Perfuração

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Perfuração de titânio

A furação é um processo de corte que utiliza uma broca para cortar um furo de seção transversal circular em materiais sólidos. A broca é geralmente uma ferramenta de corte rotativa , muitas vezes multiponto. A broca é pressionada contra a peça de trabalho e girada a taxas de centenas a milhares de rotações por minuto . Isso força a aresta de corte contra a peça de trabalho, cortando cavacos (cavacos) do furo à medida que ele é perfurado.

Na perfuração de rochas , o furo geralmente não é feito através de um movimento de corte circular, embora a broca geralmente seja girada. Em vez disso, o furo geralmente é feito martelando uma broca no furo com movimentos curtos e repetidos rapidamente. A ação de martelar pode ser realizada de fora do furo ( broca top-hammer ) ou dentro do furo ( broca down-the-hole , DTH). Brocas usadas para perfuração horizontal são chamadas de brocas drifter .

Em casos raros, brocas de formato especial são usadas para cortar furos de seção transversal não circular; uma seção transversal quadrada é possível. [1]

Processo

Os furos perfurados são caracterizados por sua borda afiada no lado de entrada e pela presença de rebarbas no lado de saída (a menos que tenham sido removidas). Além disso, o interior do furo geralmente tem marcas de alimentação helicoidal. [2]

A furação pode afetar as propriedades mecânicas da peça, criando baixas tensões residuais ao redor da abertura do furo e uma camada muito fina de material altamente tensionado e perturbado na superfície recém-formada. Isso faz com que a peça de trabalho se torne mais suscetível à corrosão e à propagação de trincas na superfície tensionada. Uma operação de acabamento pode ser feita para evitar essas condições prejudiciais.

Para brocas caneladas , quaisquer cavacos são removidos através das ranhuras. Os cavacos podem formar longas espirais ou pequenos flocos, dependendo do material e dos parâmetros do processo. [2] O tipo de cavaco formado pode ser um indicador da usinabilidade do material, com cavacos longos sugerindo boa usinabilidade do material.

Sempre que possível, os furos devem ser localizados perpendicularmente à superfície da peça de trabalho. Isso minimiza a tendência da broca de "andar", isto é, de ser desviada da linha central pretendida do furo, fazendo com que o furo seja mal posicionado. Quanto maior a relação comprimento-diâmetro da broca, maior a tendência de andar. A tendência de andar também é antecipada de várias outras maneiras, que incluem:

O acabamento superficial produzido por furação pode variar de 32 a 500 micropolegadas. Os cortes de acabamento gerarão superfícies próximas a 32 micropolegadas e o desbaste será próximo a 500 micropolegadas.

O fluido de corte é comumente usado para resfriar a broca, aumentar a vida útil da ferramenta, aumentar as velocidades e avanços , aumentar o acabamento superficial e auxiliar na ejeção de cavacos. A aplicação desses fluidos geralmente é feita inundando a peça de trabalho com refrigerante e lubrificante ou aplicando uma névoa de spray. [2]

Ao decidir qual exercício usar, é importante considerar a tarefa em mãos e avaliar qual exercício melhor realizaria a tarefa. Há uma variedade de estilos de perfuração, cada um servindo a um propósito diferente. A broca subterrânea é capaz de perfurar mais de um diâmetro. A broca pá é usada para perfurar tamanhos de furos maiores. A broca indexável é útil no gerenciamento de cavacos. [2]

Perfuração pontual

O objetivo da furação pontual é fazer um furo que servirá de guia para a furação do furo final. O furo é perfurado apenas parcialmente na peça de trabalho, pois é usado apenas para orientar o início do próximo processo de perfuração.

Furação central

Broca central é uma ferramenta de dois canais que consiste em uma broca helicoidal com escareamento de 60°; usado para fazer furos centrais escareados em uma peça de trabalho a ser montada entre os centros para torneamento ou retificação.

Furação profunda

Buraco de explosão de vários metros de comprimento, perfurado em granito

A furação profunda é definida como a furação de um furo de profundidade maior que dez vezes o diâmetro do furo. [3] Esses tipos de furos requerem equipamentos especiais para manter a retilinidade e as tolerâncias. Outras considerações são a circularidade e o acabamento da superfície.

