Perfuração
Vários processos de corte de perfuração, alargamento ou escareamento são feitos usando diferentes tipos de brocas.
A perfuração é um processo de corte que produz furos usando brocas helicoidais, brocas planas ou brocas centrais em materiais sólidos para criar furos passantes ou furos cegos.
O alargamento aumenta o diâmetro de um furo pré-existente em uma peça de trabalho usando uma broca escareadora.
O rebaixamento é realizado usando uma broca de rebaixamento em uma extremidade do furo pré-existente para produzir rebaixos, furos cônicos, planos parciais ou formas esféricas, que são usados para instalar fixadores.
Durante o processo de perfuração, uma broca helicoidal possui duas arestas de corte primárias e uma aresta transversal, comumente referida como “uma ponta (centro da broca) e três lâminas”, que participam do corte.
A broca helicoidal funciona em um estado semifechado, onde a borda transversal é fortemente comprimida e a remoção de cavacos é difícil. Portanto, as condições de processamento são mais complexas e desafiadoras do que o torneamento ou outros métodos de corte, resultando em menor precisão de processamento e superfícies mais ásperas.
A precisão da perfuração de materiais de aço é geralmente IT13-10, com rugosidade superficial de Ra20-1,25μm, enquanto a precisão do alargamento pode chegar a IT10-9, com rugosidade superficial de Ra10-0,63μm.
A qualidade e a eficiência do processo de perfuração dependem em grande parte do formato da aresta de corte da broca.
Na produção, a forma e o ângulo da aresta de corte de uma broca helicoidal são frequentemente alterados por afiação para reduzir a resistência ao corte e melhorar o desempenho da perfuração. A broca do grupo da China é um exemplo de broca helicoidal produzida usando esse método.
Quando a relação entre a profundidade (l) e o diâmetro (d) de um furo perfurado é maior que seis, geralmente é considerado furação profunda. A broca usada para perfuração profunda é delgada e tem baixa rigidez. Durante a perfuração, a broca está sujeita a desvios e atrito com a parede do furo, dificultando o resfriamento e a remoção de cavacos.
Portanto, quando a relação l/d é superior a 20, é necessária uma broca de furo profundo especialmente projetada e um fluido de corte com uma determinada vazão e pressão é usado para resfriamento e lavagem de cavacos para obter resultados de perfuração de alta qualidade com alta eficiência. .
A parte cortante da broca plana tem formato de pá e sua estrutura é simples e com baixo custo de fabricação. O fluido de corte pode ser facilmente introduzido no furo, mas seu desempenho de corte e remoção de cavacos é ruim. As brocas planas podem ser divididas em dois tipos: integrais e montadas.
O tipo integral é usado principalmente para fazer microfuros com diâmetro de 0,03 mm a 0,5 mm. As brocas planas montadas possuem lâminas substituíveis e podem ser resfriadas internamente. Eles são usados principalmente para fazer furos grandes com diâmetro de 25 mm a 500 mm.
Brocas profundas geralmente se referem a ferramentas que têm uma relação profundidade-diâmetro do furo maior que 6. Brocas profundas comumente usadas incluem brocas canhão, brocas profundas BTA, brocas a jato, brocas profundas DF, etc. usado para processamento de furos profundos.
Os alargadores têm de 3 a 4 dentes e são mais rígidos que as brocas helicoidais. Eles são usados para ampliar furos existentes e melhorar a precisão e suavidade do processamento.
As brocas escareadas têm vários dentes e são usadas para moldar a extremidade dos furos, como furos escareados para vários tipos de parafusos escareados ou para nivelar a superfície da extremidade externa dos furos.
As brocas centrais são usadas para fazer furos centrais em peças do tipo eixo. Essencialmente, elas são compostas por brocas helicoidais e brocas rebaixadas com ângulos de hélice muito pequenos e também são chamadas de brocas centrais compostas.
A aplicação da broca parabólica na usinagem de furos profundos
Quando o pessoal de processamento mecânico escolhe uma broca para uma tarefa específica de processamento de furo, a profundidade do furo processado precisa ser considerada primeiro. Quanto mais profundo for o furo processado, mais cavacos precisarão ser descarregados durante o processo de usinagem.
