Analisar, avaliar e selecionar racionalmente diferentes métodos de processamento de rosca interna pode ajudar os fabricantes de peças a produzir furos roscados de alta qualidade de forma eficiente e econômica. Vantagens e desvantagens dos cinco principais métodos de processamento de rosca interna: rosqueamento, extrusão, fresamento, torneamento e retificação.
Processamento de Roscas Internas
O rosqueamento é um método eficaz e comum para muitas operações de rosqueamento. Geralmente tem o menor custo inicial, mas não é necessariamente o mais econômico no geral.
O rosqueamento é um processo de corte contínuo no qual o material da peça de trabalho é removido por arestas de corte sequenciais para obter o tamanho final da rosca em uma única passagem. Os machos são fabricados especificamente para os diâmetros maior, menor e de passo da rosca. Como os machos devem concluir o desbaste e o acabamento em uma única passagem, uma grande quantidade de cavacos deve ser evacuada efetivamente e pressão excessiva pode ser gerada, resultando em problemas com a qualidade da rosca ou danos ao macho.
O controle de cavacos é um problema importante que não pode ser ignorado ao rosquear, especialmente ao usinar materiais de peças de trabalho com menor dureza, maior viscosidade e a tendência de produzir cavacos de tiras longas. Esses cavacos de tiras têm o potencial de formar um ninho de pássaro ao redor do macho ou se acumular na flauta de cavacos, fazendo com que o macho quebre no furo. Alumínio, aço carbono e aço inoxidável série 300 são geralmente os materiais de peças de trabalho mais desafiadores para o controle de cavacos.
Os machos podem processar quase qualquer material de peça com dureza abaixo de HRC50, e alguns fabricantes de ferramentas oferecem machos que podem até processar materiais de peça com dureza tão alta quanto HRC65.
O diâmetro do furo é outro fator a ser considerado. A maioria dos usuários finais só consegue rosquear furos com diâmetro menor que 16 mm. Se o diâmetro do furo exceder 16 mm, haverá um problema se a máquina-ferramenta tem potência suficiente para girar a torneira. Quando o diâmetro do furo é menor que 6,35 mm, a rosqueamento também é propensa a problemas devido ao espaço limitado para cavacos e à menor resistência de torneiras de pequeno diâmetro.
Além disso, o comprimento da rosca interna que pode ser processada pela torneira pode geralmente atingir mais de 3 vezes seu diâmetro. Para roscas de furo profundo, as torneiras são frequentemente mais rápidas do que as fresas de rosca de dente único. Contanto que os cavacos possam ser descarregados com sucesso do furo, a profundidade da torneira pode ser rosqueada.
Como o diâmetro e o passo são fixos, uma torneira não pode processar tamanhos de parafusos diferentes. Além disso, devido à grande área de contato entre a torneira e a parede do furo durante o rosqueamento, e à alta força de corte gerada, a torneira pode quebrar e ficar presa no furo, fazendo com que a peça de trabalho seja descartada. O rosqueamento também requer um alto lubrificante para concluir o processo de forma eficaz.
Processamento de extrusão de rosca interna
Ao transferir (em vez de cortar) o material da peça de trabalho, as roscas de extrusão podem produzir roscas internas de até 4 vezes o diâmetro. Como não são produzidos cavacos, não há necessidade de se preocupar com a formação de ninhos de pássaros de cavacos. No entanto, as roscas de extrusão exigem que a dureza da peça de trabalho seja limitada a menos de cerca de HRC40. Além disso, o material da peça de trabalho deve ter boa ductilidade devido à necessidade de transferir material.
As torneiras de extrusão geralmente têm menos de 19 mm de diâmetro e podem ser tão pequenas quanto 0,5 mm. Quanto maior o diâmetro da torneira, maior o atrito gerado durante o processamento e maior a potência necessária para a máquina-ferramenta.
