apostila sobre brocas

apostila sobre brocas

Processos de Usinagem

Aula 09 Processo de Furação

Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau

Processos de Usinagem Formas de obtenção de furos

Processos de Usinagem

Processo de usinagem onde movimento de corte é principal rotativo, e o movimento de avanço é na direção do eixo

Furadeira a arco egípicia de 1.0 A.C.

Processos de Usinagem Generalidades

➔ 1800 - primeiras publicações sobre furação de metais ➔ 1884 - Morse - Twist Drill and Machine Company

➔ 1891 - Primeiros testes de furação

Broca colherBroca plana Broca helicoidal

Processos de Usinagem Generalidades

Variações do processo de furação com brocas

Processos de Usinagem

Furação de centroFuração profundaRosqueamento

Generalidades Variações do processo de furação com brocas

Processos de Usinagem Generalidades

Variações do processo de furação com brocas

Processos de Usinagem Generalidades

Variações do processo de furação com brocas

Processos de Usinagem Processo de furação com brocas helicoidais

Simulação do processo de furação (w.deform.de)

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem Particularidades do processo

●A velocidade de corte vai de um valor máximo na periferia da broca até o valor zero no seu centro r 0 vc 0; r r vc vc max ●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

Processos de Usinagem

Fatores que contribuem para qualidade de furos com de brocas helicoidais

Processos de Usinagem Cinemática do processo

Processos de Usinagem

Cinemática do processo Distrbuição entre rotação e avanço

Processos de Usinagem Constituntes de brocas helicoidais

Comprimento do Gume Comprimento da Hélice

Comprimento da Haste

Comprimento total

Di â metro da B r o ca

Comprimento da Ponta Guia

Haste Cilindrica

Comprimento do Gume Comprimento da Hélice

Rebaixo

Comprimento da Haste Comprimento total

Di â metro da B r oc

Comprimento da Ponta Guia

Haste CônicaLingueta de extração

Processos de Usinagem Broca helicoidal

Geometria das brocas helicoidais

= ângulo de incidência = ângulo de cunha = ângulo de saída

= ângulo de ponta = ângulo do gume transversal

= ângulo de quina r = raio de quina

Processos de Usinagem Geometria da cunha de corte

● O gume transversal é parte integrante do gume principal, e tem como função estrudar material na direção do gume principal

● Gume principal é o gume cortante e aponta no sentido de corte

● A forma e o ângulo de hélice da broca definem o ângulo de saída γ, que não é constante ao longo do gume principal

● γ tem valor máximo na quina da broca e diminui no sentido de centro da broca, tornando-se negativo na passagem para o gume transversal.

Processos de Usinagem Geometria da cunha de corte

● γ (e conseqüentemente δ) são variados de acordo com as características do material a ser usinado

● Guia reduz atrito com as paredes e direciona a broca

● Haste: fixação na máquina

● Canal: retirada de cavaco

● Canal interno: alimentação do fluido lubri-refrigerante

Processos de Usinagem Grupos principais de brocas helicoidais

Processos de Usinagem Afiações de brocas helicoidais

Processos de Usinagem Afiações de brocas helicoidais

Processos de Usinagem Afiações de brocas helicoidais

Processos de Usinagem Afiações especiais de brocas helicoidais

Processos de Usinagem

Afiações especiais de brocas helicoidais

●A: duplo tronco de cone com redução do gume transversal melhora a capacidade de centragem 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

●D: duplo tronco de cone com redução de cone transversale 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 m ou em brocas de metal duro, uma vez que aqui a afiação com duplo tronco de cone é bastante difícil

Processos de Usinagem Materiais para brocas

Requisitos para materiais de brocas ● Tenacidade

● Resistência a compressão

● Resistência a abrasão

● Resistência térmica

● Resistência ao choque e a fadiga

Processos de Usinagem Materiais para brocas

Formas construtivas de brocas em função do material ● Broca com soldada

● Broca Integral

● Broca com incerto

Processos de Usinagem Materiais para brocas

Aço ferramenta ●Muito pouco empregado em aplicações industriais

●Brocas para hobby

●Brocas de baixo custo para aplicações simples

●Brocas para materiais de fácil usinagem, tais como alumínio, plásticos e madeira

Processos de Usinagem 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 freqüentemente são revestidas

●Ferramentas não integrais

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem Cinemática do processo

Processos de Usinagem Exemplos de desgaste em brocas

(a) lascamento de gume (b) desgase abrasivo

Processos de Usinagem

Exemplo da volução de desgaste abrasivo em brocas helicoidais

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

●As forças podem também ser determinadas através de equações empíricas

● Essas dependem basicamente do diâmetro da broca, do avanço e do material da peça.

● Também contribuem as características do tipo de broca ou condições externas que exercem influência secundária sob a determinação destas constantes, como o ângulo de ponta, o ângulo de hélice, a qualidade da afiação da ferramenta e o fluido de corte empregado.

Processos de Usinagem 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

●Força de corte por gume onde: Fc = Força de corte [N] kc = Força específica de corte [N/mm2] f = Avanço [m] d = Diâmetro da broca [m]

Fc=Kc f d

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

●Força de avanço (Ff)- é a resultante da soma das parcelas das reações ao avanço do gume de corte e do gume transversal. Como o gume transversal atua no sentido de extrudar material para os gumes principais, a parcela da respectiva força de avanço pode ser igual ou até mesmo maior que a força de avanço dos gumes principais de corte. É importante conhecê-la para se ter certeza que o eixo da máquina é capaz de suportar a operação

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

●Força de avanço (Ff)

onde: Ff = Força de avanço [N] kf = Força específica de avanço [N/mm2] f = Avanço [m] d = Diâmetro da broca [m] = Ângulo de ponta da ferramenta [graus]

F f=k f f d sen

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

●Força passiva (Fp) - atua em uma parcela do gume principal. As forças passivas atuantes nos gumes tendem a se anular mutuamente. É desprezível quando comparada com as forças de corte e de avanço. Contudo, para afiações assimétricas dos gumes ou mesmo em brocas não simétricas, tais como brocas canhão, BTA e Ejektor, essas são importantes.

Processos de Usinagem Forças em 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.m]; Fc = Força de corte [N]; kc = Força específica de corte [N/mm2] f = Avanço [m] d = Diâmetro da broca [m]

Mt=Kc f d2

Processos de Usinagem

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.m];

Pc = Potência de corte [kW]; n = rotação [rpm]

Pc= Mtn 7.025

Pc= Mtn 9,549

Processos de Usinagem Forças em brocas helicoidais

●Potência de corte (Pc)

Tomando

D = diâmetro da broca r = distância do ponto de atuação ● para fução de acabamento

● para furação com furo guia (pré-furo)

● para furação em cheio

Pode-se estimar a força de corte com base no Mt por:

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem Fatores que influenciam a qualidade e precisão do furo

● Erros geométricos ● Erros dimensionais

● Posicionamento

● Circularidade

● Forma

● Presença de rebarbas

● Processo

● Peça

● Ferramenta

● Máquina

● Parâmetros

● Rigidez.

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem Precisão média de furos produzidos com brocas helicoidais

Processos de Usinagem 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

Processos de Usinagem Erros comuns na geometria do furo

Cônica Cônica Cônica Cônica

Cônica Cônica Cônica

Cônica Cônica

Cônica Cônica Cônica Cônica côncavoabaolado inclinado dimensão excessiva com rebarba curvo cônico desejado real erro de forma (triângulo) erro de posição erro de circularidade erro de dimensão

Processos de Usinagem

Variaes do pçõrocesso de furação Rebaixamento

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