Dispositivos de Fixação e Guia (Jigs & Fixtures): Definições, Tipos, Benefícios e Diferenças

Os dispositivos de fixação e guia (jigs and fixtures) são meios econômicos para produzir peças repetitivas, incorporando dispositivos especiais de fixação da peça e guia da ferramenta.

Definições de Jigs e Fixtures

Jigs e fixtures são dispositivos que ajudam a aumentar a taxa de peças idênticas enquanto diminuem o esforço humano necessário para produzi-las. Já foi dito que um torno de centro é uma máquina-ferramenta adequada para produzir peças individuais de várias formas e tamanhos, mas seu uso para produzir artigos semelhantes em grandes quantidades será ineficiente.

As definições de jigs e fixtures são dadas abaixo:

Jigs (Dispositivos de Guia)

Jig: Um jig é um dispositivo que fixa e posiciona uma peça bem como guia e controla uma ou mais ferramentas de corte. A peça é fixada e as ferramentas são guiadas de forma que estejam em posições verdadeiras relativas umas às outras.

Um jig é uma placa, estrutura ou caixa feita de metal ou, em alguns casos, não-metal, que possui provisões para fixar os componentes em posições idênticas um após o outro e, em seguida, guiar a ferramenta na posição correta na peça de acordo com o desenho, especificação ou layout da operação.

Em outras palavras, é usado tanto para fixar a peça quanto para guiar as ferramentas de corte.

O principal objetivo de um jig é fornecer repetibilidade, precisão e intercambiabilidade na fabricação de produtos.

Pontos importantes sobre Jigs:

• É usado em processos de usinagem unidimensionais, como furação, rosqueamento e alargamento, entre outros.
• Este sistema é leve e tem forma complexa.
• Blocos-padrão não são necessários, e o custo dos jigs é mais alto.
• Jigs não são fixados à mesa da máquina até que uma grande operação seja necessária.

Fixtures (Dispositivos de Fixação)

Um fixture é um dispositivo que fixa e posiciona uma peça durante uma inspeção ou processo de fabricação. O fixture não atua como guia para a ferramenta. Fixtures na construção são vários dispositivos de fixação de peça padrão ou especialmente projetados, que são fixados na mesa da máquina para manter a peça em posição. As ferramentas são ajustadas manualmente ou com calibres para a posição requerida na peça.

Em outras palavras, fixtures são simplesmente dispositivos de fixação de peça que fixam, apoiam e posicionam a peça na posição desejada para qualquer operação.

A função primária dos fixtures é fixar e posicionar a peça durante qualquer operação de usinagem, bem como fornecer repetibilidade, precisão e intercambiabilidade na fabricação de produtos.

Pontos-chave sobre fixtures:

• Fixtures são usados em processos de usinagem multidimensionais, como fresamento, retificação e torneamento.
• Este sistema descobriu-se ser pesado e ter design simples.
• Blocos-padrão são fornecidos para fácil manuseio, e o preço é razoável.
• Fixtures têm ferramentas específicas usadas em fresadoras, plainas e máquinas de fenda.
• Os fixtures são fixados à mesa da máquina.

Diferença entre Jigs e Fixtures

As seguintes são as diferenças fundamentais entre jigs e fixtures.
1. Um fixture fixa e posiciona a peça, mas não guia a ferramenta, enquanto um jig fixa, posiciona e também guia a ferramenta.
2. Fixtures são geralmente mais pesados na construção e são aparafusados rigidamente na mesa da máquina, enquanto jigs são feitos mais leves para manuseio mais rápido, e a fixação à mesa é frequentemente desnecessária.
3. Fixtures são empregados para fixar peças em fresamento, retificação, plaina ou torneamento, enquanto jigs são usados para fixar a peça e guiar a ferramenta, particularmente em furação, alargamento ou rosqueamento.

Diferença entre Jigs e Fixtures em Forma Tabular

Jig	Fixture
Guia a ferramenta de corte.	Não guia a ferramenta de corte.
É mostly fixado à mesa da máquina.	É sempre fixado à mesa da máquina.
Jig é geralmente mais leve que o fixture.	Fixture é geralmente mais pesado que o jig.
Pés de jig são usados em sua construção.	Não se usam tais pés em sua construção.
Buchas são usadas no jig para guiar a ferramenta de corte.	Buchas não são usadas em fixtures.
É especialmente usado para furação, alargamento e mandrilamento.	É especialmente usado para fresamento, torneamento, retificação.
Jig é amplamente usado em máquina de furar.	Fixture é amplamente usado em fresamento, retificação.
Jig é mais caro.	Fixture custa menos comparado ao jig.
Design complexo.	Design menos complexo.