Comparadas com as torneiras de corte, as torneiras de extrusão são mais rígidas e menos propensas a quebrar. A pressão que atua nas torneiras de corte é uma força tangencial através de sua superfície poligonal, enquanto a pressão que atua nas torneiras de extrusão é uma força radial em direção ao centro da torneira, então é muito maior que a força tangencial.
Comparados com roscas cortadas, os machos de extrusão são mais resistentes porque formam roscas comprimindo (em vez de cisalhar) a estrutura de grãos do material da peça de trabalho.
Comparado com o rosqueamento de corte, o rosqueamento de extrusão requer uma máquina com maior torque e potência, maiores requisitos para estabilidade de fixação da peça de trabalho, maior força necessária para transferir o material da peça de trabalho do que o corte do material da peça de trabalho e maiores requisitos de precisão de perfuração para furos de parafusos.
Em algumas indústrias, incluindo a indústria médica e a indústria aeroespacial, a rosca de extrusão não é aceita. O passo da rosca formado pela rosca de extrusão tem defeitos, e a indústria aeroespacial não permite pontas afiadas (perfil de dente em forma de U) no passo da rosca. No entanto, esse defeito não afeta a resistência à tração da rosca, portanto, não é um motivo para rejeitá-la para peças de uso geral.
Processamento de fresamento de roscas internas
Fresas de topo de rosca use interpolação helicoidal para cortar roscas internas e externas. A maioria das máquinas CNC construídas nos últimos 10-15 anos tem capacidades de fresamento de roscas.
O fresamento de roscas pode ser feito com fresas de rosca de metal duro sólidas ou fresas de rosca de inserto indexável (com hastes de aço e insertos de metal duro). Fresas de rosca multidente produzem roscas de profundidade total em uma rotação ao redor do furo, enquanto fresas de rosca de dente único têm arestas de corte em apenas uma face e podem produzir apenas uma rosca por vez. No entanto, a maioria das fresas de rosca tem vários dentes.
A fresagem de rosca é adequada para usinar materiais de peças de trabalho com dureza de até HRC 65 e tem excelente versatilidade. Fresas de rosca com um ou dois revestimentos diferentes são geralmente usadas para usinar uma variedade de materiais de peças de trabalho.
O controle de cavacos para fresamento de roscas geralmente não é difícil. O fresamento de roscas é um corte interrompido, o que significa que cavacos curtos e interrompidos podem ser formados independentemente das características do cavaco do material da peça.
As fresas de rosca cobrem uma ampla gama de tamanhos, desde roscas tão pequenas quanto 0-80 (diâmetro de corte de 1,524 mm) até roscas com os maiores diâmetros de furo. Em geral, a melhor profundidade de furo para fresamento de rosca é controlada dentro de cerca de 2,5 vezes o diâmetro do furo. A força de corte do fresamento de rosca não é equilibrada. Se o comprimento de fresamento for muito grande, a grande força de corte radial formará uma grande pressão lateral, causando problemas como deflexão da fresa, lascamento da aresta de corte e até mesmo fresas de tamanho pequeno.
No entanto, fresas de rosca de dente único podem processar furos de parafuso mais profundos, até 20 vezes o diâmetro do furo. Como todo o corte é feito na extremidade da fresa, não há problema de deflexão da ferramenta. Muitos usuários que produzem equipamentos para campos petrolíferos ou grandes componentes de energia precisam usar fresas de rosca de haste longa. Para eles, fresar várias roscas com uma fresa de dente único é mais lento, mas ainda é mais econômico do que investir $1.000 em uma torneira de 250 mm de comprimento.
A fresagem de roscas tem muitas vantagens. Uma única fresa pode ser usada para processar uma série de furos de parafusos com o mesmo passo e diferentes diâmetros de furo, enquanto uma fresa de dente único pode processar furos de parafusos com vários passos e vários diâmetros de furo. Além disso, uma fresa de roscas pode ser usada para processar furos cegos e furos passantes, e roscas direitas e esquerdas podem ser processadas. Como a fresa de roscas tem uma estrutura de fundo plano, ela também pode processar uma rosca completa perto do fundo do furo cego. Mesmo se o fresa final quebras, é improvável que cause o descarte da peça. Finalmente, a fresa de rosca também pode ser combinada com outras ferramentas de processamento de furos para formar uma ferramenta composta (como uma ferramenta composta de furação, chanfragem e fresamento de rosca).
