Mandrilamento - Claudir Becher

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
CLAUDIR J. S. BECHER 
 
 
 
 
 
 
MANDRILAMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Alegre - RS 
2021 
1. Introdução ao mandrilamento 
O mandrilamento é uma operação que utiliza uma ferramenta monocortante 
contra uma peça fixa com o objetivo de usinar o diâmetro interno de um orifício 
preexistente fundido, forjado ou extrudado, garantindo boa qualidade de forma, boa 
qualidade da superfície e estreitas tolerâncias dimensionais. Na língua inglesa, a 
nomenclatura utilizada para a operação de mandrilamento - boring - é a mesma para a 
operação que, em português, indica o torneamento interno, denominada 
broqueamento. As máquinas-ferramenta utilizadas para realizar operações de 
mandrilamento são chamadas mandriladoras. 
O mandrilamento apresenta algumas características semelhantes ao 
torneamento, pelo fato de a ferramenta remover o cavaco através de uma trajetória 
circular. Entretanto, no mandrilamento, é a ferramenta que rotaciona, enquanto a peça 
efetua o movimento de avanço, diferentemente do torneamento, onde ocorre o oposto 
(figura 1). 
As operações de mandrilamento podem ser usadas para desbaste ou 
acabamento e são preferencialmente escolhidas para usinagem de peças de grandes 
dimensões, como armações de máquinas, bases de motores, entre outros, para as 
quais se tornaria difícil e perigoso um posicionamento sobre as placas rotatórias de um 
torno. 
Pelo mandrilamento pode-se conseguir superfícies internas cilíndricas ou 
cônicas em espaços normalmente difíceis de serem atingidos, com eixos 
perfeitamente paralelos entre si. A ferramenta de corte é fixada a uma barra de 
mandrilar (também chamada de mandril) em um certo ângulo, cujo valor depende da 
operação a ser realizada. 
 
 
Figura 1 – Representação do processo de mandrilamento. 
 
2. Tipos de mandrilamento 
 O mandrilhamento pode ser classificado, de acordo com o movimento de 
avanço e a posição da ferramenta em relação à peça, como mandrilamento cilíndrico, 
mandrilamento cônico, mandrilamento radial ou mandrilamento esférico. 
2.1 Mandrilamento cilíndrico 
 O mandrilhamento cilíndrico é o processo em que a superfície usinada é 
cilíndrica e o seu eixo de rotação coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta 
gira. 
 
Figura 2 – Esquema do mandrilamento cilíndrico. 
 
2.2 Mandrilamento cônico 
 É o processo em que a superfície usinada é cônica e seu eixo de rotação 
coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta gira. 
 
Figura 3 – Esquema do mandrilamento cônico. 
 
2.3 Mandrilamento radial 
 Também chamado de faceamento, é o processo em que a superfície usinada é 
plana e perpendicular ao eixo em torno do qual gira a ferramenta. 
 
Figura 4 – Esquema do mandrilamento radial. 
2.4 Mandrilamento esférico 
 É o processo em que a superfície usinada é esférica e o eixo de rotação 
coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta gira. 
 
Figura 5 – Esquema do mandrilamento esférico. 
 
 Ainda podemos classificar o mandrilamento como uma operação de desbaste 
ou de acabamento da peça. 
2.5 Desbaste 
 Usinagem de um furo existente com foco na remoção de metal para preparar 
para o acabamento. As ferramentas de mandrilar em desbaste podem ser 
configuradas para mandrilamento produtivo, mandrilamento escalonado ou 
mandrilamento com aresta única. 
 
2.5.1 Mandrilamento produtivo 
 O mandrilamento produtivo é o set-up básico para a maioria das aplicações de 
mandrilamento e é a melhor escolha para produtividade máxima. Ele envolve duas ou 
três arestas de corte e é empregado para operações de desbaste de furos, com 
tolerância IT9 ou maior, em que a taxa de remoção de metal é a principal prioridade. 
 
Figura 6 – Representação do mandrilamento produtivo. 
 
2.5.2 Mandrilamento escalonado 
 Uma ferramenta de mandrilar escalonada tem as pastilhas ajustadas em 
diferentes diâmetros e alturas axiais. Este método é usado quando uma grande 
profundidade de corte radial for necessária ou para melhorar o controle de cavacos em 
materiais com cavacos longos, pois a largura dos cavacos pode ser dividida em 
cavacos menores e mais fáceis de manusear. A quantidade de ferramentas e as 
trocas da ferramenta podem ser reduzidas no mandrilamento escalonado. A tolerância 
do furo produzido é IT9 ou maior. 
 
Figura 7 – Representação do mandrilamento escalonado. 
 
2.5.3 Mandrilamento com aresta única 
 O mandrilamento com aresta única é realizado quando se usa somente uma 
aresta de corte. Ele pode ser vantajoso em materiais em que o controle de cavacos é 
importante, por produzirem cavacos longos, ou quando a potência da máquina-
ferramenta for limitada. 
 
Figura 8 – Representação do mandrilamento com aresta única. 
 
