Entendendo as Diferenças: Furação, Alisamento, Mandrilamento e Brochamento de Furos

Comparado ao processamento de superfícies externas, as condições de usinagem de furos são muito piores, e a usinagem de furos é mais difícil que a de cilindros externos. Isso porque:

1. O tamanho da ferramenta para usinagem de furos é limitado pelo tamanho do furo a usinar; rigidez ruim, propensa a flexão, deformação e vibração.
2. Com ferramentas de tamanho fixo, o tamanho do furo depende diretamente do tamanho correspondente da ferramenta; erro de fabricação e desgaste da ferramenta afetam diretamente a precisão do furo.
3. Área de corte dentro da peça; remoção de cavaco e dissipação de calor ruins; precisão e qualidade superficial difíceis de controlar.

Furação e Brochamento (Drilling and Broaching)

1. Furação (Drilling)

Primeiro processo de usinagem de furos em material sólido; diâmetro geralmente < 80 mm. Duas formas: rotação da broca ou rotação da peça. Erros diferem:

• Broca girando: se broca desvia por assimetria da aresta ou rigidez insuficiente, eixo do furo desvia ou não é reto, mas diâmetro permanece basicamente igual.
• Peça girando: oposto. Desvio da broca altera diâmetro; eixo do furo permanece reto.

Ferramentas comuns: brocas helicoidais, brocas de centro, brocas de furo profundo. Mais comum: brocas helicoidais Ø0,1–80 mm.

Devido a limitações estruturais, rigidez à flexão e torção da broca são baixas, centragem ruim, precisão baixa (IT13–IT11); rugosidade Ra 50–12,5 µm. Mas taxa de remoção de metal alta, eficiência de corte alta. Furação principal para furos com baixa exigência de qualidade: furos de parafuso, furos de fundo de rosca, furos de óleo. Para alta precisão e qualidade superficial: alisamento, mandrilamento, retífica nos processos subsequentes.

2. Brochamento (Reaming/Drilling Enlargement)

Usa broca de alargar (reaming drill) para processar furo já furado, fundido ou forjado, aumentando diâmetro e melhorando qualidade. Pode ser pré-acabamento ou acabamento final de furos menos exigentes. Alargadores semelhantes a brocas helicoidais, mas mais dentes e sem cinzel.

Comparado à furação:

1. Alargador tem muitos dentes (3–8), boa guia, corte estável.
2. Sem cinzel, boas condições de corte.
3. Folga de usinagem pequena; caixilho de cavaco mais raso, núcleo mais grosso, melhor resistência e rigidez. Precisão IT11–IT10, Ra 12,5–6,3 µm. Frequentemente para furos < Ø30 mm. Para furos maiores (D ≥ 30 mm): pré-furar com broca pequena (0,5–0,7×D) e depois alargar com alargador correspondente → melhora qualidade e eficiência.

Alargamento não só para furos cilíndricos; alargadores especiais (countersink drills) para furos de encosto e escareamento. Ponta do escareador frequentemente tem guia, guiada por furo usinado.

Alisamento (Reaming)

Método de acabamento de furos, amplamente usado. Para furos menores, mais econômico e prático que retífica interna e mandrilamento fino.

1. Alisador (Reamer)

Divididos em: alisador manual e alisador de máquina. Manual: haste reta, parte de trabalho longa, melhor guia; estrutura integral ou diâmetro externo ajustável. Máquina: haste cônica ou tipo manga. Alisador também processa furos cônicos (alisador cônico).

2. Processo de Alisamento e Aplicação

Folga de alisamento influencia muito a qualidade. Folga grande → carga alta, aresta embota rápido, superfície não lisa, tolerância difícil. Folga pequena → marcas do processo anterior não removidas, sem melhora. Geralmente: folga de alisamento grosso 0,35–0,15 mm; folga de alisamento fino 0,15–0,05 mm.

