Principais Benefícios das Máquinas de Mandrilar (Boring) para Usinagem de Precisão

Especificações das Máquinas de Mandrilar

As dimensões entre o elemento e a ferramenta de corte podem ser alteradas em torno de dois eixos para cortar tanto vertical quanto horizontalmente na superfície interna. A ferramenta de corte é geralmente de ponta única, feita de aço rápido M2 e M3 ou carboneto P10 e P01. Um furo cônico também pode ser feito girando o cabeçote.

Máquinas de mandrilar estão disponíveis em muitos tamanhos e estilos diferentes. Mandrilar objetos pequenos pode ser feito em um torno, enquanto objetos maiores são usinados em máquina de mandrilar. Peças de trabalho tipicamente têm diâmetro de 1 a 4 metros (3 pés 3 pol a 13 pés 1 pol), mas podem ser tão grandes quanto 20 metros (66 pés). A demanda de potência pode chegar a 200 hp (150 kW).

O resfriamento dos furos ocorre através de uma passagem oca na barra de mandrilar, pela qual o refrigerante pode fluir livremente. Discos de liga de tungstênio são vedados na tira para contrabalancear vibração e chatter durante o mandrilar. Sistemas de controle podem ser baseados em computador, permitindo automação e maior consistência.

Por que a Usinagem de Mandrilar é Necessária?

Como a furação (boring) se destina a reduzir a tolerância do produto em furos pré-existentes, há algumas considerações de design a considerar. Primeiro, comprimentos de furo de grande diâmetro não são preferidos devido à deflexão da ferramenta de corte. Em seguida, furos passantes são preferidos em vez de furos cegos (furos que não atravessam a espessura da peça).

Devido a esses fatores, furação e furação profunda são, por natureza, áreas difíceis de prática que requerem ferramentas e técnicas especiais. No entanto, tecnologias foram desenvolvidas que produzem furos profundos com precisão impressionante. Na maioria dos casos, elas se relacionam a muitos pontos de corte, diametralmente opostos, cujas forças de deflexão se cancelam mutuamente.

Tipicamente, também incluem fornecimento de fluido de corte bombeado sob pressão através da ferramenta para furos próximos às arestas de corte. Pistolas de furação e canhões de furação são exemplos clássicos. Essas técnicas de usinagem, desenvolvidas pela primeira vez para a produção de canos de armas de fogo e artilharia, são agora amplamente usadas na produção em muitas indústrias.

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Como Funciona a Usinagem de Mandrilar?

Vários ciclos de mandrilar constantes estão disponíveis em controladores CNC. Estes são subprogramas programados que movem a ferramenta por cortes sucessivos de corte, retração, avanço, corte, retração, retorno à posição inicial e assim por diante.

A maioria das operações de torneamento que ocorrem com torneamento externo também pode ser encontrada em operações de mandrilar. Para torneamento externo, o comprimento da peça não afeta a projeção da ferramenta, e o tamanho do porta-ferramenta pode ser selecionado para suportar as forças e tensões decorrentes da operação. No entanto, para torneamento interno ou mandrilar, a escolha da ferramenta é muito limitada pelo diâmetro e comprimento do furo da peça.

A regra geral que se aplica a toda usinagem é minimizar a projeção da ferramenta para obter a melhor estabilidade possível e, assim, precisão. Ao mandrilar, a profundidade do furo é determinada pela projeção. A estabilidade aumenta quando um diâmetro de ferramenta maior é usado, mas mesmo assim as possibilidades são limitadas porque o espaço exigido pelo diâmetro do furo na peça deve ser levado em conta ao remover cavacos e movimentos radiais.

Restrições à estabilidade do mandrilar são definidas porque cuidado especial deve ser tomado ao planejar e preparar a produção. Compreender o impacto da geometria da ferramenta e dos dados de corte selecionados nas forças de corte, bem como entender como diferentes tipos de barras de mandrilar e fixação de ferramenta afetarão a estabilidade, e a vibração pode ser mantida ao mínimo.

Qual a Importância das Forças de Corte?

Durante o engate, a força tangencial e a força de corte radial tentarão empurrar a ferramenta para longe da peça, causando deflexões.

