Usinagem Furações

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João Vitor Balduino Soares de Melo
José Reginaldo da Cunha Júnior
Marcos Raphael Batista Gonçalves
Nikael Vicenzo Resende
Rafael Cordeiro Vieira
Processos de fabricação: FURAÇÕES E
ALARGAMENTOS
Arcos, MG
19 de setembro de 2020
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 MÁQUINAS DE FURAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Furadeira de Coluna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Furadeiras Portáteis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Furadeiras de bancada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.4 Furadeira Radial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 BROCAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.1 Remoção do Cavaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Fluido de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 FUROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1 Alargamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1.1 Tolerância de Furações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Erros em furação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5 FORÇA EM BROCAS HELICOIDAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.1 Fórmulas experimentais para Cálculos dos esforços de furação . 21
5.1.1 Fórmula de Kronenberg para Momento Torçor na furação em cheio 23
5.1.2 Fórmula de H. Daar para a Força de Avanço na furação em cheio 23
5.1.3 Fórmula de H. Daar para Momento Torçor com pré-furação . . . 23
5.1.4 Fórmula de H. Daar para Força de avanço com pré-furação . . . . 24
5.2 Resistência de uma Broca helicoidal e Avanço máximo possível 24
5.2.1 Cálculo do avanço máximo permissível levando-se em conta a
resistência da broca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2.2 Cálculo do avanço máximo permissível levando-se em conta a
penetração máxima da furadeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2.3 Cálculo do avanço máximo possível levando em conta a potência
da máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
REFERÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2
1 INTRODUÇÃO
Usinagem é o termo usado para definir uma grande parte de processos de manufatura
que tem o objetivo de remover material não desejado da peça. É usada para transformar
blocos fundidos, forjados ou pre-moldados em objetos com corpos desejados, e amplamente
utilizada na função de acabamento do mesmo, na remoção de rebarbas, polimentos, e
capaz de entregar grande precisão (ASM, 1989).
As etapas de usinagem são feitas em várias máquinas diferentes como tornos, plainas,
retificadoras, máquinas de Comando Numérico Computadorizado (CNC), fresadoras e
furadeiras. As furadeiras são usadas para fazer furos e alargamentos nas peças.
De acordo com Chiaverini (1986), a furação é a operação de usinagem que tem
como principal objetivo abrir, alargar ou dar acabamento em furos de peças. As dimensões
das furações podem varias desde alguns milímetros até vários centímetros de diâmetro,
também furos de vários metros de largura no caso de corpos muito grandes.
Existem diversos tipos de furadeiras para desempenhar essa função, a bateria,
portáteis, de bancada, radias, e Chiaverini (1986) traz que as mais utilizadas na industria
são as de coluna, cada tipo de furadeira será abordada com mais detalhes, nos tópicos
específicos. Essas furadeiras utilizam brocas de diversos tipos, cada material necessita de
uma broca diferente. É possível furar metais, madeira, cerâmicas, polímeros e minerais.
Cerca de 20 a 25% das etapas de usinagem são processos de furação, a broca
helicoidal pode produzir furos pequenos ou largos, rasos ou profundos, é o tipo mais
difundido na indústria e também muito usada em aplicações amadoras. A asa de um
avião pode ter mais 500 furos, e a aeronave no todo pode ter mais de 250 mil perfurações,
um navio cargueiro pode possuir mais de um milhão de aberturas para parafusos, rebites,
afixação de instrumentos, eixos, entre outras funcionalidades. (JASINEVICIUS, 2016).
Em um processo de perfuração a velocidade da broca é máxima em suas extremida-
des e nula em seu centro. Em perfurações profundas existem algumas dificuldades na fase
de transporte dos cavacos e na distribuição do calor no furo, também pode ocorrer um
desgaste muito grande na broca devido ao atrito com a peça, para evitar esses problemas
é recomendável utilizar fluidos de corte (DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 1990), que
serão abordados na seção correspondente.
Esse trabalho traz uma pequena revisão sobre o processo de furação e suas eta-
pas, inicia com uma breve introdução, máquinas para perfuração, brocas utilizadas e
particularidades, tipos de furos e forças envolvidas e curiosidades.
3
2 MÁQUINAS DE FURAÇÃO
2.1 FURADEIRA DE COLUNA
O tipo de furadeira mais utilizado é o de coluna, de acordo com Chiaverini (1986),
que é composta essencialmente de uma base fixa, a coluna que pode forma cilíndrica ou
paralelepipedal. Esse último promove maior estabilidade e reduz em muito as vibrações do
processo. Também possui uma mesa inferior móvel para apoio da peça que será perfurada,
o cabeçote superior que pode ser fixo ou móvel e se liga ao eixo, também conhecido como
árvore, à mesa ajustável que contém o porta-ferramenta de movimentos vertical de avanço
giratório de velocidade.