Para evitar rebarba de solda, alisamento em velocidade de corte baixa (v < 8 m/min com alisador HSS em aço e ferro fundido). Avanço relacionado ao diâmetro: maior diâmetro, maior avanço. Comum 0,3–1 mm/r (HSS em aço/ferro fundido).

Use fluido de corte adequado para refrigeração, lubrificação, limpeza; evita rebarba e remove cavacos. Comparado a retífica e mandrilamento: alta produtividade, fácil garantir precisão do furo; mas alisamento não corrige erro de posição do eixo do furo; precisão de posição deve ser garantida no processo anterior. Não adequado para furos escalonados e furos cegos.

Precisão dimensional IT9–IT7; Ra 3,2–0,8 µm. Para furos médios alta precisão (ex: IT7), processo furação-alargamento-alisamento é plano típico em produção.

Mandrilamento (Boring)

Método que usa ferramentas de corte para alargar furo pré-existente. Feito em mandriladora ou torno.

1. Métodos de Mandrilamento

Três métodos:

1. Peça gira, ferramenta avança. Maioria do mandrilamento em torno. Eixo do furo usinado coincide com eixo de rotação da peça. Redondeza depende da precisão de rotação do fuso; precisão geométrica axial depende da direção de avanço da ferramenta relativa ao eixo de rotação. Adequado para furos com coaxialidade com superfície cilíndrica externa.
2. Ferramenta gira, peça avança. Fuso da mandriladora gira a ferramenta; mesa avança a peça.



3. Ferramenta gira e avança. Usado para mandrilar. Comprimento de balanço da barra muda → deformação muda. Furo perto do fuso maior; longe, menor → furo cônico. Balanço aumenta → flexão do fuso por peso próprio aumenta → eixo do furo curvo. Só para furos curtos.

2. Mandrilamento com Diamante (Diamond Boring)

Comparado ao mandrilamento geral: pequeno avanço radial, pequeno avanço, alta velocidade de corte. Alcança alta precisão (IT7–IT6) e superfície muito lisa (Ra 0,4–0,05 µm). Originalmente com ferramentas de diamante; hoje metal duro, CBN, diamante sintético. Principalmente para não-ferrosos; também ferro fundido e aço.

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

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

Boa qualidade e alta produtividade. Amplamente usado em acabamento final de furos de precisão em produção em massa: cilindros de motor, furos de pino de pistão, furos de fuso em caixas de fuso de máquinas-ferramenta. Atenção: ao usinar ferrosos com mandrilamento diamante, só use ferramentas de metal duro e CBN; não use diamante (carbono do diamante tem grande afinidade com ferro → vida útil baixa).

3. Ferramenta de Mandrilamento (Boring Tool)

Divididas em: ferramenta de corte único (single-edge) e ferramenta de dois cortes (double-edged).

4. Características do Processo e Escopo de Aplicação

Comparado a furação-alargamento-alisamento: diâmetro não limitado por tamanho da ferramenta; mandrilamento tem forte capacidade de correção de erro. Desvio do eixo do furo original corrigido em múltiplas passadas; mantém alta precisão de posição entre furo e superfície de posicionamento.

Comparado a torneamento externo: rigidez ruim e grande deformação do sistema porta-ferramenta; dissipação de calor e remoção de cavaco ruins; deformação térmica da peça e ferramenta grandes; qualidade e eficiência não tão altas quanto torneamento externo.

Mandrilamento tem ampla faixa: furos de vários tamanhos e níveis de precisão. Para furos e sistemas de furos com diâmetros maiores, alta precisão dimensional e de posição, mandrilamento é quase o único método. Precisão IT9–IT7. Feito em mandriladoras, tornos, fresadoras — mobilidade e flexibilidade — amplamente usado. Em produção em massa, mandris de mandrilamento (boring jigs) aumentam eficiência.

