Máquinas de Furar e Brocas - 2009

Máquinas de Furar e Brocas - 2009

(Parte 1 de 4)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA Faculdade de Engenharia Mecânica

MÁQUINAS DE FURAR e BROCAS

Belém 2009

1. Introdução3
2. Partes de uma furadeira4
3. Processo de furação4
4. Tipos de furadeiras5
5. Brocas8
7. Características das Brocas13
8. Operações Especiais16
8. Formação do cavaco na furação23
9. Afiação das brocas helicoidais24
10. Forças e potencias de corte na furação24
10.1. Fórmulas experimentais para cálculos dos esforços26
1. Resistência da ferramenta e máquina operatriz28
1.1 Avanço máximo considerando a resistência da broca:28
furadeira29
1.3 Avanço máximo considerando a potência da máquina:29
12. Exemplo de cálculo31
13. Exemplo de peça3
14. Conclusão34

Sumário 1.2 Avanço máximo considerando a força máxima de penetração da 15. Referencias bibliográficas ......................................................................... 35

1. Introdução

O processo de furação é um dos métodos mais antigos de usinagem de materiais e um dos mais utilizados na indústria manufatureira. A furadeira é uma máquina operatriz derivada dos antigos tornos mecânicos e junto com estes deram origem a outras máquinas operatrizes, como fresadoras e retíficas de cilindros.

As furadeiras são primordialmente utilizadas para efetuar e fazer furos cilíndricos ou uma variante deste processo que é o alargamento de furos. Em geral, na indústria, grande maioria das peças, dos mais variados materiais (polímeros, madeira, metais, etc.), tem geralmente pelo menos um furo, e este são na maioria das vezes proveniente de um destes processos de furação.

Diferente do torneamento, a rotação ocorre no eixo da ferramenta, com avanço perpendicular à superfície a ser furada.

Operação de desbaste (provém fraco acabamento superficial), o processo de furação é usado em conjunto com grande parte dos processos de fabricação a fim de prover elementos de fixação, muitas vezes de importância secundária, ou pré-furos para acabamento através de outros processos (alargamento, brochamento).

Apesar do avanço ocorrido no desenvolvimento dos materiais das ferramentas de furação, tais como: brocas de aço rápido com revestimentos, brocas inteiriças de metal duro e brocas com pastilhas intercambiáveis de metal duro, mais da metade das operações de furação ainda são realizadas com brocas helicoidais de aço rápido. Isto se deve principalmente às máquinas operatrizes usadas para o processo, que não oferecem rotação e rigidez suficientes para que se possam usar materiais de ferramenta mais avançados.

2. Partes de uma furadeira

As máquinas de furar, ou simplesmente furadeiras, consistem basicamente de uma árvore, que gira com velocidades determinadas, onde fixase a ferramenta. Esta árvore pode deslizar na direção de seu eixo. Também pode-se ter uma mesa onde fixa-se e movimenta-se a peça. As partes principais de uma furadeira variam de acordo com a sua estrutura. Para uma furadeira de coluna pode-se destacar as seguintes partes:

Figura 1: Partes de uma furadeira

A variedade de detalhes das 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.

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.

3. Processo de furação

Para a furação de uma peça, o motor da furadeira rotaciona a broca ou as brocas à uma certa velocidade de rotação compatível com o processo e com as características da peça a ser usinada (tais como dimensões, estrutura, etc.).

Apesar da importância do processo, este recebeu poucos avanços até alguns anos atrás, enquanto outros processos (como torneamento e fresamento) progrediram mais rapidamente com a introdução de novos materiais para ferramentas. No entanto, nos últimos anos tem crescido a utilização de Centros de Usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado) no processo de furação. Com este avanço têm ocorrido vários desenvolvimentos com os materiais das ferramentas de furação.

4. Tipos de furadeiras

Pode-se classificar as furadeiras de diversos modos:

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.

Figura 2: à esquerda furadeira automática; à direita furadeira sensitiva

Quanto ao tipo de máquina: pode-se classificar como portátil, de coluna, de bancada, radial e horizontal. A furadeira portátil é a mias simples das furadeiras, por ser pequena e leve possui a vantagem de poder ser transportada de um lugar ao outro. A furadeira de coluna 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 3. A furadeira de bancada é bastante similar à furadeira de coluna, como pode ser observado pela comparação das figuras.

Figura 3: Furadeira de bancada(a esquerda); Furadeira radial(a direita)

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 possuir 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.

Quanto ao número de árvores: pode-se classificar as furadeiras como: simples, quando possuem apenas uma árvore, gêmea como na figura 4, que possui duas árvores e múltipla quando possui três ou mais árvores.

Figura 4: Furadeira Gêmea

No caso de furadeiras de múltiplas árvores pode-se ter, basicamente, dois tipos distintos de acordo com o motor. Pode-se ter máquinas onde cada árvore possui seu próprio motor, como mostra a figura 5, à esquerda. O outro caso é quando todas as árvores compartilham de um mesmo motor. Este caso é ilustrado pela figura 5, à direita.

Figura 5

As furadeiras múltiplas são as máquinas utilizadas nas linhas de produção, pois aceleram a fabricação. Podem 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.

Para trabalhar metais, usam-se simples furadeiras com manivela, furadeiras operadas por eletricidade ou a ar, maquinas de furar de bancada ou furadeiras de coluna, dependendo do trabalho a ser executado. Para peças grandes ou peças que exijam furos muito precisos, utilizam-se furadeiras radiais ou maquinas de furar para gabaritos. As maquinas de furar para gabaritos usamse principalmente para fabricação de ferramentas. Obtém a maior precisão na operação destas máquinas a uma temperatura de +20°C, conhecida como temperatura normal. Daí a razão por que em sua maioria as máquinas para furar para gabaritos são mantidas em espaços especiais.

5. Brocas

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 6.

Figura 6

Os tipos de brocas mais comuns são: broca cilíndrica, como a da figura 6, broca de centro, broca calçada com pastilha e broca múltipla. A broca de centro tem sua aparência representada pela figura 7. É uma broca curta e de diâmetro relativamente grande. Sua alta rigidez impede que ocorra uma flanbagem 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 se desloque da posição.

Figura 7

As brocas calçadas com pastilha são indicadas para furação de materiais de maior dureza e/ou para obter-se rendimentos superiores. A figura 8 apresenta a aparência deste tipo de broca onde é possível perceber que a as pastilhas são soldadas ao corpo.

Figura 8

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 9 apresenta exemplos desta ferramenta.

Figura 9

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 10 ilustra essa ferramenta.

Figura 10

As brocas múltiplas são especialmente afiadas para executar furos complexos em apenas uma operação. Como pode ser observado na figura 1, 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 tempos mais reduzidos.

Figura 1

Também deve-se citar as brocas com furos para fluido refrigerante. Como pode-se observar na figura 12 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 12

Existem também as brocas anulares, como na figura 13, 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 13

6. Forma construtiva das brocas helicoidais

As diferentes partes de uma broca helicoidal são:

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