Figura 1 – Representação esquemática de uma furadeira de coluna
Fonte – Adaptado Chiaverini (1986)
Um tipo de furadeira versátil, capaz de realizar operações de furações comuns ou
em séries de peças com uso de gabaritos. Contudo, segundo Chiaverini (1986) procura-se
evitar ao máximo o tempo perdido na troca dos porta-brocas. Utiliza-se as furadeiras de
varias colunas, em que cada coluna uma possui um mandril que permanece montado com
Capítulo 2. Máquinas de Furação 4
uma determinada broca até o final das perfurações de todas as peças. Assim, pode-se
passar rapidamente de uma broca à outra e diversos furos podem ser confeccionados em
vários pontos de uma peça.
Figura 2 – Exemplo de furadeiras de colunas múltiplas
Fonte – (HELTOS, 2020)
2.2 FURADEIRAS PORTÁTEIS
São usadas quando os furos que se desejam obter estão localizados em posições
difíceis. Um pequeno motor produz a rotação da broca e o avanço da mesma é feito fela
força muscular do operador. Podem ser de diversos tipos e tamanhos, com diferentes
opções de torque, podem ser movidas a bateria, fig. 3(a) ou ligadas na rede elétrica para
furadeiras de motor de corrente alternada, figura 3(b).
Figura 3 – Exemplos de furadeiras portáteis
(a) Furadeira a bateria
Fonte – (LOJA-MECâNICO, 2017d)
(b) Furadeira motor de corrente continua
Fonte – (FERPAM, 2018)
Capítulo 2. Máquinas de Furação 5
Também são indicadas para uso doméstico e amador, apesar de também terem
aplicações profissionais, para se realizar pequenas furações, ou furações mais simples que
não necessitem de um controle dimensional muito grande.
2.3 FURADEIRAS DE BANCADA
São máquinas de dimensões médias com motor de ate 0.5 Hp de capacidade e o
movimento da broca em direção a peça é controlado pelo operador. São versões menores
das furadeiras de coluna. Assim que o motor é acionado a broca começa a girar, mediante
o acionamento de uma alavanca a ela é forçada contra a peça a fim de criar o furo. São
máquinas que apresentam boa precisão dimensional, segundo Chiaverini (1986) o mandril
porta-ferramenta pode alcançar rotações da ordem de dez mil rotações por minuto (RPM).
Figura 4 – Exemplo de furadeira de bancada
Fonte – (FERRAMENTAS-GERAIS, 2017)
São dispositivos comuns nas indústrias de usinagens, serralherias e outras locais
que trabalham com transformação de metais, como ferramentarias. Na figura 4 é possível
ver um dos muitos modelos de furadeira de bancada que existem no mercado atualmente.
É visível o motor na parte de trás do equipamento, a proteção do sistema de redução, a
bancada onde a peça é posicionada e a alavancaque avança a broca para produzir o furo.
2.4 FURADEIRA RADIAL
Utilizada para a produção de peças de grandes dimensões, cuja a furação deve ser
feita em pontos diversos muito distantes da periferia (CHIAVERINI, 1986). Normalmente
Capítulo 2. Máquinas de Furação 6
são compostas das seguintes partes: base, coluna que sustenta o braço móvel que pode ser
levantado, abaixado ou rotacionado em torno da coluna, e o cabeçote porta-brocas que se
move ao longo do braço. Para realizar a furação o cabeçote porta-brocas é posicionado ao
longo de um círculo cujo raio é o próprio comprimento do braço.
Na figura 5 temos um exemplo de uma furadeira radial, é possível ver a coluna,
o braço, a broca e a alavanca de avanço. Esses dispositivos não são tão comuns quanto
outras furadeiras, normalmente reservados a centros de usinagens que lidam com peças
de grandes dimensões. Essas máquinas podem ter de médias proporções ate tamanhos
imensos, para produzir peças com raios de ate 7 metros, como exemplificado na figura 6.
Figura 5 – Exemplo de furadeira radial
Fonte – (LOJA-MECâNICO, 2017a)
Figura 6 – Transporte de uma furadeira radial com 7000 mm de braço
Fonte – (VAREJãO-MáQUINAS, 2018)
7
3 BROCAS
A broca, figura 7, traz a nomenclatura usual para designar as partes e os ângulos
desse ferramenta. A broca é dotada de um movimento giratório contínuo e de um
movimento retilíneo de avanço segundo o eixo de perfuração. Os gumes cortantes da
ferramenta arrancam material, e o cavaco resultante, à medida que é retirado, se enrola
em forma espiral cilíndrica, deslizando pelos canais helicoidais (CHIAVERINI, 1986), mais
sobre a remoção do cavaco em brocas helicoidais pode ser visto na figura 15.
