Furação vs. Alargamento vs. Mandrilamento em Usinagem CNC: Diferenças-Chave Explicadas

Comparado ao processamento de superfícies externas, as condições de usinagem CNC de furos são muito piores, sendo mais difícil usinar furos que círculos externos. Isso ocorre porque:

• O tamanho da ferramenta para usinagem de furos é limitado pelo tamanho do furo, com rigidez ruim, propensa a deformação por flexão e vibração;
• Ao usinar furo com ferramenta de tamanho fixo, o tamanho do furo é diretamente determinado pelo tamanho correspondente da ferramenta, e erro de fabricação e desgaste afetam diretamente a precisão;
• Na usinagem de furos, a área de corte fica dentro da peça, condições de remoção de cavacos e dissipação de calor são ruins, dificultando controle de precisão e qualidade superficial.

1. Furação

Furação é o primeiro processo de usinar furos em materiais sólidos, geralmente diâmetro < 80mm. Duas formas: rotação da broca ou rotação da peça. Erros gerados diferem. Na furação com broca rotativa, desvio por assimetria da aresta e rigidez insuficiente faz o eixo central do furo ficar torto ou distorcido, não reto, mas diâmetro inalterado; inversamente, na rotação da peça, desvio da broca altera diâmetro, mas eixo central permanece reto.

Ferramentas comuns: broca helicoidal, broca de centrar, broca de furo profundo, sendo a broca helicoidal a mais usada. Devido a limitações estruturais, rigidez à flexão e torção da broca são baixas, com centragem ruim, precisão baixa (IT13~IT11), rugosidade alta (Ra 50~12,5 μm), mas taxa de remoção de metal alta e eficiência de corte alta. Furação usada principalmente para furos com baixos requisitos de qualidade: furos de parafuso, furos de rosca, furos de óleo, etc. Furos com alta precisão e qualidade requerem alargamento, mandrilamento ou retificação posteriores.

2. Alargamento

Alargamento é método de acabamento de furos, amplamente usado na produção. Para furos menores, é mais econômico e prático que retífica interna e mandrilamento fino.

Alargador

Alargadores dividem-se em: alargadores manuais e de máquina. Cabo do manual é reto, parte de trabalho mais longa, melhor função guia. Tem estrutura integral e diâmetro externo ajustável. Alargadores de máquina: tipo haste e tipo manga. Podem processar furos circulares e cônicos (com alargadores cônicos).

Tecnologia de Alargamento e Aplicação

A folga de alargamento influencia muito a qualidade. Se grande, carga no alargador alta, aresta embota rápido, difícil obter superfície lisa, tolerância dimensional difícil; se pequena, marcas do processo anterior não removidas, não melhora qualidade. Geralmente, folga bruta 0,35~0,15mm, fina 0,15~0,05mm.

Para evitar aresta de deposição, alargamento feito em baixas velocidades (v < 8 m/min para alargadores de aço rápido para aço e ferro fundido). Valor do avanço relacionado ao diâmetro. Para alargador de aço rápido em aço e ferro fundido, avanço 0,3~1 mm/r.

Ao alargar, deve-se refrigerar, lubrificar e limpar com fluido de corte adequado para evitar aresta de deposição e remover cavacos. Comparado a retífica e mandrilamento, alargamento tem alta produtividade e facilita precisão do furo; porém não corrige erro de posição do eixo, que deve ser garantido pelo processo anterior. Furos escalonados e cegos não adequados para alargamento.

Precisão dimensional de furo alargado geralmente IT9~IT7, rugosidade Ra 3,2~0,8. Para furos médios de alta precisão (ex: IT7), processo furação-alargamento é esquema típico.

3. Mandrilamento

Mandrilamento usa ferramenta de corte para ampliar furo pré-fabricado. Pode ser feito em mandriladora ou torno.

Método de Mandrilamento

Existem 3 métodos diferentes.

(1) Peça gira e ferramenta avança. Maioria do mandrilamento em torno. Características: eixo do furo coincide com eixo de rotação da peça, redondeza depende de precisão de rotação do fuso, erro geométrico axial depende de precisão de posição da direção de avanço da ferramenta relativo ao eixo de rotação. Adequado para furos com requisitos de coaxialidade com superfície externa.

(2) Ferramenta gira e peça faz movimento de avanço. Fuso da mandriladora aciona ferramenta, mesa move peça.

(3) Ferramenta gira e avança. Comprimento de saliência da barra muda, força e deformação mudam. Diâmetro pequeno forma furo cônico. Aumento da saliência aumenta flexão do fuso por peso, eixo do furo entorta. Adequado apenas para furos curtos.

Mandrilamento com Diamante

Comparado ao mandrilamento comum, caracteriza-se por pequena profundidade de corte, pequeno avanço, alta velocidade. Obtém alta precisão (IT7~IT6) e superfície muito lisa (Ra 0,4~0,05). Originalmente com ferramentas de diamante, agora geralmente metal duro, CBN, diamante sintético. Principalmente para não-ferrosos, também ferro fundido e aço.

Quantidades de corte comuns: pré-mandrilamento 0,2~0,6mm, final 0,1mm; avanço 0,01~0,14mm/r; velocidade 100~250m/min (ferro fundido), 150~300m/min (aço), 300~2000m/min (não-ferrosos).

Para garantir alta precisão e qualidade, máquina (mandriladora de diamante) deve ter alta precisão geométrica e rigidez. Fuso suportado por rolamentos de esferas de contato angular de precisão ou mancais hidrostáticos, partes rotativas de alta velocidade balanceadas; mecanismo de avanço deve ser muito estável para avanço estável e baixa velocidade.

Mandrilamento com diamante tem boa qualidade e alta eficiência, amplamente usado no acabamento final de furos de precisão em produção em massa: furos de cilindro de motor, furos de pino de pistão, furos de fuso em caixas de fuso. Atenção: ao usinar ferrosos com diamante, usar apenas ferramentas de metal duro e CBN, não diamante, pois átomos de carbono têm grande afinidade com ferro, vida da ferramenta baixa.

Ferramenta de Mandrilamento

Ferramentas dividem-se em: ferramentas de corte único e dupla aresta.

Características Tecnológicas e Escopo de Aplicação

Comparado a furação-alargamento, diâmetro não limitado por tamanho da ferramenta, mandrilamento tem forte capacidade de correção de erro. Furo e superfícies de posicionamento mantêm alta precisão posicional.

Comparado ao círculo externo, devido a rigidez ruim e grande deformação do sistema porta-ferramenta, dissipação de calor e remoção de cavacos ruins, deformação térmica de peça e ferramenta relativamente grande. Qualidade e eficiência não tão altas quanto círculo externo.

Com base na análise, mandrilamento tem ampla faixa, processa furos de vários tamanhos e níveis de precisão. Para furos e sistemas de furos com grandes diâmetros e alta precisão dimensional e posicional, mandrilamento é quase único método. Precisão IT9~IT7, rugosidade Ra. Pode ser feito em mandriladoras, tornos, fresadoras. Vantagem de flexibilidade, amplamente usado. Em produção em massa, para melhorar eficiência, usam-se dispositivos de mandrilamento.