Durante o processo de usinagem, muitas peças semelhantes a eixos têm uma relação comprimento/diâmetro (L/d) superior a 25.
Sob os efeitos combinados de forças de corte, gravidade e forças de fixação da ponta, um eixo longo e fino orientado horizontalmente está sujeito a flexão ou mesmo instabilidade.
Portanto, ao girar tais eixos, é necessário melhorar sua distribuição de tensões.
Método de usinagem: O torneamento com avanço reverso é empregado junto com uma série de medidas eficazes, como a seleção da geometria apropriada da ferramenta, parâmetros de corte, dispositivos de fixação e uso de um apoio estável para apoiar o eixo.
1. Análise dos fatores que causam deformação por flexão durante o torneamento de eixos longos e finos
Existem dois métodos principais de fixação tradicionais para tornear eixos longos e finos em um torno: um usa uma ponta e um centro e o outro usa duas pontas.
Aqui, analisamos principalmente o método de fixação de uma ponta e um centro, conforme mostrado na Figura 1.
Através da análise prática de usinagem, as principais razões para a deformação por flexão de eixos longos e finos durante o torneamento são:
(1) Deformação causada por forças de corte
Durante o processo de torneamento, as forças de corte geradas podem ser decompostas em força de corte axial PX, força de corte radial PY e força de corte tangencial PZ. Diferentes forças de corte têm efeitos diferentes na deformação por flexão de eixos longos e finos durante o torneamento.
1）Efeito da força de corte radial PY
A força de corte radial é aplicada perpendicularmente ao plano que passa pelo eixo do eixo longo e fino. Devido à baixa rigidez do eixo longo e fino, a força radial dobrará o eixo, fazendo com que ele se deforme no plano horizontal. O efeito da força de corte radial na deformação por flexão do eixo longo e fino é mostrado na Figura 1.
2）Efeito da força de corte axial PX
A força de corte axial é aplicada paralelamente ao eixo do eixo longo e fino, criando um momento fletor na peça de trabalho. Para processos gerais de torneamento, o efeito da força de corte axial na deformação por flexão da peça não é significativo e pode ser ignorado. Porém, devido à baixa rigidez e estabilidade do eixo longo e fino, quando a força de corte axial excede um determinado valor, o eixo dobrará longitudinalmente e causará deformação. Isso é mostrado na Figura 2.
(2) Efeito do calor de corte
O calor de corte gerado durante a usinagem pode causar deformação térmica e alongamento da peça. Durante o torneamento, o centro do mandril e do contraponto são fixos e a distância entre eles permanece constante.
Como resultado, o alongamento axial do eixo longo e fino é limitado pela distância fixa, levando à compressão axial e à deformação por flexão do eixo quando ele sofre expansão térmica.
Portanto, melhorar a precisão da usinagem de eixos longos e finos é essencialmente uma questão de controlar as forças e a deformação térmica no processo.
2. Medidas para melhorar a precisão da usinagem de eixos longos e finos
Para melhorar a precisão da usinagem de eixos longos e finos, diferentes medidas devem ser tomadas de acordo com as diferentes condições de produção.
(1) Escolha do método de fixação apropriado
Dos dois métodos de fixação tradicionais usados para tornear eixos longos e finos em um torno, o uso de um método de fixação com ponto central duplo garante o posicionamento preciso e a coaxialidade da peça.
No entanto, este método não é adequado para eixos longos e finos com baixa rigidez, alta deformação por flexão e vibração, e é adequado apenas para peças de trabalho com baixas relações comprimento-diâmetro, pequenas tolerâncias de usinagem e altos requisitos de coaxialidade.
Para usinar eixos longos e finos, um método de fixação de uma ponta e um centro é comumente usado.
Porém, se o centro do contraponto for muito apertado, ele pode não apenas dobrar o eixo longo e fino, mas também dificultar seu alongamento térmico durante o torneamento, causando compressão axial e deformação por flexão.
Além disso, a superfície de fixação do mandril e o furo central do cabeçote móvel podem não ser coaxiais, causando sobreposicionamento após a fixação e resultando em deformação por flexão do eixo longo e fino.
