Furação e Escareamento- Aula 7
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FURAÇÃO E ESCAREAMENTO
Prof. Fernando 1
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•
Processo de usinagem onde movimento de corteé principal rotativo, e o movimento de avanço éna direção do eixo
•
Furadeira a arco egípcia de 1.000 A.C.Prof. Fernando 2
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Generalidades
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Processo mecânico destinado à
obtenção de um furo, geralmentecilíndrico, com auxílio
de uma ferramenta multicortante.
Furação representa 40 % de todas asoperações de usinagem
O que é Furação?
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O processo de furação é usado fim de prover meios deelementos de fixação, muitas vezes de importânciasecundária, ou pré-furos para acabamento através de
outros processos (alargamento, brochamento).Na furação devemos observar os seguintesfatores:-Diâmetro do furo-Profundidade do furo-Tolerâncias de forma e de medidas- Volume de produção
na a e aFuração
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peraç es eFuração
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Furadeiras
• São máquinas utilizadas na produção de furoscirculares.
• A usinagem acontece numa certa velocidade de corte
da ferramenta (broca) e o seu avança sob pressãolongitudinal.
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Cinemática do Processo
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Constituintes de brocashelicoidais
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Tipos de Furadeiras
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Tipos de Furadeiras
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Furações
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Furações
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Broca de centro Broca calçada
Tipos de Brocas
Brocas com dentespostiços
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Tipos de Brocas
Brocas canhão
Brocas múltiplasProf. Fernando 15
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Tipos de Brocas
Brocas com furos pararefrigeração
Broca anular ou“serra-copo”
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Variações do processo defuração com brocas
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Partes da brocaPode ser dividida em 3 partes:
Corpo – parte da broca que contém os canais helicoidais
Ponta – onde se localizam as arestas principais e transversal de corte;
Haste – onde é feita a fixação da ferramenta. De acordo com o mecanismo defixação pode ser:
Cilíndrica – para montagem em mandril;
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Geometria das brocas· Haste;
· Diâmetro (D) – medido entre as guias da broca;
· Núcleo – parte central da broca. Confere a rigideznecessária.
· Guias – “ressaltos” observados na superfícieexterna da broca. Têm as funções de
guiar a ferramenta e reduzir o atrito desta com ofuro.
· Canais helicoidais – superfícies de saída daferramenta. Ângulo de hélice na
periferia da broca coincide com o ângulo de saída.
Arestas de corte – as arestas principais seencontram em uma região que forma a aresta
transversal de corte. Prof. Fernando 19
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Principais Ângulos emFuração
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Principais Ângulos em Furação• Ângulo de ponta (σ ) – ângulo entre as arestas principais de
corte. Normalmente igual a 118°, ou 140° para materiaismoles.
• Ângulo de folga (α f ) – medido no plano de trabalho, varia
usualmente entre 12 e 15°.• Ângulo da aresta transversal (ψ ) – ângulo observado entre
as aresta principal de corte e a aresta transversal. Para osvalores dados de α f , varia entre 45 e 55°
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Principais Ângulos em Furação
• Ângulo de saída (ϒ f ) varia desde um valor igualao ângulo de hélice na periferia até valoresnegativos no centro da broca.
• Ângulo de folga (α fe)diminui da periferia para ocentro (pois o ângulo da direção efetiva η aumenta na direção do centro). Também o
avanço causa o aumento de η.
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Ângulo de Hélice• O ângulo de hélice (λ) é o ângulo da helicoide formada pelos canais da broca.
• A norma DIN 1836 classifica três tipos de brocas quanto ao ângulo de hélice:
Tipo N (normal) para furação de aços ligados e não ligados, ferro fundido cinzentoe maleável, níquel e ligas de alumínio de cavacos curtos. Ângulos λ de 18 a 30°;
Tipo H (para materiais duros) ferro fundido com dureza superior a 240 HB; latão,ligas de magnésio. Ângulos λ de 10 a 15°;
Tipo W (para materiais dúcteis) para cobre, alumínio e suas ligas de cavacoslongos, ligas de zinco. Ângulos λ de 35 a 45°.
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Afiações especiais de brocashelicoidais
● A: duplo tronco de cone com redução do gume transversal melhora a capacidade decentralização da broca, reduz a força de avanço (redução do gume transversal)
● B: duplo tronco de cone com redução do gume transversal e ângulo de saídacorrigido - possibilidade de adaptar o ângulo de saída para aplicações específicas
● C: duplo tronco de cone com afiação em cruz sobre o gume transversal eliminandocompletamente o gume transversal – interessante particularmente para furaçõesprofundas
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Afiações especiais de brocashelicoidais
● D: duplo tronco de cone com redução de cone transversal e quina chanfrada- usinagem de ferro fundido cinzento
● E: ângulo de ponta de 180º com ponta de centragem - furação centrada,furos circulares sem rebarbas, furação de chapas.
