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Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida
- Torneamento- Fresamento- Furação- Alargamento- Rosqueamento- Brochamento
Prof. Dr. Eng. Rodrigo Lima Stoeterau
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PMR-2202
Processo de TorneamentoDefinição: Processo de usinagem onde a peça executa o
movimento de corte rotativo e a ferramenta o movimento de
translativo de avanço.
Geralmente utilizado na fabricação de peças simétricas de
revolução
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PMR-2202
Evolução do processo
1504 1906 1998
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Principais operações no torneamento - DIN 8589
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Principais operações no torneamento - DIN 8589
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Ferramentas de corte para torneamento
➔ A maioria dos processos de torneamento fazem uso de ferramentas simples
➔ Todas as ferramentas de torneamento tem basicamente forma semelhante
➔ São compostas de uma parte cortante e de uma haste para fixação
➔ Ferramentas podem ser integrais, ou com insertos
➔ Os insertos podem ser fixados à haste mecanicamente ou por brasagem
➔ Insertos intercambiáveis têm hoje a mais ampla aplicação no torneamento
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Ferramentas de corte para torneamento
Exemplo de ferramentas para torneamento
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Fixação das ferramentas de torneamento
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Ajuste das ferramentas de torneamento
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Torneamento cilindrico externo
Relação L/D
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Torneamento cilindrico internoProblemas
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Torneamento cilindrico interno
Exemplo de ferramentas para torneamento interno
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Máquinas-ferramentas para o torneamentoConstituintes de um torno convencional
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Tipos de tornos
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Tipos de tornos
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Tipos de tornos
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Fatores que definem a escolha de um torno
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Fixação de peças no torneamento
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Fixação de peças no torneamento
➔ Força necessária para uma fixação segura depende
da geometria da peça, do material da peca, da
geometria da ferramenta, dos parâmetros de corte, e
não deve deixar marcas ou provocar deformações na
peça➔ Velocidade segura depende do tamanho da peça, da
geometria da peça, das tolerâncias de forma e
dimensional, do acabamento desejado, da rigidez do
setup, do tipo de fixação, do tipo de operação e da
ferramenta
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Fixação de peças no torneamento
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Escolha do sistema de fixação
➔ A peça, o torno e as ferramentas determinam o sistema de fixação a ser utilizado
➔ A seleção criteriosa do sistema de fixação garante a obtenção de melhores resultados
➔ A peça deve ser presa pelo seu maior diâmetro prático, para suportar o torque durante o corte mais facilmente
➔ As peças devem ser fixadas o mais perto das faces das placas possível
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Escolha do sistema de fixação
➔ Fomas correta e errada de fixação de peças no torneamento
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Processo de Fresagem
Definição: A fresagem ou fresamento é um processo de
usinagem onde a remoção é realizada através do
movimento de corte circular é realizado pela ferramenta, e
o movimento (relativo) de avanço é realizado pela peça.
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Processo de Fresagem
Generalidades do processo de fresamento
➔ Ferramenta com uma ou várias arestas atuando
simultaneamente para a geração de superfícies
➔ Processo utilizado na geração de superfícies que
não são de revolução, como as produzidas no
torneamento
➔ O movimento de corte transcorre de forma normal
ou oblíqua à direção de rotação da ferramenta.
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Características da fresa
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Parâmetros de usinagem no fresamento
● Informações gerais (vc, f, ap, etc)
● Fresamento concordante / discordante
● Diâmetro da fresa
● Número de dentes (Z)
● Penetração de trabalho (ae)
● Avanço por dente (fz)
● Ângulo de engajamento (definido por jE e jA)
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Fresamento concordante / discordante
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Fresamento segundo a posição da ferramenta
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Movimentos e Forças no Fresamento
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Divisão do processo de fresamento - DIN 8589
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Tipo de Fresas
Quanto a estrutura
Fresas inteiriças Fresas com insertos Fresas com dentes postiços
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Tipo de FresasQuanto a forma geométrica
Fresas cilindricas Fresas disco Fresas angular
Fresas detalonadas Fresas topo
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Variações do processo e características específicas
Fresamento frontal ou faceamento
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Fresamento frontal
➔ Processo utilizado para usinagem de grandes superfícies
➔ grande importância devido à possibilidade crescente do
trabalho completo em apenas uma máquina
➔ A remoção é feita pela aresta principal e a superfície da
peça é gerada pela aresta secundária
➔ ae consideravelmente maior que ap
➔ Fresamento combinado - arestas de desgaste de
acabamento
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PMR-2202
Variações do processo e características específicas
Fresamento Tangencial
➔ ap consideravelmente maior que ae ➔ Superfície da peça gerada pela
aresta principal➔ Em geral é empregado fresamento
tangencial discordante➔ Dentes retos - alta solicitação
dinâmica➔ Dentes helicoidais – menor
solicitação dinâmica➔ Força axiial que pode levar ao
deslocamento da peça e / ou da ferramenta
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Variações do processo Fresamento de topo
➔ Processo de fresamento contínuo
frontal e periférico
➔ Usinagem de formas complexas – ex.
matrizes, rasgos etc.