Se os cavacos gerados durante o processamento não puderem ser descarregados de maneira oportuna e eficaz, isso poderá bloquear a ranhura de remoção de cavacos da broca, atrasando assim o processo de usinagem e, em última análise, afetando a qualidade do processamento do furo.
Portanto, a remoção eficaz de cavacos é um fator chave para concluir com êxito a tarefa de processamento de furos de qualquer material.
A relação comprimento-diâmetro das brocas
Quando o pessoal de processamento escolhe o tipo de broca mais adequado para uma tarefa específica de processamento de furo, ele precisa calcular a relação comprimento/diâmetro da broca.
A relação comprimento-diâmetro é a relação entre a profundidade do furo processado e o diâmetro da broca. Por exemplo, se o diâmetro da broca for 12,7 mm e a profundidade do furo a ser usinado for 38,1 mm, então sua relação comprimento/diâmetro será de 3:1.
Quando a relação comprimento-diâmetro é de cerca de 4:1 ou menos, a maioria das brocas helicoidais padrão podem descarregar suavemente os cavacos cortados pela ponta da broca.
No entanto, quando a relação comprimento-diâmetro excede a faixa acima, são necessárias brocas de furo profundo especialmente projetadas para obter uma usinagem eficaz.
Uma vez que a relação comprimento/diâmetro do furo processado excede 4:1, é difícil para as brocas helicoidais padrão retirar os cavacos da área de corte e descarregá-los para fora do furo. Os cavacos bloquearão rapidamente a ranhura de remoção de cavacos da broca.
Neste ponto, é necessário interromper a perfuração, retirar a broca do furo, retirar os cavacos da ranhura de remoção de cavacos e então retomar a perfuração para continuar o corte.
A operação acima precisa ser repetida várias vezes para atingir a profundidade necessária do furo. Este método de perfuração é geralmente chamado de “perfuração profunda”. Usar a “perfuração profunda” para usinar furos profundos reduzirá a vida útil da ferramenta, reduzirá a eficiência da usinagem e afetará a qualidade do furo processado.
Cada vez que a broca é retraída do furo para limpar os cavacos e reinserida no furo, ela pode se desviar da linha central do furo, fazendo com que o diâmetro do furo aumente além da faixa de tolerância de tamanho especificada.
A fim de resolver o problema da usinagem de furos profundos, os fabricantes de brocas desenvolveram dois novos tipos de brocas para usinagem de furos profundos nos últimos anos – brocas parabólicas comuns e brocas parabólicas de lâmina larga.
Broca parabólica comum
A ranhura para remoção de cavacos de uma broca parabólica tem formato parabólico e é usada especificamente para perfuração contínua de furos profundos com uma relação comprimento/diâmetro de até 15:1 e dureza do material não superior a 25-26 HRC (incluindo aço de baixo carbono, diversas ligas de alumínio, ligas de cobre, etc.).
Por exemplo, uma broca parabólica com diâmetro de 12,7 mm pode usinar com sucesso uma profundidade de furo de até 190 mm.
Devido ao seu grande espaço de remoção de cavacos, uma broca parabólica comum pode descarregar rapidamente os cavacos na aresta de corte, permitindo que mais fluido de corte entre na área de corte, reduzindo significativamente a possibilidade de fricção de corte e soldagem de cavacos.
Além disso, também reduz o consumo de energia, a carga de torque e o impacto de corte durante a usinagem.
O ângulo de hélice de uma broca parabólica é de 36°-38°, que é maior que o ângulo de hélice de uma broca helicoidal padrão (28°-30°). O ângulo da hélice pode indicar o grau de “torção” da broca, e quanto maior o ângulo da hélice, mais rápida será a velocidade da broca e da remoção de cavacos.
Outra característica das brocas parabólicas comuns adequadas para usinagem de furos profundos é que o núcleo da broca é mais espesso (o núcleo da broca refere-se à parte central da broca que não foi retificada após a formação da ranhura para remoção de cavacos).
O núcleo de uma broca helicoidal padrão é responsável por cerca de 20% de toda a broca acabada, enquanto o núcleo de uma broca parabólica pode representar cerca de 40% de toda a broca.