2.6 Acabamento 
 As operações para mandrilamento de precisão são realizadas para acabar um 
furo existente, obter uma tolerância estreita do furo, corrigir o posicionamento e 
melhorar a qualidade do acabamento superficial. A usinagem é executada com 
pequenas profundidades de corte, geralmente abaixo de 0,5 mm. Algumas das 
operações de acabamento são o mandrilamento reverso e o mandrilamento externo. 
 
2.6.1 Mandrilamento reverso 
 O mandrilamento reverso é usado para permitir a usinagem de um furo com um 
canto a 90 graus que não pode ser alcançado na direção oposta. O mandrilamento 
reverso também pode ser usado para otimizar a concentricidade de um furo com um 
canto a 90 graus, já que todo o furo é usinado a partir de uma única posição. 
 
 
Figura 9 – Representação do mandrilamento reverso. 
 
2.6.2 Mandrilamento externo 
 As operações de acabamento externo podem ser feitas com uma ferramenta 
de mandrilamento de precisão para obter uma tolerância mais estreita do diâmetro. Na 
usinagem externa o mandril irá girar ao redor da peça e causará forças centrífugas 
elevadas. Portanto, a velocidade de corte máxima para uma aplicação externa deve 
ser calculada em relação à velocidade máxima de corte para o diâmetro. 
 
Figura 10 – Representação do mandrilamento externo. 
 
3. A mandriladora 
 As mandriladoras são máquinas especiais que permitem a adaptação de 
diferentes tipos de ferramentas. Com o acoplamento de acessórios apropriados, a 
mandriladora, além do mandrilamento, pode ser utilizada para furar, fresar, rosquear, 
tornando-se, nesses casos, uma máquina universal. 
As mandriladoras, como a maioria das outras máquinas-ferramenta, podem ser 
classificadas como horizontais ou verticais. A designação se refere à orientação do 
eixo de rotação da ferramenta. 
Em máquinas como essas usinam-se grandes carcaças de caixas de 
engrenagens e estruturas de máquinas. Uma peça com forma prismática pode ser 
usinada em todas as suas quatro faces verticais, porque a mandriladora tem uma 
mesa giratória que possibilita a usinagem em todos os lados. 
A mandriladora pode realizar um grande número de movimentos. É possível 
posicionar a ferramenta para usinar um furo ajustando-se o cabeçote em determinada 
altura, e a mesa em posição transversal. Todos os deslocamentos são indicados em 
escalas graduadas. Nas mandriladoras mais modernas, as escalas possuem 
equipamentos de leitura óptica ou contadores numéricos digitais, que permitem maior 
exatidão no trabalho. 
A vantagem do uso dessa máquina é a economia de tempo. A mandriladora 
universal tem a capacidade de processar todas as operações necessárias de 
usinagem, do começo ao fim, do desbaste ao acabamento, sem que haja necessidade 
de remover a peça da máquina. 
Se, por exemplo, temos a necessidade de usinar a carcaça de uma caixa de 
engrenagens, ela é colocada na mandriladora apoiada na mesa giratória. A mesa gira 
e, assim, permite o giro da carcaça em torno do seu eixo vertical. Desse modo, são 
executadas todas as operações necessárias, como corte e rosqueamento, cada uma a 
seu tempo. 
Em mandriladoras horizontais (figura 11),a peça é montada em uma mesa que 
pode se mover horizontalmente nas direções axial e radial. A ferramenta de corte é 
montada em um fuso que gira no cabeçote, que é capaz de movimentos verticais e 
longitudinais. Brocas, alargadores, machos e fresas também podem ser montados no 
fuso da máquina. 
 
Figura 11 – Mandriladora horizontal. 
 
Uma mandriladora vertical (figura 12) é semelhante a um torno, tem um eixo 
vertical de rotação da peça e pode acomodar peças com diâmetros de até 2,5 m. 
 
Figura 12 – Mandriladora vertical. 
 
Ainda podemos encontrar outros dois tipos de mandriladoras que se destacam: 
mandriladora múltipla e mandriladora CNC. 
A mandriladora múltipla (figura 13) surge quando há a necessidade de se 
produzir em grande escala ou quando a peça precisa passar por uma série de 
operações rapidamente. Nessa máquina há a possibilidade de a usinagem ser 
realizada tanto horizontal quanto verticalmente; isto se dá devido a maior quantidade 
de cabeçotes disponíveis na máquina. 
 
Figura 13 – Mandriladora múltipla. 
 
Assim como em outras máquinas, com o avanço tecnológico foi possível 
implementar um controle numérico computadorizado nas mandriladoras, originando as 
mandriladoras CNC (figura 14). Estas máquinas possuem as mesmas características 
básicas estruturais das outras mandriladoras, porém, as mandriladoras CNC contém 
uma estação onde se faz a programação das operações a serem realizadas. Com 
esse comando computadorizado torna-se possível a execução de operações mais 
complexas, além do aumento da produtividade e consequentemente economia de 
tempo. 
 
Figura 14 – Mandriladora CNC. 
 