● F: Afiação com quatro faces: apesar não ser normalizada, é muito utilizadapara brocas com diâmetro inferior a 1,5 mm ou em brocas de metal duro, umavez que aqui a afiação com duplo tronco de cone é bastante difícil
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Furação com brocashelicoidais
● Processo de maior importância - 20 a 25% dototal de aplicações dos processos de usinagem;
● A broca helicoidal é a ferramenta mais
fabricada e mais difundida para usinagem;● Existem aproximadamente 150 formas deafiações e uma série de perfis específicos;
● Utilização em furos curtos ou profundos;● Utilização na furação em cheios ou com pré-furo;
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F i d
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Formas construtivas debrocas em função do
material
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ov men os emFuração
Vc – Velocidade de corte
V ƒ – Velocidade de avanço
tc – tempo de corte
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F M t
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Forças e Momentos nafuração
Os esforços verificados em furação são basicamente 3 :
• Força de Avanço: ocorre na direção axial da ferramenta.
• Força Passiva: ocorre na direção do raio da ferramenta. As componentesobservadas nas 2 arestas de corte anulam-se devido à simetria da ferramenta.
• Momento Torçor: tangencial a ferramenta, ocorre devido à rotação da broca.
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Particularidades do processo
● A velocidade de corte vai de um valor máximo naperiferia da broca até o valor zero no seu centro;
● Dificuldade no transporte dos cavacos para fora
da região do corte;● Distribuição não adequada de calor na região docorte;
● Desgaste acentuado nas quinas com canto vivo;● Atrito das guias nas paredes do furo;
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Forças em brocas helicoidais
● Força de corte (Fc) - essa corresponde à parcelada força de corte ( Fci ) que atua em cada um dos
gumes cortantes e é decorrente da resistência aocorte do material usinado, tendo grandeinfluência sobre o momento torçor que atua na
furação
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Forças em brocas helicoidais
● Força de corte por gume
Onde:
• Fc = Força de corte [N]
• kc = Força específica de corte [N/mm2]
•
f = Avanço [mm]• d = Diâmetro da broca [mm]
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Forças em brocas helicoidais
● Força de avanço (Ff )
Onde:
• Ff = Força de avanço [N]
• kf = Força específica de avanço [N/mm2]
•
f = Avanço [mm]• d = Diâmetro da broca [mm]
• σ = Ângulo de ponta da ferramenta [graus]Prof. Fernando 33
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Momentos nas brocashelicoidais
● Momento torçor (Mt)- resultado das forçasatuantes nos gumes principais da ferramenta sãoresponsáveis pelo momento torçor,contribuindoentre 70 e 90% do valor do mesmo
Onde:
• Mt = Momento torçor [N.mm];
• Fc = Força de corte [N];
• Kc = Força específica de corte [N/mm2]• f = Avanço [mm]
• d = Diâmetro da broca [mm]]
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b
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Momentos nas brocashelicoidais
● Momento torçor (Mt)- resultado das forçasatuantes nos gumes principais da ferramenta sãoresponsáveis pelo momento torçor,contribuindoentre 70 e 90% do valor do mesmo
Onde:
• Mt = Momento torçor [N.mm];
• Fc = Força de corte [N];
• Kc = Força específica de corte [N/mm2]• f = Avanço [mm]
• d = Diâmetro da broca [mm]]
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Forças em brocas helicoidais
● Potência de corte (Pc)- é resultante do produtoentre o momento torçor e a velocidade angularda ferramenta
Onde:• Mt = Momento torçor [N.mm];
• Pc = Potência de corte [kW];
• n = rotação [RPM]
• ou para Pc ==> [CV]
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Avanço m ximo
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Avanço m ximoconsiderando a resistência
da brocaTensão resultante da ação de uma força axial (compressão) e ummomento torçor:
Curiosidade
A tensão admissível para aço rápido é 25 Kgf/mm2
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Esforços observadosdurante a furação
a) Resistência do material ao corte, observada nas arestas principais decorte;
b) Resistência do material ao corte e esmagamento na arestatransversal de corte;
c) Resistência devido ao atrito das guias com o furo e do cavaco com asuperfície de saída da broca.