Figura 7 – Representação esquemática de uma broca
Fonte – (CHIAVERINI, 1986)
Figura 8 – Algumas variações de pontas de broca
(a) (b)
(c) (d)
Fonte – Adaptado Walsh. e Cormier (2006)
Capítulo 3. Brocas 8
A escolha de uma broca depende de vários fatores, como:
• Composição e dureza do material de trabalho
• Rigidez do ferramental
• Dimensões do furo que será feito
• Tipo de furadeira disponível
• Se a broca será usada para criar o furo ou para alarga-lo
• Tolerância do furo
• Custo do processo
Para fazer um furo em um dado diâmetro, as brocas disponíveis comercialmente
possuem grandes variações em seus comprimentos de caneluras e comprimento de cabo,
figura 7, geometrias da ponta figura 8, entre outras. Para muitos casos existe uma duzia
de brocas diferentes que podem produzir o mesmo furo com o mesmo diâmetro. A ASM-
International (ASM, 1989) traz quatro diferentes tipos de series para classificar as brocas.
São eles:
→ Série Milimétrica: Incrementos de 0.01 até 50 mm, de acordo com o tamanho da
broca, em diâmetros a partir de 0.015 mm
→ Série Numérica: De No. 97 até No. 1 (0.15 até 5.79 mm, ou 0.0059 até 0.228
polegadas)
→ Série Alfabética: A até Z (5.95 até 10.49 mm, ou 0.234 até 0.413 polegadas)
→ Série Fracionada: 164 até 4 polegadas e maiores, por 64
As brocas são manufaturadas em uma ampla variedade de materiais e em diferentes
tamanhos. Os tipos de metais normalmente usados são: Aço Ferramenta que produz
brocas de baixo custo e boas para usinar alumínios, plásticos e madeira; Metal Duro
que podem entregar velocidades de corte até 3 vezes maiores e a furação pode ser feita
sem pre-furo. Os requisitos que a matéria-prima deve ter para se tornar uma broca são
(JASINEVICIUS, 2016):
→ Grande Tenacidade: alta capacidade de absorver energia sem fraturar
→ Alta resistência a compressão: a broca será severamente comprimida contra a peça e
não pode se romper
Capítulo 3. Brocas 9
→ Elevada resistência a abrasão: A broca não pode se desgastar durante o uso
→ Resistência térmica: O calor gerado durante a perfuração não pode deformar a broca
→ Resistência à fadiga: A broca deve suportar ciclos de trabalho sem fatigar
As brocas são normalmente categorizadas em uso geral ou uso pesado. As de uso
geral são as mais usadas. Pequenas alterações nas pontas muitas vezes podem aumentar a
performance da broca, aumentando sua velocidade de giro e de corte. As de uso pesado
são projetadas para entregar maiores forças torcionais e rigidez que as de uso geral. São
mais utilizadas para perfurar aços forjados, fundições muito duras, e ligas ferrosas de alta
dureza.
As brocas são projetadas e utilizadas em função do material a ser perfurado, uma
broca para perfurar madeira pode não conseguir furar metal, da mesma forma uma broca
para furar cerâmicos pode não ser ideal para perfurar outros materiais. Abaixo será
discorrido sobre alguns tipos de brocas diferentes.
Brocas para metal As brocas para perfurar metal são usualmente feitas em aço
rápido recebem tratamentos térmicos para melhorar suas propriedades mecânicas, podem
ter diferentes pontas, após algum tempo de uso necessitam de ser afiadas para manter a
capacidade de corte.
Figura 9 – Exemplo de brocas de aço rápido para perfurar metais
Fonte – (LOJA-MECâNICO, 2017b)
Brocas para concreto São brocas feitas de metal duro para perfuração de
materiais cerâmicos, possuem durezas elevadas, em torno de 55 a 50 HRC. São brocas
pouco afiadas uma vez que a furadeira utilizada na perfuração é posta na função martelete,
Capítulo 3. Brocas 10
para facilitar a penetração da broca. São dois tipos principais, as brocas SDS e as brocas
Widea. Essas brocas tem a ponta em formato de flecha para evitar que o cavaco gerado
não trave a broca durante a perfuração, além de agilizar o trabalho (NAG-ABRASIVOS,
2017).