Elementos de Jigs e Fixtures

Os principais elementos de jigs e fixtures são:

1. Corpo: É uma placa, caixa ou estrutura de quadro onde os componentes usinados são posicionados. Deve ser muito forte e rígido.

2. Elementos de posicionamento: Estes elementos realizam o trabalho de posicionar a peça na posição adequada em relação à ferramenta de corte.

3. Elementos de fixação: Estes componentes fixam firmemente a peça na posição desejada.

4. Elementos de guiamento e ajuste: Estes elementos de jigs e fixtures guiam a ferramenta de corte no caso de um jig e auxiliam na atuação correta da ferramenta no caso de um fixture.

5. Elementos de posicionamento (do dispositivo): Incluem vários dispositivos de fixação usados para prender o jig ou fixture à máquina na posição adequada.

6. Elementos de indexação: Nem sempre são fornecidos. No entanto, muitas peças podem precisar ser indexadas em diferentes posições para realizar operações de usinagem em diferentes superfícies ou locais. Nesses casos, esses elementos devem ser incorporados ao jig ou fixture.

Componentes

O componente real ou a peça deve ser adquirido e estudado para decidir a sequência de operações a serem realizadas e avaliar outros detalhes de projeto dos jigs e fixtures. Uma das superfícies de trabalho é usinada para atuar como superfície datum a partir da qual todas as outras medições são tomadas.

Tipos de Jigs e Fixtures

A qualidade, tipo e complexidade de jigs e fixtures usados dependem do tipo de trabalho a ser usinado e da escala de produção necessária. Tipos simples são descritos abaixo.

Tipos de Jigs

• Jig gabarito (Template jig)
• Jig de placa (Plate jig)
• Jig de canal (Channel jig)
• Jig de diâmetro (Diameter jig)
• Jig de folha (Leaf jig)
• Jig de anel (Ring jig)
• Jig de caixa (Box jig)

1. Jigs Gabarito (Template Jigs)

O jig gabarito é o mais simples de todos os tipos de jigs. A placa, que tem dois furos, atua como um gabarito fixado ao componente a ser usinado. A broca é guiada através dos furos do gabarito, e os furos requeridos são furados na peça nas mesmas posições relativas do gabarito.

2. Jigs de Placa (Plate Jigs)

Um jig de placa é um jig gabarito melhorado que incorpora buchas de furação no gabarito. O jig de placa é usado para furar furos em peças grandes mantendo a precisão no espaçamento.

3. Jig de Canal (Channel Jig)

Um jig de canal é um jig simples com seção transversal em forma de canal. O componente é inserido no canal e fixado girando o botão recartilhado. A bucha de furação guia a ferramenta.

4. Jigs de Diâmetro (Diameter Jigs)

Um jig de diâmetro é uma ferramenta para furar furos radiais em uma peça cilíndrica ou esférica.

A figura 1 mostra o jig de diâmetro. A peça 1 é colocada no bloco V fixo 6 e fixada pela placa de fixação 7, que também serve como localizador da peça. A ferramenta é guiada através da bucha de furação 8, posicionada radialmente em relação à peça.

5. Jig de Folha (Leaf Jig)

O jig de folha tem uma folha que pode ser aberta ou fechada sobre a peça para carregamento ou descarregamento.

O jig de folha é mostrado na figura acima. Tem uma folha ou placa 13 articulada no corpo em 11, e a folha pode ser aberta ou fechada sobre a peça para fins de carregamento ou descarregamento. A peça 1 é localizada pelos botões 10 e mantida no lugar por parafusos de ajuste 12. A bucha de furação 3 direciona a ferramenta.

6. Jig de Anel (Ring Jig)

Um jig de anel é usado para furar furos em peças com flange circular. A peça é fixada firmemente ao corpo do furo, e os furos são furados guiando a ferramenta através das buchas de furação.

7. Jig de Caixa (Box Jig)

Um jig de caixa é uma estrutura semelhante a uma caixa que fixa rigidamente a peça para que possa ser furada ou usinada em diferentes ângulos em uma única configuração, dependendo de qual face do jig é voltada para a ferramenta.

