Máquinas de Furação Explicadas: Definições, Tipos e Operações

O processo de furação em si é simples. Provavelmente a técnica mais direta de usinagem subtrativa (US). Mas todo engenheiro especialista sabe quantos percalços podem aparecer no processo. A maneira de evitá-los — mergulhar no tema com o máximo de detalhes possível.

Aqui está uma explicação minuciosa de cada aspecto da operação de furação, tipos de máquinas de furação e muito mais.

O que é Furação?

A furação é um processo de usinagem subtrativa que implica produzir furos redondos com a ajuda de uma ferramenta de corte rotativa.

E agora, vamos elaborar um pouco. A furação é considerada um dos principais métodos de usinagem subtrativa. É realizada cortando material de uma peça de trabalho (em contraste com processos de usinagem aditiva como impressão 3D). O processo envolve o uso de uma ferramenta de corte rotativa (comumente conhecida como broca) para produzir furos redondos em uma peça de trabalho estacionária.

Uma broca é geralmente feita de aço rápido (HSS). Ela tem uma "espiral" (ou canais helicoidais) que permitem a fácil saída dos cavacos de material produzidos durante a operação de furação. As arestas de corte realizam o corte uma vez aceleradas a centenas de rotações por minuto por uma máquina de furação.

Os furos produzidos são feitos para acomodação de parafusos ou prisioneiros para montagem ou fins estéticos. Furos podem ser alargados, e suas superfícies internas podem ser acabadas para melhor suavidade e aparência.

Veja um exemplo de furação e uma broca nas imagens abaixo.

Definição de Máquina de Furação

Uma máquina de furação é uma máquina usada para furar furos, principalmente de seção transversal circular, e tarefas similares relacionadas a ela como alargamento, furação de precisão, etc.

Nas máquinas de furação, o furo é feito pela aresta de corte giratória de uma ferramenta de corte chamada broca. O furo é furado aplicando força de cisalhamento na peça de trabalho para remover o material na forma de cavacos.

Tipos de Operações Realizadas em Máquinas de Furação

A própria furação não é o único processo de fabricação que pode ser executado em uma furadeira CNC. Dependendo do tipo de máquina, 8 tipos de operações podem ser possivelmente suportados:

1. Furação. Com esta operação, você já está familiarizado. É a produção de furos simples e redondos apenas. Suporta velocidade de produção moderada a extra alta.
2. Alargamento. Este processo serve para a produção de furos muito precisos. O alargamento envolve ampliar a abertura de um furo já furado. O resultado final é um furo perfeitamente circular do diâmetro exato. O alargamento é considerado um processo de acabamento executado com o uso de uma ferramenta de múltiplas arestas. Suporta velocidade de produção baixa a moderada.
3. Furação de precisão (Boring). Também é o alargamento de um furo existente, mas não é considerado um processo de acabamento. Envolve o uso de um cortador de ponta única – barra de alargamento de diâmetro maior que um furo previamente furado. O alargamento de precisão pode aumentar o diâmetro do furo, mas não sua profundidade. Também pode ser usado para converter um furo cilíndrico em um furo cônico. Suporta velocidade de produção moderada a alta.
4. Alargamento de fundo (Counterboring). É o alargamento da extremidade de um furo existente. O objetivo é acomodar parafusos, prisioneiros e pinos. Então, é muito parecido com o alargamento de precisão, mas executado em uma porção da profundidade do furo. Suporta velocidade de produção baixa a moderada.
5. Escareamento (Countersinking). É outro processo que serve para criar espaço para a cabeça de um parafuso ou prisioneiro. É executado sobre objetos metálicos para cortar um furo cônico. O escareamento também pode ser usado para limpar rebarbas de furação ou roscagem. É uma boa prática para prevenir corrosão e garantir uma vedação apertada. Suporta velocidade de produção baixa a moderada.
6. Faceamento pontual (Spot facing). Esta operação é simplesmente facear uma localização de uma peça de trabalho para dar um acabamento plano e liso. Isso é útil para a criação de uma boa base para uma porca ou a cabeça de um parafuso de cabeça cilíndrica. Normalmente, o faceamento pontual é executado sobre fundidos e forjados. Suporta velocidade de produção baixa a alta.
7. Roscagem (Tapping). É o processo de cortar uma rosca interna e inserir parafusos, prisioneiros e outros encaixes roscados em furos internos e roscas. Usa uma ferramenta de corte chamada macho. É uma ferramenta de corte cilíndrica ou cônica que pode ser projetada na forma desejada. Suporta velocidade de produção baixa a moderada.
8. Trepanamento (Trepanning). Esta é uma técnica bastante rara destinada a aplicações de furos passantes. O cortador remove material na periferia formando um anel desta forma. O núcleo permanece no centro do furo (veja o exemplo na imagem abaixo).
   O método é usado para produzir diâmetros de furos grandes, enquanto a potência da máquina não é suficiente. Suporta velocidade de produção baixa.

