Broca de ferramenta

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Um bit de ferramenta é uma ferramenta de corte não rotativa usada em tornos de metal , modeladores e plainas . Esses cortadores também são frequentemente referidos pelo nome da frase definida de ferramenta de corte de ponto único , diferente de outras ferramentas de corte, como serra ou cortador de jato de água . A aresta de corte é retificada para se adequar a uma operação de usinagem específica e pode ser reafiada ou remodelada conforme necessário. A broca de ferramenta retificada é mantida rigidamente por um porta-ferramentas durante o corte.

Vários bits de ferramenta, pastilhas de metal duro e suportes
Ação de cisalhamento representada.

Geometria

Ângulos de ferramenta de corte retificados à mão típicos para o torno.

A inclinação para trás é para ajudar a controlar a direção do cavaco, que naturalmente se curva no trabalho devido à diferença de comprimento das partes externa e interna do corte. Também ajuda a neutralizar a pressão contra a ferramenta do trabalho, puxando a ferramenta para dentro do trabalho.

A inclinação lateral juntamente com a inclinação traseira controla o fluxo de cavacos e neutraliza parcialmente a resistência do trabalho ao movimento da fresa e pode ser otimizada para se adequar ao material específico que está sendo cortado. O latão, por exemplo, requer uma inclinação traseira e lateral de 0 graus, enquanto o alumínio usa uma inclinação traseira de 35 graus e uma inclinação lateral de 15 graus.

O raio da ponta torna o acabamento do corte mais suave, pois pode sobrepor o corte anterior e eliminar os picos e vales que uma ferramenta pontiaguda produz. Ter um raio também fortalece a ponta, sendo uma ponta afiada bastante frágil. O raio da ponta varia de acordo com as operações de usinagem como desbaste, semi-acabamento ou acabamento e também do material da peça a ser cortada: aço, ferro fundido, alumínio e outros.

Todos os outros ângulos são para folga para que nenhuma parte da ferramenta além da aresta de corte real possa tocar o trabalho. O ângulo de folga frontal geralmente é de 8 graus, enquanto o ângulo de folga lateral é de 10 a 15 graus e depende parcialmente da taxa de avanço esperada.

Os ângulos mínimos que fazem o trabalho necessário são aconselháveis ​​porque a ferramenta fica mais fraca à medida que a aresta fica mais afiada devido à diminuição do suporte atrás da aresta e à capacidade reduzida de absorver o calor gerado pelo corte.

Os ângulos de inclinação na parte superior da ferramenta não precisam ser precisos para cortar, mas para cortar com eficiência haverá um ângulo ideal para inclinação traseira e lateral.

Materiais

Aços

Originalmente, todos os bits de ferramenta eram feitos de aços ferramenta de alto carbono com o endurecimento e revenimento apropriados . Desde a introdução do aço de alta velocidade (HSS) (inícios do século 20), metal duro (1930), cerâmica e cortadores de diamante , esses materiais substituíram gradualmente os tipos anteriores de aço ferramenta em quase todas as aplicações de corte. A maioria dos bits de ferramentas hoje são feitos de HSS, aço cobalto ou carboneto.

Carbonetos e cerâmicas

Carboneto , cerâmica (como nitreto cúbico de boro ) e diamante, com maior dureza que o HSS, permitem uma remoção de material mais rápida que o HSS na maioria dos casos. Como esses materiais são mais caros e mais frágeis que o aço, normalmente o corpo da ferramenta de corte é feito de aço e uma pequena aresta de corte feita de material mais duro é anexada. A aresta de corte geralmente é aparafusada ou fixada (neste caso, é chamada de pastilha) ou soldada em uma haste de aço (isso geralmente é feito apenas para metal duro).