➔ Dependendo da aplicação, as
ferramentas tem índice de esbeltez
elevado (l/D = 5 a 10) - problema
de vibrações
➔ Vibrações implicam em desgaste
acentuado, lascamentos das arestas,
erros de forma e dimensionaisPMR-2202
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Fresamento de topo
Exemplos de fresas de topo
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38
PMR-2202
Fresamento de topo
Classificação quanto a forma construtiva de fresas
Campo de aplicação Ferramenta
Fresas de topo inteiriças
Fresas de topo com insertos
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PMR-2202
Fresamento de topoTipo de fresa Aplicação
Fresa para ranhuras com haste cilindrica
Fresa de topo com haste cilíndrica com corte a direita e hélice a direita
Fresa de topo com cone morse
Fresa de topo semi-esférica com haste cilíndrica
Fresa topo cònica para matrizaria,
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40
Fresamento de geração
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Fresamento de geração
➔ Processo de fresamento onde a fresa reproduz a
cinemática do engrenamento, gerando geometrias
corretas no perfil dos dentes da engrenagem fabricada
➔ Interferência variáveis entre ferramenta e peça -
formação de cavacos de espessuras e formas distintas
➔ O perfil evolvente do dente é obtido devido ao
movimento entre a ferramenta e a peça nos cortes
sucessivos
➔ Cada dente da ferramenta retira cavacos sempre com a
mesma forma geométrica
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Fresamento de geração
Exemplo de fresas de geração
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Fresadoras
Requisitos gerais de fresadoras➔ As máquinas devem ser projetadas
para altas solicitações estáticas e dinâmicas
➔ O posicionamento da árvore deve ser radial ou axial sem folgas
➔ O acionamento da árvore deve ser contínuo e sem folgas para evitar vibrações
➔ Fresamento sincronizado necessita de cuidados no acionamento e no avanço da mesa e dos carros
➔ Facilidade na operação, aplicação de comando numérico
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44
Tipos de Fresadoras
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45
Tipos de Fresadoras
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46
Tipos de Fresadoras
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47
Processos de Furação, Alargamento e Rosquameto
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48
Processo de furação com brocas
➔Processo de usinagem onde movimento de corte é principal rotativo, e o movimento de avanço é na direção do eixo
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49
Generalidades
➔ 1800 - primeiras publicações sobre furação de metais
➔ 1884 - Morse - Twist Drill and Machine Company
➔ 1891 - Primeiros testes de furação
PMR-2202
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50
Variações do processo de furação com brocasFuração em cheio Furação com pré-furo Trepanação
Furação de centro Furação profunda Rosqueamento
PMR-2202
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51
Variações do processo de furação com brocasAlargamento cilindrico Furação descentrada
Furação de perfil Rebaixo de perfil Alargamento de perfil
PMR-2202
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52
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-furoPMR-2202
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53
Particularidades do processo➔ A velocidade de corte vai de um valor máximo na
periferia da broca até o valor zero no seu centro
r
ο �
0
� �
vc
ο � �
0; r
ο �
r
� �
vc
ο � �
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
PMR-2202
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54
Denominações em brocas helicoidais
.
Comprimento do Gume
Comprimento da Hélice
Comprimento da Haste
Comprimento total
DD
iâm
etro
da
Bro
ca
Comprimento da Ponta
GuiaHaste Cilindrica
.
Comprimento do Gume
Comprimento da Hélice
Rebaixo
Comprimento da Haste
Comprimento total
DD
iâm
etro
da
Bro
ca
Comprimento da Ponta
GuiaHaste Cônica Lingueta de
extração
PMR-2202
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55
Cinemática do processo
PMR-2202
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56
Denominações em brocas helicoidais
PMR-2202
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57
Geometria das brocas helicoidais
γ
Ψ
β
α
,rε
σ
ε
α = ângulo de incidênciaβ = ângulo de cunhaγ = ângulo de saídaσ = ângulo de pontaΨ = ângulo do gume transversalε = ângulo de quinarε = raio de quina
PMR-2202
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58
Geometria da cunha de corte➔A aresta transversal é parte integrante da aresta principal, e tem como função estrudar material na direção do gume principal
➔A aresta principal é a parte 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.