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Fatores que contribuem para qualidade defuros com de brocas helicoidais
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i d i d
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Tipos de cavacos e meios deremoção
Retirada do cavaco produzido é problemática:
• Cavaco em fita é de difícil remoção;
• Cavaco helicoidal ou em lascas são de fácil retirada;
Retirada do cavaco pode ser feita;• Através da retirada periódica da ferramenta (demanda
maior tempo passivo);
• Através do fluido de corte.
• O aumento do avanço facilita a quebra do cavaco.Porém, causa a redução do ângulo de folga efetivo.
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Tipos de rebarbas
•
Podem-se dividir em 3 tipos:a) UNIFORME – pequenas dimensões e altura uniforme ao
redor de toda a periferia do furo
b) COROA – possui altura grande e irregular na periferia dofuro
c) TRANSIÇÃO – este tipo está situado entre o uniforme e acoroa. As fraturas ocorrem quase que simultaneamente
no centro do furo e na periferia deste, portando asrebarbas se formam antes do tipo “coroa” e depois do
tipo “uniforme”.
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Tipos de rebarbas•
Mecanismos de formação de rebarbasa. Uniforme
b. Transição
c. Coroa
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Erros comuns na geometria do furo
● Erros de forma: diâmetro não uniforme● Rebarba: rebarba na entrada ou saída do furo
● Erros de posicionamento: deslocamento do
centro do furo● Erros de circularidade: seção circular distorcida
● Erros de dimensão: diâmetro resultante
diferente da broca
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d
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Erros comuns na geometria dofuro
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Materiais para brocas
Requisitos para materiais de brocas
● Tenacidade
● Resistência a compressão
● Resistência a abrasão
● Resistência térmica
● Resistência ao choque e a fadiga
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Materiais para Brocas
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Materiais para Brocas
Aço-rápido
● Largamente empregado na fabricação debrocas (fácil reprocessamento e bons requisitos
técnicos);
● As ferramentas são temperadas, sofremtratamento superficial (nitretação) e
frequentemente são revestidas;● Ferramentas não integrais;
Prof. Fernando 47
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Materiais para brocas
Metal duro● Homogeneidade, elevadas dureza, resistência àcompressão e ao desgaste à quente;● As velocidades de corte podem ser até 3 vezes maiores
que as utilizadas com ferramentas de aço rápido;● Qualidade do furo - 3 classes IT melhores que os obtidosna usinagem com aço rápido;● Aplicação de ferramentas de metal duro exige máquinascom características de velocidade, potência, refrigeração erigidez adequadas;● Brocas podem ser maciças (maior aceitação) ou cominsertos intercambiáveis – com ou sem revestimento;
Prof. Fernando 48
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Desgaste em Broca Helicoidais
Desgaste de flanco (Vb) - baixa qualidade, imprecisões eaumento do atrito
● Desgaste nas guias - não gera aumento no momento
● Desgaste do gume transversal - arredondamento epossível lascamento das zonas de transição● Desgaste de cratera - remoção de material por abrasãoe difusão
● Gume postiço - adesão do material da peça encruadona ferramenta
● Fratura - fim catastrófico
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E l d d
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Exemplos de desgaste embrocas
(a) lascamento de gume (b) desgase abrasivo
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Exemplo da volução de
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Exemplo da volução dedesgaste
abrasivo em brocashelicoidais
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C ité i d fi d id
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Critério de fim de vida emfuração
Definição: perda do controle sobre os cavacosou iminência de uma quebra rápida
Fatores considerados
● Textura superficial● Exatidão dimensional e geométrica
● Estado da ferramenta
● Formação do cavaco● Vida restante da ferramenta
Prof. Fernando 52
C ité i d fi d id
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Critério de fim de vida emfuração
Critérios de fim de vida utilizados na prática● Tempo de máquina
● Tempo efetivo de corte
● Volume de metal removido● Número de peças usinadas
● Velocidade de corte equivalente
● Comprimento usinado equivalente● Velocidade de corte relativa
Prof. Fernando 53
F t i fl i
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Fatores que influenciam aqualidade e precisão do furo
• •Erros geométricos• •Erros dimensionais• Posicionamento• Circularidade• Forma• Presença de rebarbas• Processo• Peca• •Ferramenta• •Maquina• •Parâmetros• •Rigidez.