Inserções

Quase todas as ferramentas de corte de alto desempenho usam pastilhas intercambiáveis . Há várias razões para isso. Em primeiro lugar, com velocidades de corte muito altas e avanços suportados por esses materiais, a ponta de corte pode atingir temperaturas altas o suficiente para derreter o material de brasagem que o prende à haste. A economia também é importante; as pastilhas são feitas simetricamente para que, quando a primeira aresta de corte estiver cega, elas possam ser giradas, apresentando uma aresta de corte nova. Algumas pastilhas são feitas para que possam ser viradas, dando até 16 arestas de corte por pastilha. Existem muitos tipos de pastilhas: algumas para desbaste, outras para acabamento. Outros são feitos para trabalhos especializados, como cortar roscas ou ranhuras. A indústria emprega nomenclatura padronizada para descrever as pastilhas por forma, material, material de revestimento e tamanho.

Ferramentas de formulário

Esta ferramenta de formulário é para um botão de mudança em uma motocicleta. Os anéis de vedação entraram nas ranhuras após a usinagem do alumínio 6061-T6. Esta ferramenta tem uma inclinação de 8 graus de cima para baixo para folga. Esta ferramenta foi projetada para uma máquina de parafuso 2G ​​Brown & Sharpe .

Uma ferramenta de forma é retificada com precisão em um padrão que se assemelha à peça a ser moldada. A ferramenta de forma pode ser usada como uma única operação e, portanto, elimina muitas outras operações das corrediças (frente, traseira e/ou vertical) e da torre, como ferramentas de caixa . Uma ferramenta de forma gira um ou mais diâmetros enquanto alimenta o trabalho. Antes do uso de ferramentas de forma, os diâmetros eram torneados por múltiplas operações de corrediça e torre e, portanto, dava mais trabalho para fazer a peça. Por exemplo, uma ferramenta de forma pode tornear muitos diâmetros e, além disso, também pode cortar a peça em uma única operação e eliminar a necessidade de indexar a torre. Para máquinas de eixo único, ignorar a necessidade de indexar a torre pode aumentar drasticamente as taxas de produção de peças por hora.

Em trabalhos de longa duração, é comum usar uma ferramenta de desbaste em uma lâmina ou estação de torre diferente para remover a maior parte do material para reduzir o desgaste da ferramenta de forma.

Existem diferentes tipos de ferramentas de formulário. As ferramentas de formulário de inserção são as mais comuns para trabalhos de curto a médio alcance (50 a 20.000 unidades). As ferramentas de forma circular são geralmente para trabalhos mais longos, uma vez que o desgaste da ferramenta pode ser retificado na ponta da ferramenta muitas vezes à medida que a ferramenta é girada em seu suporte. Há também uma ferramenta de raspagem que pode ser usada para cortes de acabamento leves. As ferramentas de forma podem ser feitas de aço cobalto, carboneto ou aço rápido. O metal duro requer cuidados adicionais porque é muito quebradiço e lasca se ocorrer vibração.

Uma desvantagem ao usar ferramentas de forma é que o avanço no trabalho geralmente é lento, 0,0005" a 0,0012" por revolução, dependendo da largura da ferramenta. Ferramentas de formato largo criam mais calor e geralmente são problemáticas para conversas. Calor e vibração reduzem a vida útil da ferramenta. Além disso, ferramentas de forma mais largas que 2,5 vezes o diâmetro menor da peça que está sendo torneada têm um risco maior de quebrar a peça. [1] Ao tornear comprimentos maiores, um suporte da torre pode ser usado para aumentar o comprimento de torneamento de 2,5 vezes para 5 vezes o menor diâmetro da peça que está sendo torneada, e isso também pode ajudar a reduzir a vibração. Apesar das desvantagens, a eliminação de operações extras muitas vezes torna o uso de ferramentas de formulário a opção mais eficiente.

Porta -ferramentas

Ao confinar a cara ponta de corte dura à peça que faz o corte real, o custo do ferramental é reduzido. O porta-ferramentas de apoio pode então ser feito de um aço mais tenaz, que além de mais barato também costuma ser mais adequado à tarefa, sendo menos quebradiço que os materiais de ponta.

