FURAÇÃO E ESCAREAMENTO

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• 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 1.000 A.C. Prof. Fernando 2

Generalidades

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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

O que é Furação?

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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

Finalidade da Furação

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Operações de Furação

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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.

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Cinemática do Processo

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Constituintes de brocas helicoidais

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Tipos de Furadeiras

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Tipos de Furadeiras

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Furações

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Furações

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Broca de centro Broca calçada

Tipos de Brocas

Brocas com dentes

postiços

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Tipos de Brocas

Brocas canhão

Brocas múltiplas

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Tipos de Brocas

Brocas com furos para

refrigeração Broca anular ou

“serra-copo”

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Variações do processo de furação com brocas

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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;

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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 com o

furo.

· Canais helicoidais – superfícies de saída da

ferramenta. Ângulo de hélice na

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

Principais Ângulos em Furação

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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 (αf) – 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 αf, varia entre 45 e 55°

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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 (αfe)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.

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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°.

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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

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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

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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 pré-furo;

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Formas construtivas de brocas em função do

material

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Movimentos em Furação

Vc – Velocidade de corte

Vƒ – Velocidade de avanço

tc – tempo de corte

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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.

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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;

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Forças em brocas helicoidais

● Força de corte (Fc) - essa corresponde à parcela da força de corte ( Fci ) 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

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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]

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Forças em brocas helicoidais

● Força de avanço (Ff)

Onde:

• Ff = Força de avanço [N]

• kf = Força específica de avanço [N/mm2]

• f = Avanço [mm]

• d = Diâmetro da broca [mm]

• σ = Ângulo de ponta da ferramenta [graus] Prof. Fernando 33

Momentos nas brocas helicoidais

● Momento torçor (Mt)- resultado das forças atuantes nos gumes principais da ferramenta são responsáveis pelo momento torçor,contribuindo entre 70 e 90% do valor do mesmo

Onde:

• Mt = Momento torçor [N.mm];

• Fc = Força de corte [N];

• Kc = Força específica de corte [N/mm2]

• f = Avanço [mm]

• d = Diâmetro da broca [mm]]

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Momentos nas brocas helicoidais

● Momento torçor (Mt)- resultado das forças atuantes nos gumes principais da ferramenta são responsáveis pelo momento torçor,contribuindo entre 70 e 90% do valor do mesmo

Onde:

• Mt = Momento torçor [N.mm];

• Fc = Força de corte [N];

• Kc = Força específica de corte [N/mm2]

• f = Avanço [mm]

• d = Diâmetro da broca [mm]]

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Forças em brocas helicoidais

● Potência de corte (Pc)- é resultante do produto entre o momento torçor e a velocidade angular da ferramenta

Onde: • Mt = Momento torçor [N.mm];

• Pc = Potência de corte [kW];

• n = rotação [RPM]

• ou para Pc ==> [CV]

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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/mm2

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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.

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Fatores que contribuem para qualidade de furos com de brocas helicoidais

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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.

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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”.

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Tipos de rebarbas • Mecanismos de formação de rebarbas

a. Uniforme

b. Transição

c. Coroa

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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

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Erros comuns na geometria do furo

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Materiais para brocas

Requisitos para materiais de brocas

● Tenacidade

● Resistência a compressão

● Resistência a abrasão

● Resistência térmica

● Resistência ao choque e a fadiga

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Materiais para Brocas

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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;

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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;

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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

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Exemplos de desgaste em brocas

(a) lascamento de gume (b) desgase abrasivo Prof. Fernando 50

Exemplo da volução de desgaste

abrasivo em brocas helicoidais

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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

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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

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Fatores que influenciam a qualidade e precisão do furo

• •Erros geométricos • • Erros dimensionais • Posicionamento • Circularidade • Forma • Presença de rebarbas • Processo • Peca • • Ferramenta • • Maquina • • Parâmetros • • Rigidez.

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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

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Variações do processo de furação

Rebaixamento

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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;

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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

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Ferramentas de rebaixamento

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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.

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Velocidade de Corte

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Rotação

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Tabela de Velocidade de Corte

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Processo de Furação Profunda

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Furação profunda Histórico

Aplicações iniciais = Equipamentos bélicos

Aplicações atuais

● Indústria de autopeças

● Aplicações nucleares

● Indústria de motores

● Setor agrícola

● Equipamentos médicos

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Escareamento-Escareadores

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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);

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Escareadores

• São fabricados com diferentes ângulos:

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Plaina

• Introdução

• Você já pensou se tivesse que limar manualmente uma carcaça de um motor de navio?

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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.

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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.

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• 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.

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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.

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• 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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 =Vc.1000/2.c

d) Regulagem do avanço automático da mesa.

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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 porta-ferramentas e estabelecimento da profundidade de corte.

6. Acionamento da plaina e execução da operação.

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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.

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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.

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Exercício 2

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Resposta

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• 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?

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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.

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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,

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Referências

• STOETERAU, L. Rodrigo. Processos de Usinagem – Aula 09 Processo de furação. – . Disponível em <http://www.lmp.ufsc.br/disciplinas/emc5240/Aula-17- U-2007-1-furacao.pdf >. Acesso em: 23 de outubro de 2012.

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