, entretanto, apresentam três partes distintas na região dos dentes para o corte progressivo: Desbaste1, acabamento e calibração. As brochas são temperadas e revenidas porque os dentes de sua superfície cortante são submetidos a grande esforço. As brochas internas de tração, que são as mais utilizadas, possuem três partes principais, que são: haste ou cabo, dentadura e guia posterior (com ou sem suporte). Todas estas partes podem ser observadas na Figura 1.0. Figura 1.0 – Brocha de Tração A haste é formada pela cabeça de tração e pela guia de entrada (ou guia anterior). A dentadura é composta de três partes, que são dentadura de desbaste, de acabamento e de calibração. Quando o brochamento é executado apenas por tração a guia posterior não possui o suporte, que é utilizado quando também se utiliza força de compressão. Já as brochas internas de compressão, não possuem a cabeça e o cabo, ou seja, a haste é composta apenas da guia anterior, como pode-se observar na Figura 1.1. As 1 Processo de retirada brutal do material. Em uma lâmina, destina-se a eliminar peso desnecessário e, ao mesmo tempo, conceder-lhe os “vazados” (biseis) iniciais. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 4 USINAGEM DE MATERIAIS demais partes da brocha são as mesmas. Deve-se observar que a nomenclatura dos dentes desta figura está diferente apresentada anteriormente. Alguns autores adotam o primeiro padrão apresentado e outros autores o segundo, mas a finalidade e forma dos dentes são as mesmas. Figura 1.1 – Brocha de Tração A cabeça de tração é a parte da brocha onde se conecta o dispositivo de tração da brochadeira. Sua forma depende do tipo de fixação permitida pela máquina. Há vários padrões, como mostra a Figura 1.2. Figura 1.2 – Alguns Padrões de Cabeça de Tração A guia anterior tem por finalidade centrar a ferramenta no furo inicial. Deve ter um comprimento mínimo igual ao comprimento a ser brochado (espessura da peça) e seu diâmetro deve ser igual ao do furo inicial. Na Figura 1.3 tem-se um exemplo de uma guia anterior em ação, ou seja, centrando e guiando a brocha. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 5 USINAGEM DE MATERIAIS Figura 1.3 – Guia Anterior de uma Brocha de Compressão A guia posterior tem o diâmetro igual ao mínimo diâmetro da forma brochada para que possa passar por ela. Seu comprimento é usualmente adotado entre 0.5 ou 0.7 do comprimento a ser brochado (desde que não seja menor que 10 mm). A dentadura é responsável pela remoção do material. Como já foi dito, é composta de três partes: Desbaste, acabamento e calibração. A região de calibração possui de 3 a 6 dentes, todos com a mesma dimensão, e que tem por objetivo, como o próprio nome diz, calibrar a forma a dar acabamento final. O aspecto das ferramentas para brochamento helicoidal é um pouco diferente das já apresentadas. A Figura 1.4 apresenta exemplos de brochas helicoidais. Figura 1.4 – Aspecto de Brochas Helicoidais Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 6 USINAGEM DE MATERIAIS Brochadora ou Brochadeira As brochadeiras consistem basicamente de um mecanismo capaz de produzir o movimento relativo entre a ferramenta e a peça, que normalmente é linear. A grande maioria das máquinas são acionadas hidraulicamente devido a grande força necessária. Podem-se ter máquinas verticais e horizontais. Existem brochadeiras que comprimem o objeto a ser trabalhado, outras que tracionem e outras ainda que tracionem e comprimem. As brochadeiras que comprimem são quase sempre verticais, e as que usam tração são horizontes. Brochadeira Vertical As brochadeiras que comprimem são quase sempre verticais. Entretanto, podem também tracionar e, em alguns casos, utilizar ambas as forças, tanto para brochamento interno quanto externo. Quando não se dispõe de grande espaço físico, a brochadeira vertical é a mais indicada devido a sua característica estrutural. Figura 1.5 – Brochadeira Vertical Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 7 USINAGEM DE MATERIAIS Brochadeira Horizontal Apresenta a vantagem de possibilitar o trabalho com ferramentas de grande comprimento. É bastante utilizada na indústria mecânica. No trabalho por força de tração, que utiliza ferramentas de longo comprimento, a montagem do