As brocas SDS são indicadas para perfurações profissionais em granitos, mármores
e alvenarias em geral. São altamente resistentes e possuem um sistema de encaixe no
formato de ranhuras para impedir deslizes da broca em relação a peça que esta sendo
perfurada.
A broca Widea também conhecida com Videa é muito resistente e ideal para furar
materiais muito duros, como concreto ou mármore. Ideais para todos os tipos de usos,
tanto profissionais quanto amadores.
Figura 10 – Exemplos de alguns tipos de brocas utilizadas para furar concreto
(a) Jogo de brocas SDS
Fonte – (PK-FERRAMENTAS, 2020)
(b) Broca Widea
Fonte – (ANCHIETA-ELéTRICOS, 2020)
Brocas para madeira As brocas para madeira, normalmente, são feitas de aço
carbono e possuem maior resistência ao calor gerado no processo de perfurar a peça,
porem são brocas frágeis, que podem se fraturar durante o processo de perfuração (NAG-
ABRASIVOS, 2017). As brocas para madeira podem ser do tipo de três pontas 11(a), de
serpentina 11(b), tipo chata 11(c), tipo escariadora para madeira 11(d), ou tipo forstner
11(e).
Capítulo 3. Brocas 11
Figura 11 – Exemplos de alguns tipos de brocas utilizadas para furar madeira
(a) Exemplo de broca de três pontas
Fonte – (MERCADO-LIVRE, 2020a)
(b) Exemplo de broca de serpentina
Fonte – (MAGAZINE-LUIZA, 2020)
(c) Exemplo de broca Chata
Fonte – (LOJA-MECâNICO, 2020a)
(d) Exemplo de broca Escariadora
Fonte – (MERCADO-LIVRE, 2020b)
(e) Exemplo de broca Forstner
Fonte – (NAG-ABRASIVOS, 2017)
Brocas Diamantadas
São brocas que tem a ponta revestidas de diamante para realizar a perfuração de
vidro. Também podem ser usadas para perfurar materiais de elevada dureza como granito,
mármore.
Capítulo 3. Brocas 12
Figura 12 – Exemplos de brocas diamantadas
(a) Broca diamantada no formato Serra-Copo
(LOJA-MECâNICO, 2020c)
(b) Broca diamantada ponta de lança
(LOJA-MECâNICO, 2020b)
Brocas Especiais A broca escalonada é utilizada quando se deseja obter uma
perfuração com diâmetro variável em sua profundidade 13(a). A broca tipo Multiconstruc-
tion serve para ser utilizada para perfurações em diversos tipos de materiais diferentes,
como metais, madeira, concreto, cerâmicos, normalmente ela é tingida de azul para fácil
identificação visual (NAG-ABRASIVOS, 2017), possui a ponta tipo lança e gumes bastante
afiados figura 13(b).
Figura 13 – Exemplos de alguns tipos de brocas especiais
(a) Broca escalonada
Fonte – (PALACIO-FERRAMENTAS, 2017)
(b) Jogo de brocas Multiconstruction
Fonte – (LOJA-MECâNICO,2017c)
A broca tipo canhão é utilizada quando a razão entre diâmetro e a profundidade do
furo é maior que 10 (SANDVIK, 2020a). Originalmente foi desenvolvida para a fabricação
de canos de armas. Esse tipo de broca requer uma refrigeração constante para manter as
bordas de corte lubrificadas e permitir uma remoção eficiente do cavaco (STARSU, 2020).
A figura 14(a) traz uma representação esquemática de um processo de perfuração com
broca canhão, e na figura 14(b) é possível ver os furos que servem de canais para o fluido
de refrigeração.
Capítulo 3. Brocas 13
Figura 14 – Brocas Canhão
(a) Representação esquemática de uma perfuração com uma broca canhão
Fonte – (TECMECâNICO, 2017)
(b) Exemplos de brocas canhão
Fonte – (SANDVIK, 2020a)
3.1 REMOÇÃO DO CAVACO
A canal da broca helicoidal favorece a remoção do cavaco, permitindo que este suba
pelo canal e não interrompa o processo de furação, a figura 15 traz de modo esquematizado
a forma como o cavaco é removido da peça durante um processo de furação com uma
broca helicoidal, a geometria do cavaco é alterada em função do ângulo de saída da broca
(JASINEVICIUS, 2016). Ferraresi (1969) em seu livro de Fundamentos da Usinagem dos
Metais uma analise bastante profunda sobre o cavaco e suas especificidades.