Prof. Fernando 54
F t i fl i
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Fatores que influenciam aqualidade e precisão do furo
● Máquinas onde são utilizadas buchas -precisão da broca em relação ao diâmetro ecircularidade, não é tão crítica
● Máquinas de comando numérico / máquinasde precisão – a precisão da broca é crítica
● Brocas padrão podem necessitar de uma novaretificação para operações de precisão
● Retificação inadequada, desbalanceamentodas forças, deflexão na broca, erros nos furos
Prof. Fernando 55
Variações do processo de
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Variações do processo defuração
Rebaixamento
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Rebaixamento
● A usinagem não é feita em material maciço
● Rebaixamento de alargamento de um furocilíndrico;
● Rebaixamento plano, de uma superfície cônicaou de uma superfície perfilada;
● Rebaixamento combinado de uma superfíciecilíndrica e uma superfície de topo;
Prof. Fernando 57
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Rebaixamento
● Automação - uso de ferramentas com funçãoespecífica
● Rebarbação e produção de chanfros -
rebaixadores com ângulos de ponta
● Rebaixamento lateral e de topo - rebaixadorescom guias
● Rebaixamento de alargamento - rebaixador detrês gumes helicoidal
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Velocidade de Corte
• É a velocidade instantânea do movimentoprincipal do gume em relação à peça.
• É importante não confundir velocidade de
corte com rotação da peça ou da ferramenta.• A velocidade de corte é a velocidade
tangencial do gume da ferramenta em relaçãoà peça e é expressa normalmente em m/min.
• A rotação da peça ou ferramenta é umavelocidade angular, expressa em rpm.
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Velocidade de Corte
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Rotação
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Tabela de Velocidade de Corte
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Processo de Furação Profunda
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Furação profunda
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Furação profundaHistórico
Aplicações iniciais = Equipamentos bélicos
Aplicações atuais
● Indústria de autopeças
● Aplicações nucleares
● Indústria de motores
● Setor agrícola● Equipamentos médicos
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Escareamento-Escareadores
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Escareadores
• Os escareadores pertence ao grupo deelementos de furar;
• Podem ter dois ou mais gumes;
• São utilizados em:
Rebarbar(eliminar as quinas vivas);
Embutir (cabeças de rebites ou parafusos);
Prof. Fernando 69
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Escareadores
• São fabricados com diferentes ângulos:
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Plaina
• Introdução
• Você já pensou se tivesse que limarmanualmente uma carcaça de um motor de
navio?
Prof. Fernando 71
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O que é aplainamento?
• Para "limar" aquela carcaça de motor de navio não énecessário gastar esforço físico. Basta uma máquina querealiza um grupo de operações chamado de aplainamento.
• Aplainamento é uma operação de usinagem feita commáquinas chamadas plainas e que consiste em obtersuperfícies planas, em posição horizontal, vertical ouinclinada. As operações de aplainamento são realizadas com o
emprego de ferramentas que têm apenas uma aresta cortanteque retira o metal excedente com movimento linear.
Prof. Fernando 72
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Aplainamento
• O aplainamento é uma operação de desbaste.Por isso, e dependendo do tipo de peça queestá sendo fabricada, pode ser necessário o
uso de outras máquinas para a realizaçãoposterior de operações de acabamento quedão maior exatidão às medidas.
Prof. Fernando 73
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• Nas operações de aplainamento, o corte éfeito em um único sentido. O curso de retornoda ferramenta é um tempo perdido.
• Assim, esse processo é mais lento do que ofresamento, por exemplo, que cortacontinuamente.
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Prof. Fernando 75
Equipamentos do
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Equipamentos doaplainamento
As operações de aplainamento são sempre realizadas commáquinas. Elas são de dois tipos:a) Plaina limadora, que, por sua vez, pode ser: vertical ouhorizontal.b) Plaina de mesa.A plaina limadora apresenta movimento retilíneo alternativo(vaivém ) que move a ferramenta sobre a superfície plana dapeça retirando o material. Isso significa que o ciclo completodivide-se em duas partes: em uma (avanço da ferramenta)
realiza-se o corte; na outra (recuo da ferramenta), não hátrabalho, ou seja, é um tempo perdido.
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• A plaina de mesa executa os mesmostrabalhos que as plainas Iimadoras podendotambém ser adaptada até para fresamento e
retificação. A diferença entre as duas é que,na plaina de mesa, é a peça que faz omovimento de vaivém. A ferramenta, por sua
vez, faz um movimento transversalcorrespondente ao passo do avanço.
Prof. Fernando 78
d l
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Etapas do aplainamento
• O aplainamento pode ser executado por meiode várias operações. Elas são:
1. Aplainar horizontalmente superfície plana e
superfície paralela: produz superfícies dereferência que permitem obter facesperpendiculares e paralelas.