material na brochadeira deve ser feita com cuidado para evitar a flexão da brocha devido ao seu próprio peso. Figura 1.6 – Brochadeira Horizontal Existem máquinas de cabeçotes múltiplos que podem executar operações em várias peças simultaneamente. Em alguns casos faz-se necessário o giro da ferramenta durante o movimento de usinagem para se obter o brochamento helicoidal, cuja aparência pode ser observada na Figura 1.7. Nestes casos a brochadeira horizontal é quase sempre a única opção. Figura 1.7 – Peça Realizada com Brochamento Helicoidal Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 8 USINAGEM DE MATERIAIS Para ângulos de hélice pequenos (ate 20°) a rotação da ferramenta é assegurada pelo próprio conjugado produzido pela ação da força de corte, sem perigo de danificar a ferramenta ou a peça. Este é o brochamento helicoidal comum. Quando o ângulo da hélice é superior a 20°, o movimento de rotação deve ser comandado pela montagem de brochamento, e é chamado de brochamento helicoidal comandado. Fluidos Utilizados no Brochamento Durante a operação de brochar, devem ser empregados fluidos para refrigeração do corte. As funções específicas que eles desempenham são:    Lubrificar as cavidades dos dentes da brocha, reduzindo o atrito entre o cavaco e a ferramenta e diminuindo o desgaste; Absorver o calor gerado durante o corte pelo atrito da plataforma dos dentes da brocha sobre a superfície da peça; Remover os cavos que ficam impregnados nos dentes da brocha. A importância desses fluidos no processo se relaciona com o aumento da vida útil das ferramentas de corte. O quadro indica os líquidos ideais para cada tipo de material no processo de brochamento. REFRIGERAÇÃO DO CORTE Líquidos para o Corte Óleo mineral com base de enxofre ou Aços sem ligas ou com poucas ligas misturas de óleos graxos Aços inoxidáveis ou com alta percentagem de Óleo mineral com base de enxofre e ligas tetracloreto de carbono Ferros Fundidos Óleo solúvel e parafina ou trabalho a seco Óleo solúvel puro ou óleo mineral com base Latões – Bronzes de enxofre Óleo solúvel (Ligas pouco siliciosas) Ligas leves Óleo mineral (ligas siliciosas) Materiais Brochados Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 9 USINAGEM DE MATERIAIS Velocidade de Corte A velocidade de corte no brochamento é determinada em função de vários elementos, como o perfil da aresta cortante, os ângulos de incidência de corte, o material da peça, a profundidade de corte etc. A tabela 1 mostra a relação entre diferentes materiais e a velocidade de corte com uma brocha de aço rápido. TABELA 1 Material Aço de 500 a 700 𝑵 𝒎𝒎𝟐 Aço de 700 a 800 𝑵 𝒎𝒎𝟐 Aço de 800 a 900 𝑵 𝒎𝒎𝟐 Ferro Maleável Ferro Fundido Latão, Bronze Alumínio Zinco (Fundido sob Pressão) Magnésio Velocidade de Corte 5 – 8 𝑚 𝑚𝑖𝑛 3 – 6 𝑚 𝑚𝑖𝑛 1 – 3 𝑚 𝑚𝑖𝑛 5 – 9 𝑚 𝑚𝑖𝑛 6 – 9 𝑚 𝑚𝑖𝑛 8 – 12 𝑚 𝑚𝑖𝑛 10 – 14 𝑚 𝑚𝑖𝑛 20 – 30 𝑚 𝑚𝑖𝑛 Para brochas de outros materiais, essas velocidades devem ser multiplicadas pelos fatores da Tabela 2, em função da dureza do material da peça que será brochada. TABELA 2 Material da Brocha Aço Carbono Aço Rápido Aço Rápido, com 5% de cobalto Aço Rápido, com 8% de cobalto Aço Rápido, com 12% de cobalto Ligas Ultra-Rápidas (Stellite, Crobalt Rexalloy) Carburetos Sinterizados (Firthite, Carboloy, Kennametal, etc.)2 Dureza Brinell do Material da Peça Até 160 160 – 220 220 – 360 0,50 0,50 0,50 1,00 1,00 1,00 1,10 1,15 1,20 1,15 1,25 1,30 1,25 1,40 1,50 1,60 1,80 2,00 2,00 – 2,50 2,50 – 3,00 3,50 – 4,00 2 Utilizar os fatores maiores quando usinar aço, e os menores para os demais materiais. Esses valores são considerados conservadores, podendo, na prática, ser ultrapassados, porém, é preferível iniciar com velocidades moderadas. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 10 USINAGEM DE MATERIAIS Cavaco Durante a usinagem, o cavaco de uma superfície é arrancado em linha reta e progressivamente pela sucessão ordenada das arestas do corte, conforme a Figura 1.8. Com essas arestas de corte se dispõem em torno do corpo cônico da ferramenta, elas cortam quantidades distintas e definidas de material. O alojamento correto do cavaco, bem como a afiação da ferramenta é um fator de redução do esforço de corte. Quando a afiação e o alojamento estão incorretos, o cavaco se quebra antes da sua formação completa, aumentando o esforço de corte. Se o alojamento for suficiente para o volume do cavaco, haverá um aumento do esforço de corte, o que provocará a quebra da ferramenta. Figura 1.8 – Desenho do Cavaco Figura 1.9 – Desenho do Cavaco Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 11 USINAGEM DE MATERIAIS Aplicação A finalidade do brochamento é usinar superfícies especiais como as mostradas pela Figura 2.0. Pode-se ter brochamento interno, quando se executa superfícies fechadas, ou brochamento externo, quando executa-se superfícies abertas. Figura 2.0 – Formas para Brochamento Interno Figura 2.1 – Formas para Brochamento Externo Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 12 USINAGEM DE MATERIAIS Brochamento Interno Quando a operação é feita internamente a peça, permitindo modificar a geometria de um furo vazado. Brochamento Externo Quando a operação é feita sobre a superfície externa da peça, dando acabamento ou semi-acabamento. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 13 USINAGEM DE MATERIAIS Generalidades A transformação de um perfil é feita de forma gradativa, na sequência de ação de cada um dos elementos de corte da brocha. Cada elemento cortante promove um incremento na profundidade de corte (aps) ao longo de seu comprimento da brocha. As brochas podem realizar uma operação completa de usinagem, desde o desbaste grosseiro até o acabamento. O brochamento permite obter bom acabamento nas peças trabalhadas, geralmente dispensando, operações de usinagem posteriores. A profundidade de corte (aps) pode variar na ordem de 0,06 a 0,15 mm de modo que a necessidade de se remover grandes quantidades de material resulta em um número elevado de dentes, o que leva a necessidade de máquinas com um curso longo. Vantagem do Brochamento        Tolerâncias estreitas de Usinagem; Bom acabamento superficial; Capacidade de reproduzir formas variadas e complexas externas e internas; Vida longa da ferramenta -> A produção pode atingir 2.000 a 10.000 peças entre afiações; Produção econômica -> O custo da ferramenta é alto, porém, o custo por peça é baixo; Alta produtividade -> A remoção do cavaco é bem rápida, pois, vários dentes atuam ao mesmo tempo em sequência contínua; Operações podem ser realizadas em uma só passada, realizando desbaste e acabamento. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 14 USINAGEM DE MATERIAIS Desvantagens do Brochamento     Alto custo da Ferramenta; Necessidade de máquinas específicas; Re-afiação da ferramenta; A perda de um elemento cortante pode levar a perda de toda a ferramenta. Outros Tipos de Brochamento As ferramentas de brochamento mais utilizadas foram citadas com mais detalhes anteriormente, porém, há ainda outros tipos de brochamento mais específicos que são utilizados para a customização perfeita de uma peça, de acordo com o projeto. Brochas de Compressão São forçadas através do furo, manualmente ou por prensa. São ferramentas curtas para evitar flambagem, tendo o seu comprimento máximo igual a 25 mm de diâmetro. São utilizadas também para brochamento de furos cegos. Brochas de Tração São puxadas através do furo permitindo um maior comprimento, tendo assim a possibilidade de realizar operações completas de desbaste e acabamento. Brochas Giratórias Utilizadas na produção de formas helicoidais, exemplo, ranhuras de armas de fogo. Brocha de Sólida Fabricada em uma só peça, em geral, de aço rápido, incluindo os dentes. São a maioria das brochas internas. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 15 USINAGEM DE MATERIAIS Brochas Tipo Pote É uma brocha de superície, envolve toda a peça, exemplo, eixos ranhurados e engrenagens. Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 16 USINAGEM DE MATERIAIS Bibliografia Ferraresi, D – Fundamentos da Usinagem dos Materiais – São Paulo, Edgard Blϋcher, 1977 Ferraresi, D – Curso de Usinagem de Metal (Operação de Brochamento) – São Paulo, Associação Brasileira dos Metais, 1973 Chiaverini, Vicente – Tecnologia Mecânica Vol. II – São Paulo, Editora McGraw-Hill, 1986 Caspar E. Stemmer – Ferramentas de Corte II, Editora da USFC, 1992 Termos Técnicos - http://www.knifeco.ppg.br/glossario.htm Engenharia Mecatrônica 6º Semestre - 2010 17