➔ 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 de cortePMR-2202
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59
Afiações especiais de brocas helicoidais
duplo tronco de cone com redução do gume transversal
duplo tronco de cone
redução de cone transversal e quina
chanfrada
Afiação padrão
duplo tronco de cone com redução de cone
transversal e quina chanfrada
Afiação cruzada
PMR-2202
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60
Forças na furação com brocas helicoidais
PMR-2202
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61
Materiais para brocas
Requisitos para materiais de brocas
➔ Tenacidade
➔ Resistência a compressão
➔ Resistência a abrasão
➔ Resistência térmica
➔ Resistência ao choque e a fadiga
Principais materiais
➔ Aço rápido
➔ Metal duro, ferramentas integrasi ou com insertoPMR-2202
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62
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 catastróficoPMR-2202
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63
Desgaste em Broca Helicoidais
PMR-2202
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64
Exemplos de desgaste em brocas
(a) lascamento de gume (b) desgase abrasivoPMR-2202
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65
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 ferramentaPMR-2202
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66
Cônica Cônica Cônica Cônica
Cônica Cônica CônicaCônicaCônica
Cônica Cônica Cônica Cônica
côncavoabaolado inclinado
dimensãoexcessiva
comrebarba
curvo
cônico
desejadoreal
erro de forma(triângulo)
erro deposição
erro decircularidade
erro dedimensão
Erros comuns na geometria do furo
PMR-2202
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67
Tipos de Furadeiras
PMR-2202
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68
Fixação de ferramentas na furação
Brocas com haste cilindricas
➔ Mandril
● Os de três castanhas são os mais utilizados
● Aperto manual ou com chave
PMR-2202
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69
Fixação de ferramentas na furação
Exemplos de pinças
pinç
a es
taci
onár
ia
Pinç
a pu
sh o
ut
Pinç
a dr
aw-in
PMR-2202
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70
Furação profunda
Relações profundidade/diâmetro (L/D)➔ Relações l/D > 20 até 150: com freqüência l/D<20 já é
considerado furação profunda➔ 3< L/D <5: uso de brocas helicoidais convencionais com
furação contínua➔ L/D >5: uso de brocas helicoidais convencionais, com
furação em ciclos➔ L/D >>5: processos específicos, empregando brocas de
canais retos, brocas canhão, brocas de gume único,
brocas BTA e Ejektor.
PMR-2202
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71
Ferramentas utilizadas na furação profunda
Broca helicoidal
Broca de canal reto
Broca canhão ou de gume único
Broca BTA
Broca EjektorPMR-2202
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72
Alargamento
Definição: Processo de usinagem em geral utilizado
para produzir furos com alta definição geométrica,
dimensional e qualidade superficial.
PMR-2202
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73
Tipos de alagadores
PMR-2202
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74
Tipos de alagadores
PMR-2202
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75
Tipos de alagadores
PMR-2202
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76
Classificação dos alargadores
Quanto ao tipo de operação
De desbaste
Usados para aumentar diâmetros de furos em bruto
De acabamento
Usados para a obtenção de furos calibrados, com
exigências quanto ao acabamento e precisão
PMR-2202
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77
Classificação dos alargadores
Quanto ao uso● Alargadores manuais
�
os manuais tem chanfro na
entrada maior e de menor inclinação● Alargadores máquina
Alargador máquina Alargador manualPMR-2202
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78
Rosqueamento
Definição: processo de usiangem cujo a função é
produzir rocas internas e externas
● É um dos processos mais complexos de usinagem
Velocidade de corte
● Em tornos paralelos com ferramentas de aço rápido - vc <
1/2 vc de torneamento
● Ferramentas de materiais cerâmicos - vc ~ 1500 m/min
● Ferramentas de metal duro
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79
Problemas da fabricação de roscas
Existem diversas classes de ajuste e precisão
● Pelo menos cinco medidas que devem ajustar entre si:
● diâmetros maior,
● menor e efetivo,
● passo
● e ângulo de rosca
,d
,d2
,d3
p
,h3
α
D2
D1
H1 D
R
PMR-2202
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80
Problemas da fabricação de roscas
Existem vários de roscas● Rosca métrica – normal (DIN 13-1), fina (DIN 13-2...10)● Rosca métrica cônica (DIN 158-1)● Rosca Whitworth (não recomendada)● Rosca GAS (DIN ISO 228-1)● Rosca ISO trapezoidal (DIN 103-1)● Rosca de dente de serra (DIN 513)● Roscas UNF (EUA+Inglaterra)● Roscas Edson● Roscas especiais
PMR-2202
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81