Capítulo 3. Brocas 14
Figura 15 – Representação esquemática da remoção do cavaco
Fonte – Jasinevicius (2016)
3.2 FLUIDO DE CORTE
Para as operações de furação comuns, os fluidos de corte preferidos são óleos
minerais clorados, sulfurados ou óleos emulsionáveis que proporcionam certo grau de
lubrificação para impedir a vibração do conjunto, também atuam para diminuir o atrito e
refrigerar a região perfurada (FERRARESI, 1969).
Figura 16 – Exemplo de utilização de fluido de corte
Fonte – (CONECTAFG, 2019)
Capítulo 3. Brocas 15
A tabela tabela 1 traz algumas recomendações de lubrificantes para determinados
tipos de materiais.
Tabela 1 – Recomendações de óleos lubrificantes para operação de furação comum
Material Óleos
Aço Carbono emulsionáveis, minerais sulfurados,graxos-minerais sulfurados
Aço Inoxidável emulsionáveis, minerais sulfurados,graxos-minerais sulfurados, cloro-sulfurados
Ligas de
Alumínio
emulsionáveis, graxos-minerais inativos,
compostos de querosene, gordura animal
Latão emulsionáveis, graxos-mineraisinativos, ou a seco
Ferro Fundido emulsionáveis,ou a seco
Níquel e
Ligas de níquel
emulsionáveis,
minerais sulfurados
Cobre emulsionáveis,graxos-minerais inativos
Ligas de
Magnésio graxos-minerais inativos
Fonte – Adaptado de Ferraresi (1969)
Outros tipos de fluidos de corte podem existir e ser recomendados para diferentes
para perfurações em variados tipos de materiais.
16
4 FUROS
O tipo de furo feito e a precisão desejada influenciam grandemente na escolha
da furadeira e da broca. Os três aspectos principais para a usinagem de um furo são, o
diâmetro, a profundidade desejada e a qualidade do furo (SANDVIK, 2020b). Enquanto
os dois primeiros são controlados pela broca, a qualidade do furo pode ser influenciada
pelo processo de furação, pelo tipo de furadeira disponível, pelos parâmetros definidos no
processo, pela geometria e rigidez do material a ser perfurado.
Figura 17 – Representação esquemática de algumas possibilidades de furos
(a) Furo passante (b) Furo cego (c) Furo escariado
(d) Furo escalonado (e) Trepanação
Fonte – Adaptado Sandvik (2020b)
Ferraresi (1969) traz em seu livro Fundamentos da Usinagem dos Metais as seguintes
definições para os diferentes furos:
→ Furação em cheio: Processo de furação destinado à abertura de um furo cilíndrico
numa peça para remover o material na forma de cavaco, figuras 17(a), 17(b) .
→ Furo Escareado: Tipo de perfuração feita em uma peça que já contenha um furo,
figura 17(c)
→ Furo Escalonado: Obter um furo com dois ou mais diâmetros diferentes simulta-
neamente, figura 17(d)
Capítulo 4. Furos 17
→ Trepanação: Processo de furação em que apenas uma parte da peça é transpassada
permanecendo um núcleo maciço, figura 17(e)
Figura 18 – Visualização de diferentes tipos de perfurações feitas em um bloco de metal
cortado. (a) Furo cego em cheio, (b) Furo cego em cheio com rosca, (c) Furo
passante alargado, (d) Furo escariado com rebaixo
Fonte – Adaptado Jasinevicius (2016)
4.1 ALARGAMENTO
Groover (2007) traz algumas definições para os processos de alargamento, que são
definidos como etapas mecânicas de usinagem com fim de desbastar ou dar acabamento a
furos cilíndricos ou cônicos com a utilização de brocas próprias para esse processo.
→ Alargamento Cilíndrico de desbaste:Objetiva desbastar e dar acabamento a
um furo pronto, figura 19(a) .
→ Alargamento para rosca: Tipo de alargamento que visa formar uma rosca no
furo, figura 19(b)
→ Rebaixamento: Visa rebaixar o furo para produzir dois furos com dois diâmetros
diferentes, geralmente para que a cabeça do parafuso não fique sobressalente à
superfície da peça figura fig. 19(c). A diferença desse para o de furo de escariado ou
furo escalonado, é que esses dois são feitos em uma única etapa com a uma única
broca, broca escariadora exemplo na figura 11(d), ou na broca escalonada na figura
13(a).