Brunimento de Furos (Honing)

1. Princípio e Cabeça de Brunimento

Método que usa cabeça de brunimento com hastes abrasivas (pedras) para alisar furo. Peça fixa; cabeça acionada por fuso da máquina: rotação + movimento linear alternado. Hastes atuam com pressão, removendo camada finíssima; trajetória de corte = rede cruzada. Para trajetória não repetir: rotações/min e golpes/min da cabeça devem ser primos entre si.

Ângulo de interseção da trajetória depende da velocidade alternada e velocidade circunferencial. Afeta qualidade e eficiência. Para descarga de partículas abrasivas e cavacos, reduzir temperatura, melhorar qualidade: fluido de corte abundante.

Para usinagem uniforme da parede, curso da haste deve exceder overtravel em ambas extremidades. Para garantir folga uniforme e reduzir influência de erro de rotação do fuso, cabeça e fuso conectados por conexão flutuante.

Expansão/contração radial das hastes: estruturas manual, pneumática, hidráulica.

2. Características do Processo e Escopo de Aplicação

1. Alta precisão dimensional e de forma: IT7–IT6. Erros de redondeza e cilindricidade controlados; mas não melhora precisão de posição do furo.
2. Alta qualidade superficial: Ra 0,2–0,25 µm; profundidade da camada metalúrgica alterada 2,5–25 µm.
3. Velocidade circunferencial não alta (vc=16–60 m/min), mas grande área de contato + velocidade alternada alta (va=8–20 m/min) → alta produtividade.

Amplamente usado em furos de precisão de cilindros de motor e dispositivos hidráulicos em produção em massa. Diâmetro geralmente > Ø? (texto original ilegível), furos profundos com relação L/D > 10. Não adequado para furos em não-ferrosos de alta plasticidade, nem furos com chavetas, furos estriados.

Brochamento (Broaching/Pulling Holes)

1. Brochamento e Ferramenta (Broach)

Método de acabamento de alta produtividade, em brochadeira com brocha especial. Brochadeiras: horizontal e vertical; horizontal mais comum.

Brocha faz movimento linear de baixa velocidade (movimento principal). Dentes trabalhando simultaneamente ≥ 3 (senão não trabalha suave, gera ondas anelares). Para evitar quebra por força excessiva, dentes trabalhando simultaneamente ≤ 6–8.

Três métodos de brochamento:

1. Brochamento por camadas (Layered): Brocha remove folga camada a camada. Para facilitar quebra de cavaco, dentes têm goivas intercaladas. Brochas assim = brochas comuns.
2. Brochamento por blocos (Block): Cada camada de metal removida por grupo de dentes com tamanho basicamente igual mas intercalados (2–3 dentes/grupo). Cada dente remove só parte de uma camada. Brochas = brochas de corte por roda (wheel cut).
3. Brochamento combinado (Comprehensive): Vantagens dos dois acima. Dentes de desbaste: blocos; dentes de acabamento: camadas. Encurta brocha, aumenta produtividade, melhor qualidade superficial. Brochas = brochas combinadas.

2. Características do Processo e Escopo de Aplicação

1. Brocha = ferramenta multi-aresta; completa desbaste, acabamento, alisamento em uma passada → alta eficiência.
2. Precisão depende da precisão da brocha. Normal: IT9–IT7; Ra 6,3–1,6 µm.
3. Peça posicionada pelo próprio furo usinado (parte guia da brocha = elemento de posicionamento); furo não garante facilmente precisão mútua com outras superfícies. Para peças rotativas exigindo coaxialidade interno/externo: furo brochado primeiro, depois outras superfícies usando furo como referência.
4. Brocha processa não só furos redondos, mas furos conformados e estriados.
5. Brocha = ferramenta de tamanho fixo, forma complexa, cara; não adequada para furos grandes.

Brochamento comum em produção em massa para furos passantes em peças pequenas/médias Ø10–80 mm, profundidade ≤ 5×diâmetro.