A usinagem por brochamento é um processo que evoluiu do aplainamento tradicional para oferecer precisão e um acabamento superficial liso, tudo em um único movimento rápido. Este artigo foi elaborado para ser um guia completo para engenheiros que desejam compreender esse processo.
O que é usinagem por brochamento?
O brochamento pode ser considerado um desenvolvimento adicional do aplainamento. Utiliza uma ferramenta de corte com múltiplos dentes, chamada brocha, para remover sequencialmente finas camadas de metal da superfície da peça a cada dente, alcançando alta precisão e um acabamento superficial fino. Se a força de corte aplicada à ferramenta for compressiva em vez de trativa, o processo é chamado de brochamento por compressão, e a ferramenta é uma brocha de compressão. A máquina-ferramenta para brochamento por tração é conhecida como brochadeira, enquanto o brochamento por compressão é frequentemente realizado em uma prensa hidráulica. Para brochar grandes áreas de superfície, uma brocha progressiva pode ser utilizada para reduzir a força total de brochamento.
Processo de usinagem por brochamento
É necessário um preparo cuidadoso antes do início da operação de brochamento. Um dispositivo de fixação na máquina de brochamento mantém a peça de trabalho firmemente em posição. O alinhamento correto é fundamental para garantir a precisão do produto final.
A seleção da broca adequada é essencial. As brocas variam muito em formato e tamanho, e a escolha correta depende das características geométricas necessárias e do material da peça. A broca é então cuidadosamente guiada através ou transversalmente à peça, removendo material a cada movimento. Esta operação é concluída em uma única passada. O movimento de corte pode ser linear ou rotativo, dependendo do equipamento de brochamento e do tipo de broca utilizada.
Após o processo de brochamento, a peça é minuciosamente inspecionada para garantir que todos os requisitos e tolerâncias dimensionais sejam atendidos. Quaisquer modificações necessárias serão executadas neste momento.
Tipos de usinagem por brochamento
O brochamento é uma operação de usinagem onde a brocha atua como ferramenta de corte. À medida que a brocha se move linearmente em relação à peça, a sobremedida de usinagem é removida sucessivamente pelos dentes de corte de tamanho incremental. Como a forma desejada geralmente é alcançada em um único golpe de trabalho, o brochamento é um método de acabamento altamente eficiente. No entanto, devido à estrutura complexa, ao alto custo de fabricação e à natureza específica da brocha, esse processo é utilizado principalmente para produção em massa.
O brochamento é classificado com base na característica da superfície que está sendo usinada: brochamento interno e brochamento externo.
Brochamento interno
Este método é utilizado para usinar furos passantes e características internas de diversas seções transversais, como furos redondos, quadrados, poligonais e estriados, chavetas e engrenagens internas. Um furo piloto pré-usinado é necessário para a inserção da broca. O diâmetro típico do furo varia de 8 a 125 mm, com a profundidade geralmente não excedendo cinco vezes o diâmetro. Em casos especiais, o diâmetro pode variar de 3 a 300 mm, com profundidades de até 10 mm.
Brochamento externo
Este processo é utilizado para usinar superfícies não fechadas, como superfícies planas, superfícies com contornos, ranhuras, encaixes em cauda de andorinha, raízes de pás de turbina e engrenagens externas. É particularmente adequado para a produção em larga escala de grandes superfícies planas e superfícies com contornos complexos. As superfícies brochadas podem atingir precisão dimensional com tolerâncias de IT8 a IT6 e rugosidade superficial de 2.5 a 0.04 μm.
Os tipos de sobremedida de usinagem da peça incluem:
Conformação. Obtém alta precisão e baixa rugosidade superficial, mas tem menor eficiência. Requer uma broca mais longa e é usada principalmente para furos redondos de pequeno a médio porte e superfícies contornadas de alta precisão.
Broca de cisalhamento/progressiva. Adequada para brochamento de desbaste de peças complexas, como furos quadrados, poligonais e estriados. As brocas são mais fáceis de fabricar, mas a qualidade da superfície resultante é inferior.
Corte em anel/sobreposição. Apresenta alta eficiência de corte, o que reduz o comprimento da broca, mas resulta em baixa qualidade de superfície. É utilizado principalmente para furos maiores com amplas tolerâncias de usinagem e menores requisitos de precisão.
Anel integrado. Utiliza o método de corte por contorno para desbaste e o método de corte por forma para acabamento, combinando as vantagens de ambos. É amplamente aplicado na brochagem de furos circulares.
Vantagens da usinagem por brochamento
Alta produtividade. Embora a velocidade de corte na brochagem seja geralmente baixa, a natureza multidentada da broca garante que muitos dentes e uma longa aresta de corte sejam engatados simultaneamente. Além disso, toda a operação, como desbaste, semiacabamento e acabamento, é concluída em uma única passada, reduzindo significativamente o tempo do processo básico e o tempo auxiliar.
