Entendendo Máquinas de Mandrilar e Fresar: Como Funcionam e Suas Aplicações

A máquina de mandrilar e fresar é um tipo de equipamento utilizado com uma ferramenta de corte de ponta única para alargar furos em diferentes tipos de materiais. Estas máquinas apresentam-se em duas variantes principais que executam funções idênticas de formas distintas: máquinas de mandrilar e fresar horizontais e verticais.

Tipos de Máquinas de Mandrilar e Fresar

Máquinas Horizontais de Mandrilar e Fresar

Nas máquinas horizontais, a barra de mandrilar gira ao longo de um eixo horizontal, enquanto a peça permanece apoiada na mesa da máquina. Esta configuração assemelha-se ao funcionamento de uma fresadora horizontal convencional.

Máquinas Verticais de Mandrilar e Fresar (VTL)

Nas máquinas verticais — frequentemente designadas por VTL (Vertical Turret Lathe) —, a peça gira ao longo de um eixo vertical, enquanto o dispositivo de mandrilar avança linearmente, sem necessidade de rotação. Este princípio assemelha-se ao de um torno vertical.

Quais São as Funções das Máquinas de Mandrilar e Fresar?

Estas máquinas destinam-se principalmente a aprofundar ou alargar furos que seriam inviáveis, ineficientes ou pouco fiáveis com outros métodos. As principais aplicações incluem:

Acabamento e Desbaste de Superfícies Internas

Uma das utilizações principais de uma máquina CNC de mandrilar e fresar é o desbaste ou acabamento das superfícies internas de um furo usinado. A técnica employed pode inclusive texturizar a superfície interior do furo, sendo frequentemente utilizada na recondicionamento de peças em vez de as substituir.

Materiais Sensíveis ao Calor ou Não Dúcteis

As máquinas de mandrilar e fresar conseguem alargar furos em materiais inadequados para métodos térmicos ou elétricos (como corte a laser ou eletroerosão), pois realizam uma operação de cisalhamento físico. Para furos passantes, as máquinas manuais são ideais; já para furos cegos ou parciais, as máquinas CNC oferecem a precisão necessária, embora não seja a sua aplicação preferencial.

Benefícios das Máquinas de Mandrilar e Fresar

Se uma máquina horizontal CNC se assemelha a uma fresadora horizontal especializada, a vertical assemelha-se a um torno vertical. Então, por que optar por uma máquina de mandrilar?

Capacidade para Peças de Grandes Dimensões

Oficinas que usinam peças de grande porte beneficiam-se enormemente destas máquinas. O "envelope configurável" generoso permite acomodar peças maiores do que uma fresadora horizontal equivalente.

Minimização do Desvio da Ferramenta

O desvio da ferramenta ocorre quando esta encontra resistência superior à sua capacidade de compensação — por exemplo, quando o fuso se estende excessivamente do seu apoio, forçando a perfuração em ângulo inadequado sob tensão indevida. Nas máquinas de mandrilar e fresar, o fuso avança a partir do cabeçote, mantendo-se curto para evitar desvio, o que resulta em furos mais precisos.

Durabilidade, Vida Útil e Utilidade

Embora não sejam máquinas "emocionantes", são extremamente robustas e fiáveis — especialmente com manutenção adequada. Podem durar décadas de uso contínuo, representando investimentos atrativos que mantêm o seu valor. O mandrilamento, também chamado torneamento interno, serve para aumentar o diâmetro interno de um furo. O furo inicial é feito com broca ou, em fundição, pode ser um furo de alma. O mandrilamento alcança três objetivos fundamentais:

Dimensionamento

O processo leva o furo à dimensão e acabamento corretos. Brocas ou alargadores só servem se o tamanho "padrão" for adequado ou se ferramentas específicas forem retificadas. Ajustando rotação, avanço e raio de ponta, a ferramenta de mandrilar trabalha qualquer diâmetro com o acabamento necessário. Barras de mandrilar microajustáveis permitem furos de precisão.

Retidão

O furo inicial (perfurado ou de fundição) pode ser endireitado pelo mandrilamento. Brocas longas tendem a desviar-se do centro devido a forças excêntricas, dureza irregular do material ou afiação desigual. Furos de alma em fundições quase nunca são perfeitamente retos. Estes erros são corrigidos ao empurrar a ferramenta de mandrilar diretamente sobre o percurso com o avanço do carro.

Concentricidade

O mandrilamento torna o furo concêntrico com o diâmetro externo, superando os limites de precisão do dispositivo de fixação. Para a melhor concentricidade, o torneamento do diâmetro externo e o mandrilamento do interno devem ser realizados numa única montagem, sem reposicionar a peça entre operações.

O mandrilamento também abrange fundamentos de torneamento mencionados em diversas fontes de fabricação. Existem, porém, limitações a considerar para obter alta taxa de remoção de material combinada com precisão adequada, acabamento superficial e vida da ferramenta. As limitações que diferenciam o torneamento interno do externo serão abordadas em maior profundidade. Uma ferramenta padrão costuma ser suficiente para mandrilar.

As operações de mandrilamento assemelham-se a várias operações de torneamento externo. No torneamento externo, o comprimento da peça não afeta a projeção da ferramenta e a altura do porta-ferramenta pode ser escolhida para suportar as tensões do processo. No torneamento interno ou mandrilamento, a escolha da ferramenta é fortemente limitada pelo diâmetro e comprimento do furo da peça.

Um conceito básico de toda usinagem é minimizar a projeção da ferramenta para obter máxima estabilidade e precisão. A projeção determina o diâmetro do furo no mandrilamento. A estabilidade melhora com maior diâmetro da ferramenta, mas as possibilidades permanecem limitadas pelo espaço permitido pelo diâmetro do furo na peça, que deve acomodar a evacuação de cavacos e movimentos radiais.

Máquinas de Mandrilar e Fresar para Oficinas

As fragilidades em termos de estabilidade no mandrilamento exigem cuidado extra no planeamento e preparação. É possível manter estabilidade, desvio e vibração ao mínimo compreendendo como as forças de corte são influenciadas pela geometria da ferramenta e pelos parâmetros de corte selecionados, bem como como diferentes tipos de barras de mandrilar e fixação da ferramenta influenciam estabilidade, desvio e vibração.

As forças de corte — força tangencial e força radial — empurram a ferramenta para longe da peça no momento do engate, causando desvio. A força tangencial tende a forçar a ferramenta para baixo e para longe da linha central. O ângulo de folga também diminui devido à flexão do diâmetro interno do furo. É especialmente crítico, no caso de furos de pequeno diâmetro, que o ângulo de folga do inserto seja adequado para evitar interferência entre a ferramenta e a parede do furo.