Tipos de Máquinas de Furação

Provavelmente a coisa mais empolgante sobre furação são as unidades que fazem o truque. Existem várias que se adequam a abordagens de fabricação ligeiramente diferentes. Algumas podem ser automatizadas ou manuais. Outras usadas para fins industriais são apenas controladas por computador, como fabricação de PCB.

É essencial mencionar que na produção em massa, existem centros de usinagem CNC caros que fazem furação e outros tipos de trabalho. Tais máquinas são propositalmente projetadas para lidar com o trabalho de todos os tipos detalhados abaixo e mais.

Alguns centros CNC de $200.000 provavelmente podem lidar com a maioria dos trabalhos de furação melhor do que qualquer outra máquina. Mas fazê-los produzir alguns pequenos furos em um componente leve é como usar um martelo a vapor para quebrar nozes.

• Máquina de furação sensível.

Esta é projetada especificamente para furar furos extremamente pequenos em altas velocidades. São usadas para trabalhos precisos e leves. Suas bases são montadas em bancada ou no piso firmemente com parafusos e porcas. Pode lidar com brocas com diâmetro de até 15,5 mm. A velocidade de rotação suportada normalmente varia de 50 a 2000 rotações por minuto (RPM).

A singularidade desta unidade é que seu mecanismo de acionamento pode ser controlado manualmente. Um maquinista qualificado pode fazer um trabalho preciso usando esta unidade de máquina bastante prevalente.

• Máquina de furação vertical (Upright).

Esta unidade é projetada para lidar com trabalho de furação de média intensidade. Parece muito com uma furadeira sensível, mas é muito maior e mais pesada. Pode empregar brocas com diâmetro de até 50 mm.

Este equipamento pode ser usado em modo manual ou semiautomático. O operador pode avançar a ferramenta na peça de trabalho por potência. Para este propósito, algumas furadeiras verticais são equipadas com mecanismos de elevação de mesa.

• Máquina de furação radial.

Esta máquina é projetada para lidar com peças de trabalho médias a grandes e pesadas. Sua coluna redonda é montada em uma base grande. O braço radial pode ser elevado e abaixado para acomodar peças de trabalho de alturas variadas. O braço pode ser girado para qualquer posição, com o cabeçote de furação deslizando no braço.

Uma máquina de furação radial normalmente não é dirigida manualmente. O trabalhador controla o motor, e a broca penetra nas peças de trabalho passando pela linha de fabricação.

• Máquina de furação em gangue (Gang drilling machine).

Esta tem uma mesa comum e uma base. A singularidade da máquina é que ela tem múltiplos cabeçotes de furação. Tipicamente quatro a seis. Estes são colocados lado a lado. Cada um tem um motor de acionamento separado, então todos furam uma peça de trabalho em taxas diferentes, produzindo múltiplos furos simultaneamente.

Além disso, esta máquina pode realizar uma série de outras operações como alargamento, furação de precisão e roscagem. Cada fuso pode ser equipado com ferramentas distintas. Tais unidades nunca são para uso manual. Centros CNC de furação, não necessariamente, mas podem ser construídos como modificações de máquinas de furação em gangue.

• Máquina de furação de múltiplos fusos.

Esta unidade é uma versão avançada da máquina de furação em gangue que incorpora vários fusos em vez de um banco de cabeçotes de furação. É usada para reproduzir padrões de furos em um número de peças de trabalho idênticas.

Os fusos são alimentados por um único motor com um conjunto de engrenagens acionando cada fuso. Isso faz com que todas as brocas sejam alimentadas na peça de trabalho ao mesmo tempo. O que é possível alterar aqui é a distância entre os fusos ao longo dos eixos X e Y (normalmente). Dispositivos de orientação (jigs) são usados para guiar os cortadores.

• Máquina de furação de furos profundos.

Esta máquina altamente especializada é usada para furar furos mais profundos em bielas, canos de armas e outros componentes. A máquina de furação de furos profundos tira total vantagem de altas velocidades de corte e reduz as taxas de avanço para cumprir seu propósito.