Os porta-ferramentas também podem ser projetados para introduzir propriedades adicionais à ação de corte, tais como:

  • aproximação angular - direção de deslocamento da ferramenta
  • carga da mola - deflexão da broca da ferramenta para longe do material quando uma carga excessiva é aplicada
  • saliência variável - a broca da ferramenta pode ser estendida ou retraída conforme o trabalho exigir
  • rigidez – o porta-ferramentas pode ser dimensionado de acordo com o trabalho a ser executado
  • fluido de corte direto ou refrigerante para a área de trabalho

Observe que, como a rigidez (em vez da resistência) é geralmente o fator determinante do projeto de um porta-ferramentas, o aço usado não precisa ser particularmente duro ou forte, pois há relativamente pouca diferença entre as rigidezes da maioria das ligas de aço.

Suportes usados ​​em tornos

Porta-bits e toolpost

O porta -ferramentas é a parte de um torno metalúrgico que segura a broca da ferramenta diretamente ou segura um porta-ferramentas que contém a broca da ferramenta. Há uma grande variedade de designs para postes de ferramentas (incluindo postes de ferramentas básicos, postes de ferramentas de balancim, postes de ferramentas de troca rápida e torres de postes de ferramentas) e porta-ferramentas (com geometria e recursos variados).

Ferramenta de caixa

Acima está uma ferramenta de caixa do lado direito que foi usada em uma máquina de parafuso 2G ​​Brown & Sharpe.

Uma ferramenta de caixa é montada na torre de um torno de torre ou máquina de parafuso . É essencialmente uma ferramenta que traz o descanso de seu seguidor junto com ele. Uma broca de ferramenta (ou várias brocas de ferramenta) e um suporte de seguidor compacto (geralmente em forma de V ou com dois rolos [2] ) são montados em frente um ao outro em um corpo que envolve a peça de trabalho(forma uma "caixa" ao redor). Como a ponta da ferramenta exerce uma força de deflexão lateral na peça de trabalho, o apoio do seguidor se opõe a ela, proporcionando rigidez. Um tipo diferente e popular de ferramenta de caixa usa dois rolos em vez de um descanso seguidor. Um rolo é chamado de "rolo de dimensionamento" e o outro rolo é chamado de "rolo de polimento". Os rolos giram com a coronha para reduzir as cicatrizes na curva final. Os bits de ferramenta opostos podem ser usados ​​(em vez de um descanso) para cancelar as forças de deflexão um do outro (chamado de "ferramenta de torneamento balanceado"), caso em que a ferramenta de caixa começa a se sobrepor em forma, função e identidade com uma fresa oca .

Suportes usados ​​em shapers, slotters e plainers

Caixa de claquete

Moldadores , entalhadores e plainas geralmente empregam um tipo de porta-ferramentas chamado caixa de válvula que oscila livremente no curso de retorno do aríete ou da cama. No próximo curso de corte, ele "bate" de volta à posição de corte. Seu movimento é análogo ao de uma válvula de retenção estilo borboleta .

Suportes usados ​​em fresadoras

Cortadores de moscas

As fresas são um tipo de fresa na qual uma ou duas brocas são montadas. As brocas giram com a rotação do fuso, fazendo cortes de faceamento. Os cortadores de mosca são uma aplicação de brocas de ferramentas em que as brocas fazem parte de uma unidade rotativa (enquanto a maioria dos outros usos de brocas de ferramentas é linear).

História

As brocas de ferramentas são usadas há séculos, mas seu desenvolvimento tecnológico continua até hoje. Antes de cerca de 1900, quase todas as ferramentas eram feitas por seus usuários, e muitas oficinas tinham forjas . De fato, esperava-se que bons maquinistas tivessem conhecimento de ferraria e, embora a química e a física do tratamento térmico do aço não fossem bem compreendidas (em comparação com as ciências atuais), a arte prática do tratamento térmico era bastante avançada, e algo que a maioria metalúrgicos qualificados estavam confortavelmente familiarizados. As brocas de ferramentas eram feitas de aços-ferramenta de carbono, que têm teor de carbono alto o suficiente para suportar bem o endurecimento. Cada bit foi forjado com um martelo, temperado e depois moído com um rebolo . Os detalhes exatos do tratamento térmico e da geometria da ponta foram uma questão de experiência e preferência individual.