A furação profunda geralmente é possível com alguns métodos de ferramentas, geralmente a furação com pistola ou a furação BTA. Estes são diferenciados devido ao método de entrada de refrigerante (interno ou externo) e método de remoção de cavacos (interno ou externo). O uso de métodos como uma ferramenta rotativa e uma peça de trabalho contra-rotativa são técnicas comuns para atingir as tolerâncias de retilineidade exigidas. [4] Os métodos de ferramentas secundárias incluem trepanação, desbaste e polimento, mandrilamento de tração ou mandrilamento de garrafa. Finalmente, um novo tipo de tecnologia de perfuração está disponível para enfrentar este problema: a perfuração por vibração. Esta tecnologia quebra os cavacos por uma pequena vibração axial controlada da broca. Os pequenos cavacos são facilmente removidos pelos sulcos da broca.

Um sistema de monitoramento de alta tecnologia é usado para controlar força , torque , vibrações e emissão acústica. A vibração é considerada um grande defeito na perfuração de furos profundos, que muitas vezes pode causar a quebra da broca. Um refrigerante especial é normalmente usado para auxiliar neste tipo de furação.

Perfuração de armas

A perfuração de armas foi originalmente desenvolvida para perfurar canos de armas e é comumente usada para perfurar furos profundos de diâmetro menor. A relação profundidade-diâmetro pode ser ainda maior que 300:1. A principal característica da perfuração com pistola é que as brocas são autocentrantes; é isso que permite furos tão profundos e precisos. As brocas usam um movimento rotativo semelhante a uma broca helicoidal; no entanto, as brocas são projetadas com almofadas de rolamento que deslizam ao longo da superfície do furo mantendo a broca no centro. A perfuração com pistola geralmente é feita em altas velocidades e baixas taxas de avanço.

Trepanação

Furo trepanado em chapa de aço, com o tampão retirado e a ferramenta que o cortou; neste caso, o porta-ferramentas é montado em um cabeçote de torno enquanto a peça de trabalho é montada no carro transversal .

A trepanação é comumente usada para criar furos de diâmetro maior (até 915 mm (36,0 pol)) onde uma broca padrão não é viável ou econômica. A trepanação remove o diâmetro desejado cortando um disco sólido semelhante ao funcionamento de uma bússola de desenho . A trepanação é realizada em produtos planos, como chapas metálicas, granito ( pedra de ondulação ), placas ou membros estruturais como vigas I. A trepanação também pode ser útil para fazer ranhuras para inserir vedações , como O-rings .

Microperfuração

Microperfuração refere-se à perfuração de furos com menos de 0,5 mm (0,020 pol.). A furação de furos neste diâmetro pequeno apresenta maiores problemas, pois brocas alimentadas com refrigeração não podem ser usadas e são necessárias altas velocidades do fuso. Altas velocidades do fuso que excedem 10.000 RPM também requerem o uso de porta-ferramentas balanceados.

Perfuração por vibração

Cavacos de titânio – perfuração convencional vs perfuração por vibração
Perfuração por vibração de uma pilha multimaterial de alumínio-CFRP com tecnologia MITIS

Os primeiros estudos sobre perfuração por vibração começaram na década de 1950 (Pr. VN Poduraev, Moscow Bauman University). O princípio principal consiste em gerar vibrações ou oscilações axiais além do movimento de avanço da broca para que os cavacos se quebrem e sejam facilmente removidos da zona de corte.

Existem duas tecnologias principais de perfuração por vibração: sistemas de vibração auto-mantidos e sistemas de vibração forçada. A maioria das tecnologias de perfuração por vibração ainda está em fase de pesquisa. No caso de furação por vibração auto-sustentada, a frequência própria da ferramenta é utilizada para fazê-la vibrar naturalmente durante o corte; as vibrações são auto-sustentadas por um sistema massa-mola incluído no porta-ferramentas. [5] Outros trabalhos utilizam um sistema piezoelétrico para gerar e controlar as vibrações. Esses sistemas permitem altas frequências de vibração (até 2 kHz) para pequenas magnitudes (cerca de alguns micrômetros); eles são particularmente adequados para fazer furos pequenos. Finalmente, as vibrações podem ser geradas por sistemas mecânicos: [6]a frequência é dada pela combinação da velocidade de rotação e o número de oscilações por rotação (algumas oscilações por rotação), com magnitude de cerca de 0,1 mm.

Esta última tecnologia é totalmente industrial (exemplo: tecnologia SineHoling® do MITIS). A furação por vibração é a solução preferida em situações como furação profunda, furação multimateriais (aeronáutica) e furação a seco (sem lubrificação). Geralmente, proporciona maior confiabilidade e maior controle da operação de perfuração.

