Dispositivos de Fixação e Guias (Jigs e Fixtures): Tipos, Componentes, Vantagens e Aplicações

Neste artigo, você aprenderá o que são jigs e fixtures (dispositivos de fixação e guias), como são utilizados, suas definições, componentes principais, diferentes tipos e princípios de funcionamento. Também está disponível o download do PDF deste conteúdo.

Jigs e Fixtures: Conceitos Fundamentais

Jigs e fixtures são dispositivos que auxiliam no aumento da taxa de produção de peças idênticas, reduzindo o esforço humano necessário. Embora um torno de bancada seja adequado para produzir peças individuais de diferentes formas e tamanhos, seu uso para produção em grande escala de artigos semelhantes não é econômico.

Por outro lado, tornos de torre e de cabeça móvel (capstan e turret) adaptam-se facilmente ao trabalho de repetição, graças ao arranjo de múltiplas ferramentas e batentes transversais, aumentando a produtividade.

No entanto, nem todo objeto pode ser usinado nesses tornos; muitas vezes são necessárias máquinas de furar, fresar, plainar e retificar. Para produzir peças em formas e tamanhos idênticos em larga escala, utilizam-se dispositivos adequados para fixação e posicionamento, permitindo a repetição do trabalho. Esses dispositivos são os jigs e fixtures.

O que é um Jig (Guia de Ferramenta)?

Um jig pode ser definido como um dispositivo que fixa e posiciona a peça de trabalho e guia e controla uma ou mais ferramentas de corte. A fixação da peça e a guia da ferramenta são tais que ambas ficam localizadas em posições verdadeiras uma em relação à outra.

Construtivamente, um jig compreende uma placa, estrutura ou caixa de metal (ou, em alguns casos, não-metal) com provisionamentos para posicionar componentes em posições idênticas, sucessivamente, e guiar a ferramenta nas posições corretas sobre a peça, conforme desenho, especificação ou layout de operação.

O que é um Fixture (Dispositivo de Fixação)?

Um fixture é um dispositivo que fixa e posiciona a peça durante uma inspeção ou operação de fabricação. O fixture não guia a ferramenta.

Na construção, o fixture compreende um dispositivo de fixação padrão ou especialmente projetado, preso à mesa da máquina para manter a peça na posição. As ferramentas são ajustadas nas posições requeridas na peça usando calibradores ou ajuste manual.

Leia também: 7 Tipos de Castanhas de Torno.

Principais Elementos de Jigs e Fixtures

Os elementos principais são:

• Corpo: Estrutura do tipo placa, caixa ou quadro onde os componentes a usinar são posicionados. Deve ser robusto e rígido.
• Elementos de posicionamento (locating): Posicionam a peça corretamente em relação à ferramenta de corte.
• Elementos de fixação (clamping): Seguram firmemente a peça na posição determinada.
• Elementos de guia e ajuste (grinding and setting): Guiam a ferramenta de corte no caso do jig e auxiliam no posicionamento correto da ferramenta no fixture.
• Elementos de posicionamento do dispositivo (positioning): Incluem diferentes dispositivos de fixação para prender o jig ou fixture à máquina na posição adequada.
• Elementos de indexação (indexing): Nem sempre presentes. Necessários quando a peça deve ser indexada em diferentes posições para usinar superfícies ou locais distintos.

Leia também: Tornos de Torre e de Cabeça Móvel (Capstan and Turret Lathes).

Tipos de Jigs e Fixtures

Tipos de Jigs

Seguem sete tipos diferentes de jigs:

1. Jig de gabarito (Template jig)
2. Jig de placa (Plate jig)
3. Jig de canal (Channel jig)
4. Jig de diâmetro (Diameter jig)
5. Jig de folha (Leaf jig)
6. Jig de anel (Ring jig)
7. Jig de caixa (Box jig)

Jig de Gabarito (Template Jig)

O jig de gabarito é o mais simples. Uma placa com furos nas posições desejadas serve como guia, fixada sobre o componente a ser furado. A broca é guiada pelos furos do gabarito, executando os furos na peça nas mesmas posições relativas. A figura ilustra um template jig.

Jig de Placa (Plate Jig)

1. Um fixture fixa e posiciona a peça, mas não guia a ferramenta. Um jig fixa, posiciona e guia a ferramenta.
2. Fixtures são mais pesados e parafusados rigidamente à mesa da máquina. Jigs são mais leves para manuseio rápido; a fixação à mesa muitas vezes é desnecessária.
3. Fixtures são usados em fresamento, retífica, plaina ou torneamento. Jigs são usados para fixar a peça e guiar a ferramenta, especialmente em furação, alargamento ou rosqueamento.

O jig de placa aprimora o template jig incorporando buchas de furação na placa. É empregado para furar furos em peças grandes mantendo espaçamento preciso. A figura acima mostra um plate jig.

Jig de Canal (Channel Jig)

O channel jig tem seção transversal em forma de canal. O componente é ajustado dentro do canal e posicionado e fixado girando a porca recartilhada. A ferramenta é guiada pela bucha de furação.