Um avanço tecnológico substancial ocorreu no período de 1890-1910, quando Frederick Winslow Taylor aplicou métodos científicos ao estudo de bits de ferramenta e seu desempenho de corte (incluindo sua geometria, metalurgia e tratamento térmico, e as velocidades e avanços resultantes , profundidades de corte , taxas de remoção de metal e vida útil da ferramenta). Junto com Maunsel White e vários assistentes, ele desenvolveu aços rápidos (cujas propriedades vêm tanto de suas misturas de elementos de liga quanto de seus métodos de tratamento térmico). Seus experimentos de corte mastigaram toneladas de material da peça de trabalho, consumiram milhares de bits de ferramentas e geraram montanhas de cavacos. Eles foram patrocinados em grande parte por William Sellers (diretor da Midvale Steele estaleiro da Cramp) e mais tarde pela Bethlehem Steel . [3] Taylor não apenas desenvolveu novos materiais para fazer fresas de ponta única, mas também determinou a geometria ideal (ângulos de saída, ângulos de incidência, raios de ponta, etc.). Ele desenvolveu a equação de Taylor para a expectativa de vida da ferramenta . Depois de Taylor, não era mais dado como certo que a arte negra de artesãos individuais representava o mais alto nível de tecnologia metalúrgica. Isso fazia parte de uma tendência maior durante os séculos 19 e 20 pela qual a ciência foi misturada com a arte na cultura material da vida cotidiana ( ciência aplicada ).

A Stellite logo se juntou aos aços rápidos como material para fresas de ponta única. Embora o torneamento de diamante já existisse há muito tempo, não foi até que esses novos e caros metais surgiram que a ideia de pastilhas de cortetornou-se comumente aplicado na usinagem. Antes disso, a maioria das fresas de ponta única eram forjadas inteiramente em aço ferramenta (depois retificadas na ponta). Agora tornou-se mais comum anexar uma ponta separada (de um material) a um suporte (de outro). Com o desenvolvimento do metal duro disponível comercialmente (década de 1920) e pastilhas cerâmicas (pós-Segunda Guerra Mundial), essa tendência se acelerou, porque metal duro e cerâmica são ainda mais caros e ainda menos adequados para servir como haste. O desenvolvimento tecnológico, no entanto, não deslocou imediatamente as formas mais antigas. Entre 1900 e 1950, ainda não era incomum um maquinista forjar uma ferramenta de aço carbono para ferramentas.

Hoje, entre as fresas de ponta única usadas na produção em massa (como peças automotivas), as ferramentas de pastilhas de metal duro e cerâmica superam em muito as ferramentas de aço cobalto ou HSS. Em outros contextos de usinagem (por exemplo, oficinas, oficinas de ferramentas e prática de hobby), estes últimos ainda estão bem representados. Um sistema completo de notação padrão da indústria foi desenvolvido para nomear cada tipo de geometria de pastilha. O número de formulações de metal duro e cerâmica continua a se expandir, e o diamante é usado mais do que nunca. Velocidades, avanços, profundidades de corte e temperaturas na interface de corte continuam a aumentar (este último contrabalançado por resfriamento abundante via líquido, ar ou aerossóis), e os tempos de ciclo continuam a diminuir. A competição entre os fabricantes de produtos para reduzir os custos unitários de produção impulsiona continuamente o desenvolvimento tecnológico dos fabricantes de ferramentas, desde que os custos de P&D e amortização da compra de ferramentas sejam menores do que a quantidade de dinheiro economizada por aumentos de produtividade (por exemplo, redução de despesas salariais).

Veja também

Referências

  1. ^ Brown & Sharpe, Manual da máquina de parafuso automática p. 122
  2. ^ Hartness, James (1910), Hartness Flat Turret Lathe Manual , Springfield, Vermont, EUA: Jones and Lamson Machine Company, pág. 89
  3. Kanigel, Robert (1997), The One Best Way: Frederick Winslow Taylor and the Enigma of Efficiency , Viking Penguin, ISBN 0-670-86402-1