Interpolação de círculo

O princípio de perfuração orbital

A interpolação circular , também conhecida como perfuração orbital , é um processo para criar furos usando cortadores de máquina.

A furação orbital baseia-se na rotação de uma ferramenta de corte em torno de seu próprio eixo e simultaneamente em torno de um eixo central que está deslocado do eixo da ferramenta de corte. A ferramenta de corte pode então ser movida simultaneamente na direção axial para perfurar ou usinar um furo – e/ou combinada com um movimento lateral arbitrário para usinar uma abertura ou cavidade.

Ao ajustar o deslocamento, uma ferramenta de corte de um diâmetro específico pode ser usada para fazer furos de diferentes diâmetros, conforme ilustrado. Isso implica que o estoque de ferramentas de corte pode ser substancialmente reduzido.

O termo furação orbital vem do fato de que a ferramenta de corte “orbita” ao redor do centro do furo. O deslocamento dinâmico forçado mecanicamente na furação orbital tem várias vantagens em comparação com a furação convencional que aumenta drasticamente a precisão do furo. A força de impulso mais baixa resulta em um furo sem rebarbas ao perfurar metais. Ao perfurar em materiais compósitos, o problema com delaminação é eliminado. [7]

Matéria

Perfuração em metal

Broca de torção de aço de alta velocidade perfurando alumínio com lubrificante à base de álcool metilado

Sob uso normal, os cavacos são transportados para cima e para longe da ponta da broca pelo sulco da broca. As arestas de corte produzem mais cavacos que continuam o movimento dos cavacos para fora do furo. Isso é bem-sucedido até que os cavacos fiquem muito apertados, seja por causa de furos mais profundos do que o normal ou recuo insuficiente ( removendo a broca ligeiramente ou totalmente do furo durante a perfuração). Às vezes, o fluido de corte é usado para aliviar esse problema e prolongar a vida útil da ferramenta resfriando e lubrificando a ponta e o fluxo de cavacos. O refrigerante pode ser introduzido através de furos na haste da broca, o que é comum quando se usa uma broca canhão. Ao cortar alumínioem particular, o fluido de corte ajuda a garantir um furo suave e preciso, evitando que o metal prenda a broca no processo de perfuração do furo. Ao cortar latão e outros metais macios que podem agarrar a broca e causar "trepidação", uma face de aprox. 1-2 milímetros podem ser retificados na aresta de corte para criar um ângulo obtuso de 91 a 93 graus. Isso evita a "vibração" durante a qual a broca rasga em vez de cortar o metal. No entanto, com essa forma de ponta de broca, a broca está empurrando o metal para longe, em vez de agarrar o metal. Isso cria alto atrito e cavacos muito quentes.

Máquina de perfuração magnética
Máquina de perfuração magnética (fabricada pela BDS Maschinen GmbH, Alemanha)

Para alimentações pesadas e furos comparativamente profundos , são usadas brocas de óleo na broca, com um lubrificante bombeado para a cabeça da broca através de um pequeno orifício na broca e fluindo ao longo do canal. Um arranjo de furadeira convencional pode ser usado na perfuração de poços de petróleo, mas é mais comumente visto em máquinas de perfuração automáticas nas quais é a peça de trabalho que gira em vez da broca.

Em máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizado (CNC) , um processo chamadoA furação de bico , oufuração de corte interrompido, é usada para evitar que as limalhas se acumulem prejudicialmente ao fazer furos profundos (aproximadamente quando a profundidade do furo é três vezes maior que o diâmetro da broca). Perfuração de picareta envolve mergulhar a broca parcialmente através da peça de trabalho, não mais que cinco vezes o diâmetro da broca, e então retraí-la para a superfície. Isso é repetido até que o buraco esteja terminado. Uma forma modificada desse processo, chamadafuração de alta velocidadeouquebra de cavacos, apenas retrai a broca levemente. Este processo é mais rápido, mas é usado apenas em furos moderadamente longos, caso contrário, superaquecerá a broca. Também é usado ao perfurar material fibroso para quebrar os cavacos. [8] [9][ fonte auto-publicada? ] [10]

Quando não for possível trazer o material para a máquina СNС, poderá ser utilizada uma Furadeira de Base Magnética. A base permite perfurar na posição horizontal e até no teto. Normalmente, para essas máquinas, é melhor usar cortadores porque eles podem perfurar muito mais rápido com menos velocidade. Os tamanhos dos cortadores variam de 12mm a 200mm DIA e de 30mm a 200mm DOC (profundidade de corte). Essas máquinas são amplamente utilizadas nas indústrias de construção, fabricação, marinha e petróleo e gás. Na indústria de petróleo e gás , são utilizadas furadeiras magnéticas pneumáticas para evitar faíscas, assim como furadeiras magnéticas de tubos especiais que podem ser fixadas em tubos de diferentes tamanhos, mesmo no interior. Máquinas de perfuração de chapas para serviço pesadofornecer soluções de alta qualidade na fabricação de construção em aço, construção de pontes, estaleiros e vários campos do setor de construção.