Tipos de Fixtures

Seguem os tipos de fixtures:

1. Fixtures de Torneamento (Turning Fixtures)

Estes fixtures são tipicamente montados no nariz do fuso da máquina ou em uma placa frontal, e as peças são fixadas por eles. Quando necessário, o fixture pode requerer um contrapeso para equilibrar o fixture desbalanceado.

2. Fixtures de Fresamento (Milling Fixtures)

Fixtures de fresamento são tipicamente montados no nariz do fuso da máquina ou em uma placa frontal, e as peças são fixadas por eles. A mesa foi deslocada e posicionada corretamente em relação ao cortador. Antes de iniciar a operação, as peças são colocadas na base do fixture e fixadas.

3. Fixtures de Brochamento (Broaching Fixtures)

Fixtures de brochamento são usados em vários tipos de máquinas de brochamento para localizar, fixar e apoiar as peças durante operações como brochamento de chaveta, brochamento de furo, etc.

4. Fixtures de Mandrilamento (Boring Fixtures)

Este fixture incorpora quase todos os princípios prevalentes de projeto de jig e fixture; sua construção não precisa ser tão robusta quanto a de fixtures de fresamento, porque não precisam suportar cargas de corte tão pesadas quanto as operações de fresamento.

5. Fixtures de Retificação (Grinding Fixtures)

Fixtures de vários tipos são usados em máquinas de retificação para localizar, fixar e apoiar peças durante operações. Estes fixtures podem ser dispositivos padrão de fixação de peça como mandris, mandrins, mandris de garras moldadas, mandris magnéticos, etc.

Uma retificadora de superfície vertical com mesa rotativa, por exemplo, terá tipicamente um fixture rotativo fixado à sua mesa. Da mesma forma, em uma retificadora de superfície com mesa alternada, pode-se fornecer um fixture plano ou de corda. Um acessório de afiação de broca é um exemplo óbvio de um fixture padrão usado para retificação de geometria de broca.

Qualquer que seja o tipo de fixture usado para retificação, deve ter provisões para fornecimento e saída de refrigerante, montagem de retificadores de rebolo e, se for um fixture rotativo, deve ser devidamente balanceado.

Estes tipos de fixtures podem ser os dispositivos padrão de fixação de peça, como mandrins, mandris, mandris com garras moldadas, mandris magnéticos, etc.

6. Fixtures de Rosqueamento (Tapping Fixtures)

Fixtures de rosqueamento são especialmente projetados para posicionar e fixar firmemente peças idênticas para cortar roscas internas em furos furados. Peças de formato estranho e desbalanceadas sempre necessitarão o uso de tais fixtures, especialmente se a operação de rosqueamento for repetida em larga escala em tais peças.

7. Fixtures Duplex (Duplex Fixtures)

É o nome dado ao fixture que fixa dois componentes semelhantes ao mesmo tempo e permite que sejam usinados em duas estações separadas simultaneamente. Enquanto uma única peça é usinada em uma única estação.

Ambas as operações podem ser semelhantes ou dissimilares dependendo da necessidade. Quando a usinagem em ambas as estações é concluída, o fixture é indexado em 180 graus, transferindo o primeiro componente para a segunda estação para a segunda operação e o componente acabado para a primeira estação.

O componente acabado é então descarregado aqui, substituído por um novo componente, e a primeira operação é realizada nele. O ciclo é repetido indefinidamente, permitindo produção em massa de componentes em velocidade relativamente alta.

8. Fixtures de Soldagem (Welding Fixtures)

Fixtures de soldagem são cuidadosamente projetados para fixar e apoiar os vários componentes a serem soldados em suas posições adequadas, evitando distorções em estruturas soldadas.

Para isso, o elemento de posicionamento deve ser cuidadosamente colocado; a fixação deve ser leve mas firme, e os elementos de fixação devem ser colocados longe da área de soldagem. Para suportar as tensões de soldagem, o fixture deve ser bastante estável e rígido.

9. Fixtures de Montagem (Assembly Fixtures)

O objetivo dos fixtures de montagem é manter vários componentes juntos em sua posição relativa adequada durante a montagem. Duas ou mais chapas de aço, por exemplo, podem ser mantidas juntas em posições relativas e rebitadas.