Alta precisão e acabamento superficial fino. A broca inclui uma seção de calibragem que ajusta a dimensão e suaviza a superfície. Esses dentes de calibragem exercem uma carga de corte mínima, removendo apenas a capacidade de recuperação elástica do material. A baixa e estável velocidade de corte também ajuda a evitar a formação de rebarbas.
Estrutura e operação simples da máquina. O brochamento envolve um único movimento primário, o deslocamento linear da broca. O movimento de avanço é incorporado à ferramenta pela diferença incremental de altura entre dentes adjacentes, conhecida como elevação por dente.
Desvantagens da usinagem por brochamento
Alto custo de ferramentas de brochamento. Devido à estrutura complexa, formato e aos altos requisitos de precisão/qualidade de superfície, as brochas têm um alto custo de fabricação. No entanto, a baixa velocidade de corte resulta em desgaste lento da ferramenta e longa vida útil; uma única brocha pode ser afiada várias vezes e processar milhares de peças por afiação. O alto volume de produção resulta em um baixo custo de ferramenta por peça.
Não é possível corrigir erros de posicionamento. O brochamento não corrige erros de posicionamento, como o desalinhamento do eixo do furo pré-usinado.
Limitação da produção em pequenos lotes. O alto custo e o longo prazo de entrega para a fabricação de brochas tornam o processo antieconômico para produção em pequenos lotes, exigindo uma análise cuidadosa dos custos e do prazo de entrega.
Limitações da usinagem de furos cegos. O aumento progressivo do tamanho dos dentes da broca exige um certo comprimento para atingir a forma final, e a ferramenta deve atravessar completamente a peça. Portanto, não é adequada para a usinagem de furos cegos. Brocas de ranhurar ou brochas de empuxo são normalmente usadas para furos cegos.
Aplicações da usinagem de brochagem
Embora uma broca interna seja uma ferramenta de tamanho fixo dedicada a uma dimensão e forma de superfície interna específica, diferentes brocas internas podem processar várias geometrias de furos passantes, incluindo furos redondos, quadrados, poligonais e estriados, bem como engrenagens internas. Elas também são usadas para várias formas de ranhuras, como chavetas, ranhuras em T, ranhuras em cauda de andorinha e ranhuras em forma de árvore de Natal em discos de turbina. O brochamento externo pode usinar superfícies planas, superfícies contornadas, engrenagens externas e formas de raiz de pás.
O furo pré-usinado não exige um acabamento preciso e a peça não necessita de fixação complexa; ela é suportada apenas pela sua face final. Isso implica um requisito de perpendicularidade entre o eixo original do furo e a face final. Se o eixo do furo não for perpendicular à face final, a face final da peça deve ser apoiada em uma arruela esférica. Sob a força de brochamento, a peça e a arruela podem girar ligeiramente, ajustando automaticamente o eixo do furo para alinhá-lo com o eixo da broca.
O brochamento é aplicável principalmente a produção em lotes e em massaSendo especialmente adequada para usinagem de perfis grandes e complexos em altos volumes, como blocos de cilindros de motores. No entanto, também é utilizada na produção de peças únicas ou em pequenos lotes para certas superfícies de alta precisão e formatos especiais, difíceis de usinar por outros métodos.
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Considerações para usinagem por brochamento
Dureza Material
A dureza ideal do material para brochamento geralmente varia de 170 a 240 HB. Materiais mais duros geralmente proporcionam melhor qualidade de superfície do que materiais mais macios, pois estes tendem a aderir às arestas de corte da brocha, causando arranhões. Por outro lado, materiais excessivamente duros levam ao desgaste rápido da brocha e à redução de sua vida útil.
Orifício piloto
O tamanho e a qualidade do furo piloto para uma broca cilíndrica impactam significativamente a qualidade da superfície processada, a vida útil da ferramenta e a precisão. Portanto, o furo piloto deve ser usinado corretamente:
Perpendicularidade: O furo piloto deve ser perpendicular à face de referência de montagem. A não perpendicularidade pode levar ao empenamento da broca e à impossibilidade de alcançar alta precisão e qualidade superficial.
Dimensionamento: Se o furo piloto for muito pequeno ou torto, a ponta piloto frontal da broca não conseguirá entrar. Se o furo for muito grande, a broca poderá entrar em contato de forma excêntrica em um dos lados.
Contaminantes: A presença de rebarbas soltas ou outros materiais estranhos duros no furo piloto é um fator que reduz a vida útil da broca.
velocidade de corte
A velocidade de corte afeta a qualidade da superfície processada, a precisão da usinagem e a vida útil da broca. É crucial selecionar a velocidade com base na usinabilidade do material. A velocidade de brochamento geralmente varia de 2 a 8 m/min.
Espessura da parede
A espessura da parede da peça influencia sutilmente a precisão do processamento do diâmetro e da circularidade do furo. Durante o brochamento, a peça é submetida a uma força radial, causando expansão devido à deformação elástica e plástica. Após o corte, a recuperação elástica restaura em grande parte a forma original. Se a deformação durante a usinagem for excessiva, alguma deformação plástica permanecerá, o que significa que a recuperação elástica varia consideravelmente com a espessura da parede da peça.
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