No entanto, comparado com o rosqueamento, o fresamento de roscas geralmente leva um ciclo mais longo. Como o fresamento de roscas requer um programa de processamento especial, alguns usuários podem relutar em usar esse método de processamento. No entanto, esse programa não é complicado e pode ser compilado usando muitos softwares de programação CNC.
Algumas empresas ainda preferem o rosqueamento porque não querem que o operador intervenha no processamento. O fresamento de roscas exige que o operador faça alguns ajustes de compensação na máquina-ferramenta. O diâmetro da fresa diminuirá gradualmente devido ao desgaste normal. Para manter o tamanho de processamento apropriado, o operador deve compensar o desgaste da ferramenta por meio de ajustes. A tolerância da rosca precisa ser medida primeiro e, em seguida, os parâmetros de processamento são ajustados de acordo com o desgaste medido. O operador só pode testar regularmente a rosca com um medidor. Se o resultado do teste for insatisfatório, a torneira precisa ser substituída.
Processamento de torneamento de rosca interna
Outra maneira de produzir roscas internas é girá-las em uma máquina multieixo ou torno com uma pastilha indexável ou uma pequena ferramenta de mandrilar de corpo sólido. Esse processo pode ser feito com pastilhas de dente único ou multidente. As pastilhas multidente têm vários dentes em cada aresta de corte, com cada dente subsequente cortando mais fundo do que o anterior. Usar uma pastilha multidente reduz o número de passagens necessárias para completar a rosca. No entanto, as pastilhas multidente são mais caras, então são mais vantajosas para produção em alto volume, não para produção em baixo volume.
Roscas internas também podem ser torneadas com uma ferramenta de mandrilamento de corpo sólido. Ao tornear roscas com uma ferramenta de dente único, os usuários podem usar um inserto de perfil completo ou de perfil parcial (insertos de vários dentes têm apenas um perfil completo), com insertos de perfil completo produzindo o perfil de rosca completo, incluindo a crista (o inserto corta o diâmetro menor da rosca). Com este inserto, um inserto separado é necessário para cada passo.
Insertos de perfil completo produzem roscas mais fortes e precisas com menos passadas do que insertos de perfil parcial porque podem produzir os diâmetros maior, menor e de passo da rosca ao mesmo tempo.
Algumas inserções em formato de dente não têm cristas (elas não podem cortar o diâmetro da rosca), e algumas inserções em formato de dente têm apenas um dente, então diferentes passos podem ser produzidos usando diferentes profundidades de corte. Esta rosca tem um arco de crista muito afiado, o que reduz a resistência da rosca grossa e leva mais tempo para processar.
A gama de tamanhos de processamento para torneamento de roscas com ferramentas indexáveis é muito ampla, desde o maior diâmetro até furos de parafusos tão pequenos quanto 6 mm. Furos de parafusos com diâmetro menor que 6 mm precisam ser processados com ferramentas de metal duro sólido, e o diâmetro mínimo de furo que pode ser processado pode atingir cerca de 1,25 mm. Para furos de grande diâmetro, a Vargus processou grandes furos de parafusos com diâmetro de até 0,9 m em um torno de torre vertical que está em serviço há cerca de 100 anos. Não há outra maneira de processar roscas de furos tão grandes, exceto torneamento. Esta máquina-ferramenta antiga não tem função de interpolação helicoidal.
Ferramentas de torneamento de roscas com hastes de aço são adequadas para processar furos de até 3 vezes o diâmetro do furo, enquanto ferramentas com hastes de carboneto podem processar furos de 4 a 5 vezes o diâmetro do furo.
O torneamento de roscas também pode processar uma variedade de materiais de peças de trabalho, e as roscas podem ser torneadas em peças de trabalho com dureza de até HRC50 ou ligas de alta temperatura, como Hastelloy e Inconel. No entanto, esses materiais são duros e abrasivos, o que encurta a vida útil da ferramenta.