Formas de Fabricação
Usinagem● Torneamento com ferramenta simples ou múltipla
● Cabeçotes automáticos com pentes, tangenciais radiais ou circulares
● Turbilhonamento
● Com machos e cossinetes
● Fresagem com fresas simples e múltiplas
● Retificação com rebolos de perfil simples ou múltiplo
Conformação ● Laminação entre rolos ou entre placas planas
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82
Exemplo de macho de roscar
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83
Cossinetes
● Ferramentas multicortantes utilizadas no corte de roscas
externas
● Trabalhos de manutenção, reparos, máquinas de roscar
com exigências limitadas de precisão e acabamento
● Inversão da rotação para a retirada da peça (pode causar
danos nos filetes da rosca e desgastar a ferramenta)
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Cossinetes
● Pequeno diâmetro - uso em máquinas com espaço limitado
● Metais de resistência média - roscas de até 24 mm
● Metais leves - roscas de até 30mm
● O sobrematerial para acabamento não deve ser pequeno
● O sobrematerial de mais - desgaste excessivo, trancamento e quebra
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85
Processo de brochamento
Brochamento, brochaemento ou brochagem: processo de
usinagem onde a remoção de material da peça ocorre de
forma progressiva, pela ação ordenada de arestas de corte
dispostas em série, e em uma profundidade de corte
escalonada em ferramentas multicortantes.
a ps
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Generalidades● A transformação de um perfil é feita de forma gradativa, na
seqüência de ação de cada um dos elementos de corte da brocha● Cada elemento cortante promovem um incremento na
profundidade de corte (aps) ao longo de seu comprimento da brocha
● As brochas podem realizar uma operação completa de usinagem, desde o desbaste grosseiro até o acabamento
● O brochamento permite obter bom acabamento nas peças trabalhadas, geralmente dispensando, operações de usinagem posteriores
● A profundidade de corte (aps) podem variar na ordem de 0,06 a 0,15 mm de modo que a necessidade de se remover grandes quantidades de material resultam em um número elevado de dentes, o que leva a necessidade de máquinas com um curso longo
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Exemplos de fases da transformação
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88
(a) (b) (c) (d) (e)
(f) (g) (h) (i) (j)
(k) (l) (m) (n) (o)
(p) (q) (r) (s) (t)
Exemplos de geometrias geradas pelo brochamento
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89
Tipos de brochamento
➔ Brochamento externo: quando a operação é feita
sobre a superfície externa da peça, dando
acabamento ou semi-acabamento a seus perfis
➔ Brochamento interno: quando a operação é feita
internamente a peça, permitindo modificar a
geometria de um furo vazado
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Elementos de uma BrochaA B C D E F
γ
αG
H
D
n
Onde: A – Suporte
B – Guia
F – Cabo
H – Tirante de fixação
C – Dentes de calibração – comprimento cilíndrico
D – Dentes de acabamento – comprimento cônico
E – Dentes de desbaste – comprimento cônico
G – Área de absorção de cavaco ou bolsa de cavacos
Dn – Diâmetro do núcleo
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Exemplos de brochas
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Vantagens do brochamento
● Tolerâncias estreitas de usinagem● Bom acabamento superficial● Capacidade de produzir formas variadas e complexas externas e
internas● Vida longa da ferramenta, a produção pode atingir 2.000 a 10.000
peças entre afiações.● Produção economica, o custo da ferramenta é alto porem o custo por
peça é baixo.● Alta produtividade. a remoção do cavaco é bem rápida pois varios
dentes atuam ao mesmo tempo em sequencia continua● Operações podem ser realizadas em uma só passada realizando
desbaste e acabamento
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Desvantagens do brochamento
● Custo da ferramenta● Necessidade de máquinas específicas● Reafiação complexa da ferramenta● Perda de um elemento cortante pode levar aperda de
toda a ferramenta
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Brochadeiras
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Geometria dos dentes das brochas
Quebra cavacoDorso
Gume principal Fundo
FlancoSuperfície de saída
Aresta principal
Superfície principal
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Geometria dos dentes das brochas
h
Pγ
R ,r
fc
p
γ
ααf
c
,r
,θ = 30o ,θ = 45o
h
γ
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Parâmetros para brochamento
Velocidade de corte - A velocidade de corte no
brochamento é função do perfil do par material da peça e
material da ferramenta, da forma do gume principal, dos
ângulos de incidência e saída, da profundidade de corte etc.
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Filmes
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Fim da Aula 02/03