Perfuração em madeira

Sendo a madeira mais macia do que a maioria dos metais, perfurar madeira é consideravelmente mais fácil e rápido do que perfurar metal. Fluidos de corte não são usados ​​ou necessários. A principal questão na perfuração de madeira é garantir orifícios de entrada e saída limpos e evitar a queima. Evitar a queima é uma questão de usar brocas afiadas e velocidade de corte adequada . Brocas podem arrancar lascas de madeira ao redor da parte superior e inferior do furo e isso é indesejável em aplicações de marcenaria fina .

As onipresentes brocas helicoidais usadas em metalurgia também funcionam bem em madeira, mas tendem a lascar a madeira na entrada e na saída do furo. Em alguns casos, como em buracos para carpintaria bruta, a qualidade do buraco não importa, e existem várias brocas para corte rápido em madeira, incluindo brocas de pá e brocas auto- alimentadoras . Muitos tipos de brocas especializadas para perfurar furos limpos em madeira foram desenvolvidos, incluindo brocas de ponta brad, brocas Forstner e serras copo . O lascamento na saída pode ser minimizado usando um pedaço de madeira como suporte atrás da peça de trabalho, e a mesma técnica às vezes é usada para manter a entrada do furo limpa.

Os furos são mais fáceis de começar na madeira, pois a broca pode ser posicionada com precisão, empurrando-a na madeira e criando uma covinha. A broca terá assim pouca tendência a vaguear.

Outros

Alguns materiais, como plásticos , bem como outros não-metais e alguns metais, tendem a aquecer o suficiente para expandir, tornando o orifício menor do que o desejado.

Processos relacionados

A seguir estão alguns processos relacionados que geralmente acompanham a perfuração:

Rebaixamento
Este processo cria um furo escalonado no qual um diâmetro maior segue um diâmetro menor parcialmente em um furo.
Escareamento
Este processo é semelhante ao escareamento, mas a etapa no furo é em forma de cone.
Tedioso
O mandrilamento aumenta com precisão um furo já existente usando uma fresa de ponta única.
Perfuração por fricção
fazer furos usando deformação plástica do assunto (sob calor e pressão) em vez de cortá-lo.
Alargamento
O alargamento é projetado para aumentar o tamanho de um furo para deixar os lados lisos.
Ponto de frente
Isso é semelhante ao fresamento, é usado para fornecer uma superfície plana da máquina na peça de trabalho em uma área localizada

Veja também

Referências

  1. ^ Site Wolfram (software matemático): Perfurando um buraco quadrado
  2. ^ a b c d Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Guia de Referência de Processos de Fabricação , Industrial Press Inc., pp. 43–48, ISBN 978-0-8311-3049-7.
  3. ^ Bralla, James G. (1999). Manual de design para manufaturabilidade . Nova York: McGraw-Hill. pág. 4-56. ISBN 978-0-07-007139-1.
  4. ^ "O que é perfuração profunda? Uma visão geral" .
  5. ^ Paris, Henri (2005). "Modelando o Processo de Perfuração Vibratória para Prever os Parâmetros de Corte". Anais do Cirp . 54 : 367-370. doi : 10.1016/S0007-8506(07)60124-3 .
  6. ^ Peigné, Grégoire (2009). Dispositivo de usinagem axial . WO/2011/061678 (patente).
  7. ^ Perfuração orbital vai mainstream para o Dreamliner , Aerospace Engineering & Manufacturing, SAE International Publications, março de 2009, p. 32
  8. Smid, Peter (2003), manual de programação CNC (2ª ed.), Industrial Press, p. 199, ISBN 978-0-8311-3158-6.
  9. Hurst, Bryan (2006), The Journeyman's Guide to CNC Machines , Lulu.com, p. 82, ISBN 978-1-4116-9921-2.[ fonte auto-publicada ]
  10. ^ Mattson, Mike (2009), Programação CNC: Princípios e Aplicações (2ª ed.), Cengage Learning, p. 233, ISBN 978-1-4180-6099-2.

Links externos