Na perfuração profunda, um núcleo de broca mais espesso pode aumentar a rigidez da broca e melhorar a estabilidade do processo de perfuração. A ponta da broca parabólica possui uma ranhura, portanto, um diâmetro de núcleo de broca maior pode ser usado. Além disso, pode evitar que a broca se desloque durante a fase inicial de perfuração.
As brocas parabólicas são feitas de aço rápido e podem receber revestimento superficial para melhorar seu desempenho de corte.
Broca parabólica de lâmina larga
Para atender às necessidades de furação profunda de materiais difíceis de usinar (como materiais endurecidos trabalhados a frio), alguns fabricantes de ferramentas desenvolveram brocas parabólicas de lâmina larga.
Muitas características deste tipo de broca são semelhantes às das brocas parabólicas comuns, como um ângulo de hélice maior (36°-38°) para fácil remoção de cavacos e um núcleo de broca mais espesso para melhor rigidez e estabilidade durante a usinagem de furos profundos.
A diferença entre ela e as brocas parabólicas comuns está no formato da ranhura para remoção de cavacos e na borda da lâmina. A borda da lâmina da broca parabólica de lâmina larga faz uma transição suave para a ranhura de remoção de cavacos, tornando a ponta da broca mais forte e rígida. Ao mesmo tempo, os cavacos podem ser descarregados suavemente através da ranhura de remoção de cavacos.
Na furação profunda, a alta temperatura causada pelo atrito pode causar leve amolecimento ou recozimento da aresta de corte da broca, o que acelera seu desgaste. A capacidade da ponta da broca de manter a dureza durante o processamento pode ser expressa como “dureza vermelha”.
As brocas parabólicas de lâmina larga são geralmente feitas de aço rápido e materiais de aço rápido cobalto. Devido à maior dureza vermelha do aço rápido cobalto, a vida útil da ferramenta é maior e a resistência ao desgaste é maior.
Revestimentos de superfície de broca
Os seguintes revestimentos de superfície são comumente usados para brocas parabólicas comuns e brocas parabólicas de lâmina larga:
① Revestimento de nitreto de titânio (TiN): Este revestimento pode melhorar significativamente a vida útil das brocas e a qualidade dos furos processados. Em comparação com as brocas não revestidas, as brocas revestidas com TiN são mais adequadas para perfuração em alta velocidade de vários materiais (especialmente várias peças de aço).
② Revestimento de carbonitreto de titânio (TiCN): Na temperatura de corte apropriada, as brocas revestidas com TiCN têm maior dureza, maior tenacidade e melhor resistência ao desgaste do que as brocas revestidas com TiN. Eles também são adequados para perfuração em alta velocidade de vários materiais (especialmente peças de aço).
No entanto, eles devem ser usados com cautela ao processar materiais metálicos não ferrosos porque o revestimento TiCN tem alta afinidade química com metais não ferrosos e é propenso ao desgaste.
③ Revestimento de nitreto de alumínio e titânio (TiAlN): Este revestimento pode melhorar a vida útil das brocas, especialmente em ambientes de corte de alta temperatura. Semelhante ao revestimento TiCN, o revestimento TiAlN não é muito adequado para o processamento de materiais metálicos não ferrosos.
Otimização dos parâmetros de perfuração
Na usinagem de furos profundos, para maximizar o desempenho de corte da broca, a velocidade de perfuração e a taxa de avanço devem ser otimizadas com base na relação específica entre comprimento e diâmetro.
Quando a relação comprimento/diâmetro do processo de perfuração é de 4:1, a velocidade de corte deve ser reduzida em 20% e a taxa de avanço deve ser reduzida em 10%.
Quando a relação comprimento/diâmetro é 5:1, a velocidade de corte deve ser reduzida em 30% e a taxa de avanço deve ser reduzida em 20%. Quando a relação comprimento/diâmetro atingir 6:1-8:1, a velocidade de corte deverá ser reduzida em 40%. Além disso, quando a relação comprimento/diâmetro for 5:1-8:1, a taxa de avanço deverá ser reduzida em 20%.
Embora o preço de uma broca parabólica seja 2 a 3 vezes maior que o de uma broca helicoidal padrão, seu excelente desempenho na usinagem de furos profundos (relação comprimento-diâmetro superior a 4:1) reduz significativamente o custo de cada furo perfurado, tornando-a a ferramenta preferida para técnicos mecânicos processarem furos profundos.