Jig de Diâmetro (Diameter Jig)

Usado para furar furos radiais em peças cilíndricas ou esféricas. A peça apoia-se em um bloco em V fixo e é presa por uma placa de fixação que também a posiciona. A bucha de furação guia a ferramenta radialmente em relação à peça.

Jig de Folha (Leaf Jig)

Possui uma folha ou placa articulada no corpo, que pode ser aberta ou fechada sobre a peça para carga e descarga. A peça é posicionada por botões e fixada por parafusos de pressão. A bucha de furação guia a ferramenta.

Jig de Anel (Ring Jig)

Empregado para furar furos em peças com flanges circulares. A peça é fixada firmemente no corpo do jig e os furos são executados guiando a ferramenta através das buchas.

Jig de Caixa (Box Jig)

Construção tipo caixa onde o componente é posicionado por botões. A peça é fixada girando uma alavanca de came que também a posiciona. A bucha de furação guia a ferramenta. Jigs de caixa são geralmente usados para furar vários furos em uma peça a partir de diferentes ângulos.

Tipos de Fixtures

Seguem 10 tipos diferentes de fixtures:

1. Fixtures de torneamento (Turning fixtures)
2. Fixtures de fresamento (Milling fixtures)
3. Fixtures de brochamento (Broaching fixtures)
4. Fixtures de retífica (Grinding fixtures)
5. Fixtures de mandrilamento (Boring fixtures)
6. Fixtures de indexação (Indexing fixtures)
7. Fixtures de rosqueamento (Tapping fixtures)
8. Fixtures duplex (Duplex fixtures)
9. Fixtures de soldagem (Welding fixtures)
10. Fixtures de montagem (Assembly fixtures)

Fixtures geralmente recebem o nome da operação de usinagem para a qual são projetados.

Fixtures de Torneamento

Peças regulares são facilmente fixadas em tornos com dispositivos padrão (castanhas, placas, mandris). Peças de forma irregular dificultam a fixação correta.

Peças simples de formato irregular podem ser fixadas em castanha de quatro garras ou com garras macias moldadas. Peças com formas complexas exigem fixtures de torneamento, normalmente montados no nariz do fuso ou em placa frontal.

Quando necessário, o fixture pode precisar de contrapeso para equilibrar o desbalanceamento. Devem ser projetados com rigidez, balanço mínimo, fixação firme, sem projeções perigosas e com suporte adequado para seções finas ou fracas da peça.

Fixtures de Fresamento

Usados em máquinas de fresar para diversas operações. O fixture é posicionado na mesa e fixado por parafusos e porcas.

A mesa é deslocada e posicionada em relação à fresa. As peças são posicionadas na base do fixture e fixadas antes da operação. Devido às forças de corte elevadas e intermitentes, os elementos de fixação devem ser robustos. O posicionamento preciso na mesa é feito com dois tenões na base do fixture que entram nas fendas em T. A base é então fixada com parafusos em T e porcas.

Fixtures de Brochamento

Usados em máquinas de brochamento para posicionar, fixar e apoiar peças durante operações como brochamento de chavetas, furos, etc. O uso de uma placa de fixação como fixture para brochamento interno de furo por tração.

Fixtures de Retífica

Diversas formas de fixtures são usadas em retíficas para posicionar, fixar e apoiar peças. Podem ser dispositivos padrão: castanhas, mandris, castanhas com garras moldadas, castanhas magnéticas, etc.

Exemplo: retífica plana vertical com mesa rotativa terá um fixture rotativo fixado à mesa. Similarmente, fixture plano ou de corda pode ser usado em retífica plana de mesa alternada. Um acessório de afiar brocas é exemplo clássico de fixture padrão para geometria de brocas.

Qualquer tipo de fixture para retífica deve prever entrada e saída de fluido de corte, montagem de retificadores de rebolo e balanceamento adequado se for rotativo.

Fixtures de Mandrilamento (Boring Fixtures)

A operação pode ser realizada de duas formas:

• Mantendo a barra de mandrilar (ferramenta) estacionária e avançando a peça sobre a barra.
• Mantendo a peça estacionária e avançando a barra de mandrilar rotativa na peça.

Portanto, o fixture de mandrilamento tem dois projetos comuns.

Um incorpora o princípio de um jig de furação, guiando a barra de mandrilar por uma bucha piloto; também chamado de boring jig. O outro projeto facilita a fixação da peça na posição correta relativa à barra. Embora incorporem princípios de jigs e fixtures, sua construção não precisa ser tão robusta quanto a de fixtures de fresamento, pois não suportam cargas de corte tão pesadas.

Fixtures de Indexação

Vários componentes necessitam usinagem em diferentes superfícies, espaçadas uniformemente.

Esses componentes devem ser indexados tantas vezes quantas superfícies a usinar. Os dispositivos de fixação (jigs ou fixtures) incorporam mecanismos de indexação adequados. Um fixture com tal dispositivo é chamado de fixture de indexação.