Prof. Fernando 79
d l
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Etapas de Aplainamento
2. Aplainar superfície plana em ângulo: oângulo é obtido pela ação de uma ferramentasubmetida a dois movimentos: um alternativo
ou vaivém (de corte) e outro de avanço manualno cabeçote porta-ferramenta.
Prof. Fernando 80
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Etapas de Aplainamento
3. Aplainar verticalmente superfície plana combina dois movimentos: umlongitudinal (da ferramenta) e outrovertical (da ferramenta ou dapeça).Produz superfícies de referência esuperfícies perpendiculares de peças de
grande comprimento como guias demesas de máquinas.
4. Aplainar estrias: produz sulcos, iguaisequidistantes sobre uma superfícieplana, por meio da penetração de uma
ferramenta de perfil adequado. As estriaspodem ser paralelas ou cruzadas e estão
presentes em mordentes de morsas de
bancada ou grampos de fixação.
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Etapas de Aplainamento
5. Aplainar rasgos: produz sulcos por meio demovimentos longitudinais (de corte) e verticaisalternados (de avanço da ferramenta) de uma
ferramenta especial chamada de bedame.
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Essas operações podem ser realizadas
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Essas operações podem ser realizadasobedecendo à seguinte sequência de etapas:
1. Fixação da peça - ao montar a peça, énecessário certificar se de que não há na mesa,na morsa ou na peça restos de cavacos, porque
a presença destes impediria a correta fixação dapeça. Nesse caso, limpam-se todas assuperfícies. Para obter superfícies paralelas
usam-se cunhas. O alinhamento deve serverificado com um riscador ou relógiocomparador.
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2. Fixação da ferramenta - a ferramenta é presano porta ferramenta por meio de um parafusode aperto. A distância entre a ponta da
ferramenta e a ponta do porta-ferramentas deveser a menor possível a fim de evitar esforço deflexão e vibrações.
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3. Preparação da máquina - que envolve as seguintesregulagens:
a) Altura da mesa - deve ser regulada de modo que a ponta daferramenta fique a aproximadamente 5mm acima da superfície aser aplainada.
b) Regulagem do curso da ferramenta - deve ser feita de modoque ao fim de cada passagem, ela avance 20 mm além da peça e,antes de iniciar nova passagem, recue até 10 mm.
• c) Regulagem do número de golpes por minuto - isso écalculado mediante o uso da fórmula: gpm =Vc.1000/2.c
d) Regulagem do avanço automático da mesa.
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4. Execução da referência inicial do primeiro passe(também chamada de tangenciamente) - lsso éfeito descendo a ferramenta até encostar na peça e
acionando a plaina para que se faça um risco dereferência.
5. Zeramento do anel graduado do porta-ferramentas e estabelecimento da profundidade decorte.
6. Acionamento da plaina e execução da operação.
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Exercício 1
• Qual a rotação mínima e máxima necessáriapara abrir um furo de diâmetro 15mm emuma barra de ferro fundido nodular com uma
broca de aço rápido.
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Exercício 2
• Qual a rotação mínima e máxima necessáriapara abrir um furo de diâmetro 15mm emuma barra de ferro fundido nodular (ou mole)
com uma broca de metal duro semtratamento.
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Exercício 2
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Resposta
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Resposta
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• Responda às seguintes perguntas:a) O que é aplainamento?
b) O que caracteriza o corte na plaina?
c) Por que o aplainamento é considerado umprocesso de usinagem mais econômico que osoutros?
d) Com quais materiais são fabricadas asferramentas para aplainar?
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Exercício 4Ordene a sequência de etapas do aplainamentonumerando de 1 a 6 as seguintes frases.a. ( ) Zeramento do anel graduado.
b. ( ) Preparação da máquina.c. ( ) Acionamento da máquina.d. ( ) Fixação da peça.
e. ( ) Execução da referência inicial (outangenciamente).f. ( ) Fixação da ferramenta.
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Assinale com X a alternativa correta para as questões abaixo:
1. Para rebaixos cônicos e parafusos de cabeça escareada com fenda utilizamos:1. ( ) broca de centrar
2. ( ) broca helicoidal
3. ( ) escareador
4. ( ) rebaixador
2. Para fazer o alojamento para o parafusos tipo AIIen com cabeça cilíndrica sextavada,utilizamos:
a) escareador cônico com guia.
b) escareador cilíndrico.
c) rebaixador cilíndrico com guia.
d) escareador cônico sem guia,
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Referências
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Referências
• STOETERAU, L. Rodrigo. Processos de Usinagem – Aula 09 Processo defuração. – . Disponível em. Acesso em: 23 de outubro de 2012.