O controle de cavacos é crítico no torneamento de roscas internas, especialmente ao tornear roscas de furo cego. Os usuários podem usar a geometria do inserto para controlar cavacos e usar métodos de alimentação (incluindo alimentação radial, alimentação de flanco, alimentação modificada de flanco ou alimentação alternada de flanco) ou métodos helicoidais reversos (direção da formação de rosca para longe do fuso em vez de em direção ao fuso) para ajudar na evacuação de cavacos.
O método de alimentação a ser usado depende das condições de processamento, mas na maioria dos casos, é benéfico usar alimentação radial de flanco modificada, então pode ser a preferência padrão. No entanto, em quase todas as máquinas-ferramentas, se um parâmetro no programa de usinagem não for alterado, a usinagem será realizada no modo de alimentação radial.
Retificação de Roscas Internas
A retificação de roscas é um método de usinagem de alta precisão e uma escolha eficaz para roscas internas de precisão com requisitos de tolerância rigorosos. Várias roscas internas, ranhuras, pistas de rolamentos e outras características de peças relacionadas podem ser usinadas em uma retificadora. Peças típicas que podem ser usinadas com uma retificadora de roscas internas incluem calibradores de anéis de rosca, porcas de rolos, parafusos de esferas, etc.
A retificação de rosca interna geralmente precisa ser realizada em uma retificadora dedicada. Em termos gerais, para retificar uma rosca com um perfil de dente preciso, a posição de instalação da roda de retificação da máquina-ferramenta deve ser inclinada de acordo com o ângulo da hélice da rosca, o que requer um eixo rotativo, que a maioria das retificadoras de uso geral não tem. Às vezes, o método de retificação paralela do eixo A também pode ser usado, com uma roda de retificação de vários dentes que foi modificada (corrigiu seu perfil helicoidal) inserida diretamente na peça de trabalho para retificar a rosca externa, mas a retificação de rosca interna requer uma roda de retificação de dente único instalada no eixo A de acordo com o ângulo da hélice.
O tamanho do diâmetro interno da retificação de rosca com boa economia de usinagem é geralmente de 10-25 mm. A regra geral para retificar roscas internas de furos profundos é: a proporção do comprimento do eixo do rebolo para o diâmetro não excede 7:1. O principal desafio na retificação de roscas internas profundas é o ângulo da hélice versus o diâmetro do furo. À medida que o comprimento da rosca aumenta e o diâmetro do furo diminui, a retificação em ângulos de hélice altos se torna difícil porque o fuso de retificação tem mais probabilidade de colidir com a peça de trabalho.
O controle de cavacos para retificação de rosca interna envolve a lavagem da zona de retificação com refrigerante. Novamente, é difícil levar o refrigerante para a zona de retificação na direção da rotação da roda sem obstruir a roda e o fuso de retificação de entrar no pequeno furo, pois o espaço do furo interno é limitado.
A retificação de rosca interna é altamente precisa, permitindo que a roda seja precisamente contornada e recontornada rapidamente, conforme necessário, após a roda ser formada. Além disso, a retificação de rosca interna aumenta a produtividade. A roda pode ser recontornada para produzir diferentes formatos de rosca sem precisar trocar outras rodas.
Uma boa retificadora de rosca interna deve ter várias características: boa rigidez e estabilidade térmica, alta precisão de movimento do eixo, feedback preciso da posição em malha fechada e um fuso de precisão com temperatura controlada.
Como um fabricante de peças determina qual método de rosqueamento interno usar? Cada método de processamento tem suas próprias vantagens e desvantagens. Se um método de processamento não puder obter resultados satisfatórios, outros métodos de processamento devem ser tentados. Ao determinar o processo de processamento de rosca interna, é importante considerar que tipo de máquina-ferramenta você tem e avaliar cuidadosamente o custo da ferramenta, o ciclo de processamento e a vida útil da ferramenta.