A força tangencial tentará empurrar a ferramenta para baixo e para longe da linha central. Devido à curvatura do diâmetro interno do furo, o ângulo de folga também será reduzido. Portanto, para furos de pequeno diâmetro, é especialmente importante que o ângulo de folga do inserto seja suficiente para evitar contato entre a ferramenta e a parede do furo.

A deflexão radial reduzirá a profundidade de corte. Além de afetar a precisão do diâmetro, a espessura do cavaco muda conforme as forças de corte mudam. Isso causa vibração transmitida da lâmina para o porta-ferramenta. A estabilidade e fixação da ferramenta determinarão a quantidade de vibração e se ela é reforçada ou suprimida.

Quais São os Fatores que Influenciam as Forças de Corte?

● Geometria do Inserto:

A geometria do inserto tem influência decisiva no processo de corte. O inserto positivo tem ângulo de ataque positivo. Ângulo de aresta do prato e ângulo de folga juntos serão menores que 90 graus. Um ângulo de ataque positivo significa uma força de corte tangencial menor. No entanto, um ângulo de ataque positivo é obtido à custa de um ângulo de folga ou ângulo de aresta.

Se o ângulo de folga for pequeno, há risco de abrasão da ferramenta e peça, e o atrito pode causar vibrações. Nos casos em que o ângulo de ataque é grande e o ângulo de aresta é pequeno, uma aresta de corte mais afiada é obtida. Uma aresta de corte afiada penetra o material mais facilmente, mas também pode ser mais facilmente alterada ou danificada por aresta ou outro desgaste irregular.

Desgaste de aresta significa mudança na geometria do inserto, que reduz o ângulo de folga. Portanto, para acabamento, o acabamento superficial requerido da peça determina quando substituir o inserto. Em geral, o desgaste de aresta deve estar entre 0,004 e 0,012 polegadas para acabamento e 0,012 a 0,040 polegadas para desbaste.

● Ângulo de Ataque (Rake angle):

O ângulo de ataque afeta as direções axial e radial das forças de corte. Um pequeno ângulo de ataque produz um grande componente da força de corte axial, enquanto um grande ângulo de ataque resulta em maior força de corte radial.

A força de corte axial tem efeito negativo mínimo na operação porque a força é direcionada ao longo da barra de mandrilar. Para evitar vibração, é preferível escolher um pequeno ângulo de ataque, mas como o ângulo de ataque também afeta outros fatores como espessura do cavaco e direção do fluxo de cavaco, muitas vezes é necessário compromisso.

A principal desvantagem de um pequeno ângulo de ataque é que as forças de corte são distribuídas sobre uma seção mais curta da aresta de corte do que em um grande ângulo de ataque. Além disso, a aresta de corte é submetida a carregamento e descarregamento rápido à medida que a aresta entra e sai da peça.

Como o mandrilar é geralmente realizado em um furo pré-usinado e é marcado como usinagem leve, pequenos ângulos de ataque geralmente não causam problema. Ângulos de ataque de 15 graus ou menos são geralmente recomendados. No entanto, com um ângulo de ataque de 15 graus, a força de corte radial será quase duas vezes maior que a força de corte com ângulo de ataque de 0 graus. Uma barra de mandrilar típica com inserto indexável com ângulo de ataque de 0 graus é mostrada na página anterior.

● Raio de Ponta (Nose radius):

O raio de ponta do inserto também afeta a distribuição das forças de corte. Quanto maior o raio de canto, maiores as forças de corte radial e tangencial e o início de vibração. No entanto, isso não se aplica às forças de corte radial. A deflexão da ferramenta na direção radial é influenciada pela relação entre a profundidade de corte e o tamanho do raio de ponta.

Se a profundidade de corte for menor que o raio da lâmina, as forças de corte radial aumentarão à medida que a profundidade de corte aumenta. Se a profundidade de corte for igual ou maior que o raio de ponta, a deflexão radial será determinada pelo ângulo de ataque.

Portanto, é uma boa ideia escolher um raio de vértice ligeiramente menor que a profundidade de corte. Dessa forma, as forças de corte radial podem ser mantidas no mínimo, utilizando os benefícios do maior raio de canto possível, o que leva a uma aresta de corte mais forte, melhor acabamento superficial e pressão mais uniforme na aresta de corte.