→ Rebaixamento Cônico: Promove um rebaixamento em formato cônico no furo
que já está feito, figura 19(d)
Capítulo 4. Furos 18
→ Centralização: Essa operação faz um furo pequeno com objetivo de centralizar um
furo maior, figura 19(d)
→ Acabamento: Objetiva dar acabamento em uma superfície furada, figura 19(f)
Figura 19 – Alguns tipos de alargamento de furos
(a) Acabamento Cilíndrico (b) Alargamento para rosca (c) Rebaixamento
(d) Rebaixamento cônico (e) Furo de centralização (f) Acabamento de superfície
Fonte – Adaptado Groover (2007)
Ferraresi (1969) traz outros processos de alargamento que são variações dos citados
a cima, como alargamento de desbaste cônico, alargamento de acabamento cônico, e outros
tipos de rebaixamento. Outros tipos de alargamentos de furos podem ser encontrados em
outras bibliografia.
Capítulo 4. Furos 19
4.1.1 TOLERÂNCIA DE FURAÇÕES
Tabela 2 – Tolerâncias de furação em função do método empregado
Método Tolerância Normalem mm (polegada)
Tolerância Justa
em mm (polegada)
Furação
manual 2 (.080) 0.5 (.020)
Furação com
fixação por bucha 0.635 (.025) 0.2 (.008)
Furação
de precisão 0.41 (.016) 0.2 (.008)
Furação de precisão
com orientação ótica 0.13 (.005) 0.076 (.003)
Furação de gabarito
com precisão ótica 0.025 (.002) 0.013 (.0005)
Fonte – Adaptado e Traduzido de Engineers-Edge (2020)
A tabela 2 traz as tolerâncias para furações realizadas com diferentes métodos de
acordo com a norma ANSI para produção de furos, em inglês ANSI Size Drills, ou a norma
ISO equivalente, em inglês ISO Metric Drill Sizes. A referida tabela serve como exemplo,
para se obter uma noção das tolerâncias requeridas, porém para outros processos e em
outras normas podem haver valores diferentes, foge do escopo deste trabalho se aprofundar
neste tema.
4.2 ERROS EM FURAÇÃO
Diversos erros e imperfeições podem ocorrer em qualquer processo ou etapa de
furação, que podem incluir (SME, 1983):
→ Erros no formato: Pode ocorrer quando o diâmetro do furo não é uniforme e toda
sua profundidade. A magnitude desse problema depende principalmente da razão
entre o diâmetro da broca e seu comprimento. Cônico fig. 20(a), Abaolado fig. 20(b),
concavo fig. 20(c), assim como os furos inclinados fig. 20(d).
→ Rebarba: A rebarba pode ser formada na circunferência externa do furo perfurado,
tanto na entrada como na saída do furo fig. 20(f), caso seja uma furação em cheio.
A formação da rebarba depende principalmente da peça que está sendo trabalhada,
da ferramenta de trabalho, velocidades de avanço e corte.
→ Erros de posição: Esses erros ocorrem quando o centro do furo não esta no lugar
que deveria estar fig. 20(h). A precisão do furo depende das condições da máquina,
Capítulo 4. Furos 20
e dos pontos a serem perfurados e da atenção do operador quando a furação for
manual.
→ Erros de circularidade: Ocorre quando a circularidadedo furo não está ideal e
o furo assume formatos irregulares, como vistos fig. 20(j) e fig. 20(i). Os formatos
triangulares e ovais são formatos errados normalmente observados em processos de
furação. O problema de circularidade do furo pode ser minimizado ao se utilizar
velocidades de corte maiores e brocas com maiores rigidez.
Figura 20 – Erros comuns que podem ocorrer durante a furação
(a) Cônico (b) Abaolado (c) Côncavo (d) Inclinado
(e) Dimensão excessiva (f) com rebarbas (g) curvo
(h) erro de posição (i) Erro de circularidade (j) Erro de forma (k) Erro de dimensão
Fonte – Adaptado Jasinevicius (2016)
21
5 FORÇA EM BROCAS HELICOIDAIS
De acordo com Diniz, Marcondes e Coppini (1990) durante a realização de um
furo uma broca helicoidal é submetida a esforços de torção devido a rotação da broca e a
esforços de compressão devido ao avanço da broca contra a peça. Logo, para conhecer os
esforços envolvidos em um processo de furação é necessário conhecer a força de avanço
total e o momento torsor total e envolvidos no processo.
