Maquinas e Ferramentas_Torno Fresadora Furadeira

Máquinas e Ferramentas

Prof. Flávio Palma

Blumenau / 2005

Flávio Palma – Máquinas e Ferramentas Agosto/2005

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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


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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]


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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.


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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.


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• 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 máquina-

ferramenta.

Figura 3: Operações de torneamento [5]


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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.


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a - placa

b - cabeçote fixo

c - caixa de engrenagens

d - torre porta-ferramenta

e - carro transversal

f - carro principal

g - barramento

h - cabeçote móvel

i - carro porta-ferramenta

Figura 4: Torno universal [5]


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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.


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(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:


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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


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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.


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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:


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• 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;


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• 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.


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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]


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2.3. Ferramenta para tornear

Figura 16: Ferramenta de tornear – principais denominações [3]

Figura 17: Ferramenta de tornear – principais ângulos [3]


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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).


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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).


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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]


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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]


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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


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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.


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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]


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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.


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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).


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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]


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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

de = dp + 2 × m

b = 8 × m

h = 2,166 × m

dp: diâmetro primitivo

de: diâmetro externo

b: comprimento do dente

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


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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.


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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


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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).


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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]


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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):


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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.


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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]


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]


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]


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]


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]


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]


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.


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.


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.


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. Utiliza-

se cantoneiras, morsas, grampos, blocos e gabaritos.

Figura 57: Dispositivos de fixação [6]


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.


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.


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 pode-

se 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]


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).


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


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]


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

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