O princípio de funcionamento é que uma broca não rotativa é alimentada lentamente na broca rotativa em alta velocidade. Refrigerante é fornecido constantemente para evitar o superaquecimento tanto do material quanto da ferramenta. Tais máquinas também dificilmente podem ser dirigidas manualmente. São outras semiautomatizadas ou CNC.

• Máquina de furação CNC.

Uma máquina de furação CNC é uma unidade de equipamento controlada por computador usada em ambiente industrial para realizar operações de furação com o uso de cortadores rotativos.

Tais centros de furação são peças de maquinaria totalmente automatizadas que não requerem envolvimento de mão de obra, exceto configurar uma peça de trabalho e trocar ferramentas. Eles têm software integrado permitindo que leiam arquivos CAM com instruções.

Uma furadeira CNC pode mover o dispositivo de fixação da ferramenta em 3 dimensões (algumas máquinas têm 4 ou 5 eixos). Mas independentemente da direção, uma broca deve entrar na peça de trabalho no ângulo correto. As partes de fixação da ferramenta são o fuso em si (opção convencional, comum para outras unidades CNC também), manga, soquete, mandril e um acessório de roscagem.

Uma furadeira CNC é uma unidade de equipamento complexa, mas provavelmente, suas partes principais são autoexplicativas o suficiente. Veja-as na imagem abaixo.

E vamos polir a compreensão do processo geral do início ao fim. Aqui está o procedimento passo a passo da furação CNC:

1. Criação do design CAD. Envolve criar um modelo 2D ou 3D em software de computador.
2. Conversão do design em arquivo CAM. É um documento escrito na linguagem de usinagem G-code para uma furadeira CNC ler.
3. Carregamento das instruções na furadeira CNC. Basicamente, inserindo essas instruções e certificando-se de que são lidas e executadas corretamente.
4. Configuração da furadeira CNC. Envolve escolher conjuntos apropriados de brocas e configurar/fixar a máquina.
5. Execução da operação de furação. Esta parte é realizada pela furadeira sozinha após a iniciação do procedimento por um maquinista.
6. Avaliação do componente. Realizando verificações de QA manuais e automáticas para garantir o sucesso do procedimento de furação executado.

Vantagens e Limitações das Máquinas de Furação

Como equipamento industrial, furadeiras vêm com algumas tecnicalidades a considerar. Aspectos nos quais você pode confiar em toda máquina de furação são os seguintes:

• Pontos precisos. Estas unidades podem garantir precisão superior por si mesmas. Elas a alcançam com processamento passo a passo de furos com brocas, barras de alargamento e alargadores.
  
• Bom controle de avanço. Surpreendentemente, até a furação manual é considerada usinagem de precisão. Unidades CNC vão um passo além, respectivamente.
  
• Boa escolha de opções de furação. A vasta gama de unidades de furação disponíveis permite selecionar entre furação precisa, profunda, simultânea, de padrão e outros tipos. Como bônus extra, todos esses podem ser realizados tendo apenas alguns centros de máquina sólidos.
  

No entanto, estas unidades têm limitações a considerar. Estas estão ligadas a ocasiões específicas quando é impossível produzir um furo liso, preciso com um bom grau de consistência.

• Estabilidade do poço. Colapso do furo — falha do tipo cisalhamento do poço devido a tensões de rocha é um problema gigantesco a considerar. Deriva de múltiplos fatores, incluindo trajetória errada, fluidos de furação inadequados, etc.
  
• A trajetória limitada de furação. Normalmente, máquinas de furação são destinadas a cortar em ângulo reto. Quaisquer desvios resultam quase instantaneamente em falha do furo. Isso limita um pouco a gama de designs possíveis.

Em qualquer caso, máquinas de furação são insubstituíveis. Se abordadas com sabedoria, oferecem qualidade de produção superior e uma gama de técnicas de fabricação que nenhuma outra peça de maquinaria pode oferecer.

Resumo

Em essência, a furação é muito mais do que produzir furos lisos apenas. Envolve aspectos como produção de roscas precisas ou trabalhos pesados, acomodação de parafusos e prisioneiros, bons acabamentos internos e muito mais.

Máquinas de furação podem ser manuais, semiautomatizadas ou CNC. Atualmente, grandes fabricantes usam centros de usinagem que fazem todos os 8 processos de furação e mais. Os únicos aspectos a considerar para furação de alta qualidade são trajetória e uso apropriado de fluidos de furação.

Sobre o Autor

Barret é um escritor criativo especializado em conteúdo relacionado à tecnologia, como usinagem CNC e impressão 3D, conhecidos por seus produtos de alta qualidade e inovadores.