Tabela 3 – Resistências à penetração que a broca encontra
Simbolo Definição
a resistência ao corte do material nas arestas de corte
b resistência devido ao corte e esmagamento do material
c resistência devido ao atrito
Fonte – Adaptado Diniz, Marcondes e Coppini (1990)
Tabela 4 – Faixa percentual de influencia de cada coeficiente nas forças de avanço e no
momento torçor
a% b% c%
Força de avanço 39− 59 40− 58 2− 5
Momento torçor 77− 90 3− 10 3− 13
Fonte – Adaptado Diniz, Marcondes e Coppini (1990)
Dada as resistências que uma broca tem que vencer é possível obter os somatórios
de forças e momento torçor, equação (1) e equação (2), os coeficientes a b c são explicados
na tabela tabela 3. É possível observar pela tabela tabela 4 que a resistência ao corte do
material nas arestas de corte é a que apresenta a maior influencia no processo de furação.
Ftotal = Fa + Fb + Fc (1)
Mtotal = Ma +Mb +Mc (2)
5.1 FÓRMULAS EXPERIMENTAIS PARA CÁLCULOS DOS ES-
FORÇOS DE FURAÇÃO
Diversos fatores diferentes podem influenciar nos esforços de perfuração, como
profundidade de perfuração, velocidade de corte taxa de avanço da broca, geometria da
Capítulo 5. Força em brocas helicoidais 22
peça, entre outros. As equações empiricas reduzem a quantidade de parâmetros a fim
de que se tenha uma fórmulas possíveis de serem utilizadas que não apresentem erros
significativos devido as considerações feitas. Caso os resultados calculados se afastem
muito dos valores obtidos por meio de ensaios, fatores de correção devem ser aplicados
(DINIZ; MARCONDES; COPPINI, 1990).
Tabela 5 – Coeficientes da equações (3) a (6)
Definição Simbolo Unidade
Momento torçor
furação em cheio Mtch kgf ·mm
Momento torçor
pré-furo Mtpr kgf ·mm
Força de avanço
pré-furo Ftpr kgf
Força de avanço
furação em cheio Ftch kgf
Diâmetro da broca D mm
Avanço da broca f mm/volta
Diâmetro do Pré-furo d0 mm
Potência do motor Pm cv
Rendimento da máquina η %
Número de rotações
da máquina n rpm
Constantes empíricas
do material da peça
C1; x1; y1
C2; x2; y2
C3; x3; z3
 tabela 6
C4; x4; y4 tabela 7
Fonte – Próprios Autores
Tabela 6 – Valores das constantes empíricas de alguns materiais para as equações (3) a (6)
Aço C1 x1 y1 C2 x2 y2 C3 x3 1− z3
1085 30.2 ±0.5 2.05 0.86 161 ±8 1.02 0.79 27.6 1.9 0.71
1020 15.1 ±0.4 2.22 0.76 32.5 ±0.4 1.32 0.65 24.1 1.6 0.77
1065 24.3 ±0.9 2.05 0.83 49.6 ±0.8 1.07 0.54 18.9 2.1 0.7
VM20 48.6 ±1.2 1.77 0.72 27.3 ±0.6 1.3 0.59 21.7 1.9 0.7
Fonte – Adaptado Diniz, Marcondes e Coppini (1990)
Capítulo 5. Força em brocas helicoidais 23
Tabela 7 – Alguns Valores dos coeficientes C4; x4; y4 para equação (6)
Aço C4 x4 1− y4
1085 38 0.9 0.51
1020 112 0.2 0.61
1065 27.8 0.6 0.44
VM20 46 0.5 0.54
Fonte – Adaptado Diniz, Marcondes e Coppini (1990)
5.1.1 FÓRMULA DE KRONENBERG PARA MOMENTO TORÇOR NA
FURAÇÃO EM CHEIO
A fórmula de Kronenberg, equação (3) é utilizada para determinar o Momento
Torçor para uma furação em cheio, os coeficientes são dados explicados na tabela tabela 5:
Mtch = C1 ·Dx1 · f y1 (3)
C1; x1; y1 são constantes empíricas do material a ser perfurado, alguns valores
são mostrados na tabela tabela 6, outros valores podem ser obtidos ao se consultar a
bibliografia referente.