Fixtures de Rosqueamento (Tapping Fixtures)

Projetados especialmente para posicionar e fixar firmemente peças idênticas para rosqueamento interno em furos pré-furados. Peças de formato irregular e desbalanceadas sempre exigem tais fixtures, especialmente em produção em massa.

Fixtures Duplex

Fixtures que mantêm duas peças semelhantes simultaneamente, permitindo usinagem simultânea em duas estações separadas.

As operações em ambas as estações podem ser iguais ou diferentes. Após usinagem em ambas, o fixture é indexado 180°, levando a primeira peça à segunda estação e a peça finalizada à primeira. A peça finalizada é retirada, substituída por uma nova, e o ciclo repete, permitindo produção em massa em alta velocidade.

Fixtures de Soldagem

Projetados para fixar e apoiar componentes a serem soldados nas posições corretas, evitando distorções. Elementos de posicionamento devem ser cuidadosos, fixação leve mas firme, posicionamento dos elementos de fixação fora da área de solda. O fixture deve ser estável e rígido para suportar tensões de soldagem.

Prática comum: primeiro soldar pontos (tack weld) mantendo a estrutura em jig de soldagem, depois transferir para fixture de fixação para soldagem completa. Reduz distorções e tensões no fixture.

Fixtures de Montagem (Assembly Fixtures)

Fixam diferentes componentes em suas posições relativas corretas durante a montagem. Exemplo: chapas de aço mantidas em posição relativa e rebietadas.

Esses fixtures para operações mecânicas são fixtures de montagem mecânica. Fixtures de soldagem também são de montagem, mas para união a quente.

Diferença entre Jigs e Fixtures

Diferenças fundamentais:

1. Fixture fixa e posiciona a peça, mas não guia a ferramenta; jig fixa, posiciona e guia a ferramenta.
2. Fixtures são mais pesados e parafusados rigidamente à mesa; jigs são mais leves para manuseio rápido, e fixação à mesa muitas vezes é desnecessária.
3. Fixtures são usados em fresamento, retífica, plaina ou torneamento; jigs são usados para fixar a peça e guiar a ferramenta, especialmente em furação, alargamento ou rosqueamento.

Vantagens do Uso de Jigs e Fixtures na Produção em Massa

Principais vantagens:

1. Elimina marcação, medição e outros métodos de preparação antes da usinagem.
2. Aumenta a precisão: a peça é posicionada automaticamente e a ferramenta guiada sem ajuste manual.
3. Permite produção de peças idênticas e intercambiáveis, facilitando a montagem.
4. Aumenta a capacidade de produção: várias peças usinadas em um único setup; em alguns casos, várias ferramentas operam simultaneamente. Tempo de manuseio reduzido pelo posicionamento rápido. Velocidade, avanço e profundidade de corte podem ser aumentados devido à alta rigidez de fixação.
5. Reduz trabalho e fadiga do operador, minimizando e simplificando operações de manuseio.
6. Permite que operadores semi-qualificados realizem operações, pois o ajuste da ferramenta e da peça é mecanizado. Economia de mão de obra.
7. Reduz gastos com controle de qualidade dos produtos acabados.
8. Reduz custo global de usinagem automatizando parcial ou totalmente os processos.

Vantagens de Jigs e Fixtures (Resumo)

As vantagens são:

1. Aumenta a precisão de usinagem (posicionamento automático e guia da ferramenta).
2. Aumenta a capacidade de produção (múltiplas peças em setup único, ferramentas simultâneas).
3. Reduz tempo de manuseio (setup e posicionamento rápidos).
4. Permite maiores velocidade, avanço e profundidade de corte (alta rigidez de fixação).
5. Produz peças idênticas e intercambiáveis, facilitando montagem.
6. Elimina marcação, medição e outros preparativos.
7. Reduz esforço e fadiga do operador (operações minimizadas e simplificadas).
8. Permite operadores semi-qualificados (ajuste mecanizado), economizando mão de obra.
9. Reduz custos de controle de qualidade.
10. Reduz custo total de usinagem (automação parcial ou total).

Aplicações de Jigs e Fixtures

Aplicações de jigs:

• Furação (Drilling)
• Alargamento (Reaming)
• Rosqueamento (Tapping)

Aplicações de fixtures:

• Fresamento (Milling)
• Retífica (Grinding)
• Plaina (Planing)
• Torneamento (Turning)
• Plainagem (Shaping)

Conclusão

Esperamos ter esclarecido todas as suas dúvidas sobre Jigs e Fixtures. Se ainda tiver perguntas, entre em contato ou deixe um comentário.

Temos também uma comunidade no Facebook. Se quiser, junte-se a nós aqui.

Obrigado pela leitura. Se gostou, compartilhe com seus amigos. Dúvidas sobre qualquer tema? Pergunte nos comentários.

Assine nossa newsletter para ser notificado sobre novos posts.