Portanto, ao usar o método de fixação de uma ponta e um centro, uma parte superior elástica deve ser usada para permitir que o eixo longo e fino se alongue livremente devido à expansão térmica, reduzindo a deformação por flexão térmica.
Ao mesmo tempo, um anel de fio aberto pode ser inserido entre o mandril e o eixo longo e fino para reduzir o comprimento de contato axial entre eles, eliminar o sobreposicionamento durante a instalação e reduzir a deformação por flexão, conforme mostrado na Figura 3.
(2) Reduzindo diretamente a deformação por tensão de eixos longos e finos
1）Usando um descanso constante e um descanso central
Ao tornear eixos longos e finos usando um método de fixação de uma ponta e um centro, para reduzir a influência da força de corte radial na deformação por flexão, um apoio estável e um apoio central são tradicionalmente usados.
Isto adiciona suporte ao eixo longo e fino, aumentando sua rigidez e reduzindo efetivamente o impacto da força de corte radial.
2）Usando o método de fixação axial para girar eixos longos e finos
Embora o uso de um apoio constante e um apoio central possa aumentar a rigidez da peça de trabalho e eliminar o impacto da força de corte radial, ele não pode resolver o problema da força de corte axial dobrando a peça de trabalho, especialmente para eixos longos e finos com grande comprimento-diâmetro proporções, onde a deformação por flexão é mais óbvia.
Portanto, um método de fixação axial pode ser usado para tornear eixos longos e finos. O torneamento com fixação axial refere-se a um processo no qual uma extremidade do eixo longo e fino é fixada por um mandril e a outra extremidade é fixada por um mandril de pinça especialmente projetado que aplica tensão axial ao eixo, conforme mostrado na Figura 4.
Durante o processo de torneamento, o eixo longo e fino é constantemente submetido à tensão axial, o que resolve o problema da força de corte axial na flexão da peça.
Sob a ação da tensão axial, o grau de deformação por flexão causado pela força de corte radial é reduzido e o alongamento axial causado pelo calor de corte é compensado, melhorando a rigidez e a precisão de usinagem do eixo longo e fino.
3）Usando o método de corte reverso para tornear eixos longos e finos
O método de corte reverso refere-se a um processo no qual a ferramenta de corte avança na direção do contraponto a partir do mandril do fuso durante o processo de torneamento do eixo longo e fino, conforme mostrado na Figura 5.
Desta forma, a força de corte axial gerada durante o processo de usinagem deixa o eixo longo e fino sob tensão, eliminando a deformação por flexão causada pela força de corte axial.
Ao mesmo tempo, o uso de um centro elástico do contraponto pode compensar efetivamente a deformação por compressão e o alongamento térmico da peça de trabalho desde a ferramenta de corte até a extremidade do contraponto, evitando a deformação por flexão da peça de trabalho.
Usando uma abordagem de ferramenta dupla para tornear eixos longos e finos em uma base de torno modificada com um porta-ferramentas traseiro adicionado, ambas as ferramentas de corte dianteira e traseira podem ser usadas simultaneamente, como mostrado na Figura 6.
Duas ferramentas de torneamento são posicionadas radialmente opostas uma à outra, com a ferramenta frontal instalada na orientação correta e a ferramenta traseira instalada ao contrário.
As forças de corte radiais geradas durante o torneamento com as duas ferramentas se anulam, resultando em mínima deformação e vibração da peça e alta precisão de usinagem, tornando-a adequada para produção em lote.
4）O corte magnético é usado para tornear eixos delgados.
O princípio do corte magnético é semelhante ao do corte reverso. Durante o torneamento, o eixo delgado é esticado pela força magnética, reduzindo sua deformação por flexão e melhorando sua precisão de usinagem.
(3) Controle razoavelmente a quantidade de corte.
A seleção da quantidade de corte tem impacto no tamanho das forças de corte e na quantidade de calor de corte gerado durante o processo de corte. Portanto, também afeta a deformação causada ao girar eixos delgados.
1）Profundidade de corte