3.1 Partes da mandriladora 
 
Figura 15 – Partes da mandriladora. 
• a) Árvore porta-ferramenta: sistema de fixação da ferramenta a ser utilizada no 
processo de usinagem, cuja fixação é feita pelo mandril de furo cônico. Pode 
ser disposta tanto vertical quanto horizontalmente, dando origem à 
classificação das mandriladoras; 
• b) Carro ou cabeçote porta-árvore: transmite o movimento de rotação para a 
árvore porta-ferramentas; 
• c) Montante: fixado sobre o embasamento, possui guias para o cabeçote porta-
árvore, com regulagem de altura; 
• d) Coluna ou luneta: estrutura que serve como suporte e guia de 
movimentação para a barra de mandrilar. Possui ajuste de altura; 
• e) Mesa: desloca-se sobre a base, movimentado a peça para a posição de 
usinagem; 
• f) Barra ou haste de mandrilar (mandril): barra utilizada para usinar furos pré-
estabelecidos, na qual são montadas as ferramentas. Deve ser rígida e 
perfeitamente cilíndrica. 
 
 
3.2 Ferramentas da mandriladora 
As ferramentas de mandrilar são selecionadas em função das dimensões 
(comprimento e diâmetro) e características das operações a serem realizadas. Elas 
têm pequenas dimensões porque, geralmente, trabalham no interior de furos 
previamente executados por brocas. São feitas de aço rápido ou carboneto metálico e 
montadas em uma barra de mandrilar. 
A barra de mandrilar deve ser rígida, cilíndrica, sem defeito de retilineidade. 
Deve ser bem posicionada no eixo-árvore, para possibilitar a montagem de buchas 
que formam mancais (figura 16), evitando com isso possíveis desvios e vibrações 
durante o uso. 
 
Figura 16 – Barra de mandrilar montada com buchas. 
 
As ferramentas de uso mais comum nas mandriladoras são: 
• Hastes com pastilhas soldadas de corte simples: usadas para desbastar; 
 
Figura 16 – Esquema de haste com pastilha de corte simples. 
• Lâminas de corte duplo: usadas para fazer rebaixos internos de furos; 
 
Figura 17 – Esquema de lâmina de corte duplo. 
 
 
• Brocas helicoidais: usadas para corrigir deformações, como ovalização, 
conicidade, retilineidade, e na operação de pré-alargamento de furos de até 
100 mm; 
 
Figura 18 – Broca helicoidal. 
 
 
• Escareadores e rebaixadores: usados no trabalho de alojamento e rebaixo de 
furos previamente executados por brocas comuns; 
 
Figura 19 – Escareador e rebaixador, respectivamente. 
 
 
• Alargadores fixos: usados para calibrar furos; 
 
Figura 20 – Alargadores fixos. 
 
• Alargadores cônicos: usados para alargar superfícies cônicas internas. Podem 
ser de desbaste ou acabamento. 
 
Figura 21 – Alargador cônico de desbaste e acabamento, respectivamente. 
 
 
3.3 Sistema modular 
 As paradas de máquina para troca de ferramentas representam tempo ocioso 
que reflete nos custos de produção. Atualmente, um novo conceito em ferramentas de 
mandrilamento é utilizado na indústria, em que um sistema modular de ferramental 
permite reduzir o tempo gasto nas trocas de ferramentas, mantendo a exatidão no 
trabalho. 
O sistema modular possibilita dispor de um conjunto de ferramentas com partes 
modulares intercambiáveis (figura 20). O único componente específico de máquina em 
todo esse arranjo é o adaptador de fuso. Para operar com esse sistema, reúnem-se 
blocos elementares de dispositivos, como extensões, reduções, diferentes cabeçotes 
de mandrilar e acessórios. Quando um sistema modular é bem desenvolvido, ele 
possibilita solução mais rápida para praticamente todos os problemas de 
mandrilamento. 
 
Figura 22 – Sistema modular. 
4. Refrigeração 
 O calor gerado durante o processo de mandrilamento pode gerar problemas 
com relação à ferramenta. Além de poder perder sua têmpera, o calor em excesso 
pode causar danos à peça de diferentes formas. 
Para evitar este tipo de problema, fluidos refrigerantes podem ser utilizados de 
forma abundante, focando-se principalmente sobre o local de contato entre a peça e a 
ferramenta. Com isso, o calor excessivo é eliminado e a capacidade de corte da 
ferramenta aumenta, juntamente com a qualidade do acabamento na superfície 
usinada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
[1] GROOVER, Mikell P. Introdução aos Processos de Fabricação. 1ª ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2014. 
[2] KALPAKJIAN, Serope; SCHMID, Steven. Manufacturing Engineering and 
Technology. 6ª ed. Pearson, 2009. 
[3] SANDVIK COROMANT. Boring holes. Disponível em: <sandvik.coromant.com/en-
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[4] DIRECT INDUSTRY. Todos os produtos AZ Spa. Disponível em: 
<directindustry.com/pt/prod/az-spa-51483.html>.