5.1.2 FÓRMULA DE H. DAAR PARA A FORÇA DE AVANÇO NA FURAÇÃO
EM CHEIO
A fórmula equação (4) é utilizada para determinar a força de avanço na furação
em cheio, da mesma forma que na equação de Kronenberg, os coeficientes estão explicados
na tabela 5, e a tabela 6 traz alguns valores para C2; x2; e y2
Ffch = C2 ·Dx2 · f y2 (4)
5.1.3 FÓRMULA DE H. DAAR PARA MOMENTO TORÇOR COM PRÉ-
FURAÇÃO
A fórmula equação (5) é utilizada para determinar o momento torçor na furação
com pre-furo, assim como na equação de Kronenberg e na equação de H. Daar para força
de avanço, os coeficientes são explicados na tabela 5, e a tabela 6 traz alguns valores para
C3; x3; e z3
Mtpr = C3 · f 1−z3 ·D2−x3 · (Dx3 − dx30 ) (5)
Capítulo 5. Força em brocas helicoidais 24
5.1.4 FÓRMULA DE H. DAAR PARA FORÇA DE AVANÇO COM PRÉ-
FURAÇÃO
A fórmula equação (6) é utilizada para determinar a força de avanço na furação
com pre-furo, assim como na equação de Kronenberg, os coeficientes são explicados na
tabela tabela 5, e a tabela tabela 7 traz alguns valores para C4; x4; e y4
Ffpr = C4 · f 1−y4 ·D1−x4 · (Dx4 − dx40 ) (6)
Outras equações experimentais podem ter sido desenvolvidas por outros pesquisa-
dores e podem ser encontradas em outras bibliografias.
5.2 RESISTÊNCIA DE UMA BROCA HELICOIDAL E AVANÇO
MÁXIMO POSSÍVEL
Uma broca helicoidal é submetida principalmente a esforços de compressão e torção.
Se esses esforços não forem iguais, a broca poderá sofrer flexão. Em brocas menores, até
3.5mm também pode ocorrer a flambagem. Caso os esforços que a broca esteja submetida
sejam muito altos ela pode se fraturar. Os esforços de corte são dependentes do avanço
de do diâmetro da broca. Diniz, Marcondes e Coppini (1990) traz que a metodologia de
cálculo do avanço máximo da broca deve levar em conta os três fatores limitantes que são
a resistência da broca, a força de penetração e a potência da máquina.
5.2.1 CÁLCULO DO AVANÇO MÁXIMO PERMISSÍVEL LEVANDO-SE EM
CONTA A RESISTÊNCIA DA BROCA
A tensão resultante da ação conjunta de um momento torsor e da uma força de
compressão pode ser dada na equação (7):
σi =
36.4 ·Mt
D3
(7)
A tensão admissível para uma broca normal de aço rápido é em torno de σ =
25 kgf/mm2. A partir das equação (3) e equação (7), se tem equação (8):
f y1max =
0.69 ·D3−x1
C1
(8)
Caso seja utilizado um avanço menor ou igual ao encontrado através da equação
equação (8), pode se garantir a integridade da broca durante a perfuração. Essa formula é
mais utilizada para brocas de diâmetros pequenos, brocas maiores são naturalmente mais
Capítulo 5. Força em brocas helicoidais 25
resistentes e outras condições passam a ser mais significativas (DINIZ; MARCONDES;
COPPINI, 1990).
5.2.2 CÁLCULO DO AVANÇO MÁXIMO PERMISSÍVEL LEVANDO-SE EM
CONTA A PENETRAÇÃO MÁXIMA DA FURADEIRA
Utilizando a equação (4), a força de penetração máxima de furação pode ser dada
por:
f y2max =
Ffmax
C2 ·Dx2
(9)
5.2.3 CÁLCULO DO AVANÇO MÁXIMO POSSÍVEL LEVANDO EM CONTA
A POTÊNCIA DA MÁQUINA
A potência máxima disponível no eixo de uma furadeira pode ser encontrada pela
equação (10), a demonstração dessa fórmula pode ser encontrada no livro Tecnologia da
Usinagem dos materiais de Diniz, Marcondes e Coppini (1990), os coeficientes são dados
na tabela tabela 5.
f y1max =
716200 · Pm · η
n · C1 ·Dx1
(10)
26
REFERÊNCIAS
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	Sumário
	Introdução
	Máquinas de Furação
	Furadeira de Coluna
	Furadeiras Portáteis
	Furadeiras de bancada
	Furadeira Radial
	Brocas
	Remoção do Cavaco
	Fluido de corte
	Furos
	Alargamento
	Tolerância de Furações
	Erros em furação
	Força em brocas helicoidais
	Fórmulas experimentais para Cálculos dos esforços de furação
	Fórmula de Kronenberg para Momento Torçor na furação em cheio
	Fórmula de H. Daar para a Força de Avanço na furação em cheio
	Fórmula de H. Daar para Momento Torçor com pré-furação
	Fórmula de H. Daar para Força de avanço com pré-furação
	Resistência de uma Broca helicoidal e Avanço máximo possível
	Cálculo do avanço máximo permissível levando-se em conta a resistência da broca
	Cálculo do avanço máximo permissível levando-se em conta a penetração máxima da furadeira
	Cálculo do avanço máximo possível levando em conta a potência da máquina
	Referências