Fixtures de montagem mecânicos são aqueles usados para fixar componentes enquanto se realizam operações mecânicas. Em contraste, existem outros tipos de fixtures nos quais os componentes são fixados para união, como fixtures de soldagem, que também são fixtures de montagem, mas apenas para união a quente.

10. Fixtures de Indexação (Indexing Fixtures)

Vários componentes devem ser usinados em várias superfícies para que suas superfícies ou formas usinadas sejam espaçadas uniformemente. Tais elementos devem ser indexados no mesmo número que o número de superfícies a serem usinadas. Os dispositivos de fixação (jigs ou fixtures) usados são projetados para acomodar um mecanismo de indexação. Um fixture de indexação é um fixture que contém tal dispositivo.

Princípios de Jigs e Fixtures

O projeto bem-sucedido de um jig ou fixture depende da análise de vários fatores que devem ser cuidadosamente estudados antes de iniciar o trabalho real. Os seguintes são fatores essenciais que devem ser considerados no projeto de um jig ou fixture:

1. Estudo do componente.
2. Estudo do tipo e capacidade da máquina.
3. Estudo dos elementos de posicionamento.
4. Estudo do arranjo de carregamento e descarregamento.
5. Estudo do arranjo de fixação.
6. Estudo dos dispositivos de potência para operar os elementos de fixação.
7. Estudo da folga necessária entre o jig e o componente.
8. Estudo dos dispositivos de indexação.
9. Estudo dos elementos de guiamento da ferramenta e ajuste do cortador.
10. Estudo do arranjo à prova de falhas (fool-proofing).
11. Estudo dos dispositivos de ejeção.
12. Estudo do arranjo de remoção de cavacos.
13. Estudo do programa de rigidez e vibração.
14. Estudo do arranjo de fixação à mesa.
15. Estudo dos dispositivos de segurança.
16. Estudo dos métodos de fabricação da base, corpo ou estrutura do jig.

Vantagens de Jigs e Fixtures

As seguintes são as vantagens de empregar jigs e fixtures na produção em massa.
1. Elimina a marcação, medição e outros métodos de ajuste antes da usinagem.
2. Aumenta a precisão da usinagem, porque a peça é automaticamente posicionada e a ferramenta é guiada sem qualquer ajuste manual.
3. Permite a produção de peças idênticas que são intercambiáveis. Isso facilita a operação de montagem.
4. Aumenta a capacidade de produção permitindo que várias peças sejam usinadas em uma única configuração, e em alguns casos várias ferramentas podem operar simultaneamente. O tempo de manuseio é muito reduzido devido ao posicionamento e fixação rápidos da peça. A velocidade, avanço e profundidade de corte podem ser aumentados devido à alta rigidez de fixação de jigs e fixtures.
5. Reduz o trabalho e a fadiga do operador, pois as operações de manuseio são minimizadas e simplificadas.
6. Permite que operador semi-qualificado realize as operações, pois as operações de ajuste da ferramenta e da peça são mecanizadas. Isso economiza custo de mão de obra.
7. Reduz o gasto no controle de qualidade dos produtos acabados.
8. Reduz o custo total de usinagem automatizando total ou parcialmente os processos.

Desvantagens de Jigs e Fixtures

• É possível que se deteriorem com o tempo.
• Outra é o alto custo inicial de configuração (e tempo).
• E pode usar muito material e ser volumoso.

Aplicações de Jigs e Fixtures

• Para produção em massa de peças de automóveis.
• Inspeção de peças em produção contínua nas indústrias de manufatura.
• Corte de lingotes em usina siderúrgica.
• Na indústria de refrigeração, é usado.
• No processo de montagem de bombas, é usado.
• Para furar flanges e furar furos em qualquer ângulo requerido.
• Para usinagem multi-fuso.
• Jigs são usados para furação, alargamento e rosqueamento em massa.
• Para guiar ferramentas para usinagem de contornos.
• Fixtures usados para fresamento, torneamento em massa e operações de retificação.

Materiais Usados para Jigs e Fixtures

Os seguintes materiais são usados para fazer Jigs e Fixtures:

• Aço endurecido
• Ferro fundido cinzento
• Plástico
• Carboneto
• Resinas epóxi
• Aço inoxidável
• Bronze
• Aço de liga de baixo ponto de fusão

Cobrimos todos os aspectos relacionados a jigs e fixtures, incluindo elementos, tipos, vantagens, desvantagens e materiais usados.

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