Mandrilamento de metais

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA DA UFPA
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA: USINAGEM DOS METAIS

MANDRILADORA
S
Professora: Maria Adrina Paixão de Souza da Silva, Dra. 1
Eng.


MANDRILADORAS

INTRODUÇÃO

2


INTRODUÇÃO
MANDRILAMENTO
É um processo mecânico de usinagem de
superfícies de revolução, com o auxílio de uma ou
mais ferramentas de corte. Nessa operação, a
ferramenta de corte é fixada a uma barra de
mandrilar em um certo ângulo, determinado pela
operação a ser realizada.

3


INTRODUÇÃO

4
mandril


INTRODUÇÃO

5


MANDRILADORAS

TIPOS DE
MANDRILAMENT
O
6


TIPOS DE
MANDRILAMENTO
Dependendo do trabalho, o mandrilamento, também
conhecido como mandrilagem ou broqueamento, pode ser:

Cilíndrico
Cônico
Radial
Esférico.

Pelo mandrilamento pode-se conseguir superfícies cilíndricas
ou cônicas, internas, em espaços normalmente difíceis de
serem atingidos, com eixos perfeitamente paralelos entre si.
7


2.1.

CILÍNDRICO
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.

8


2.1.

CILÍNDRICO

9
mandrilamento cilíndrico


2.2.

CÔNICO
Processo em que a superfície usinada é cônica e seu eixo de
rotação coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta
gira.

10


2.2.

CÔNICO

11
mandrilamento cônico


2.3.

RADIAL
Processo em que a superfície usinada é plana e perpendicular
ao eixo em torno do qual gira a ferramenta.

12


2.3.

RADIAL

13
mandrilamento radial


2.4.

ESFÉRICO
Processo em que a superfície usinada é esférica e o eixo de
rotação coincide com o eixo em torno do qual a ferramenta
gira.

14


2. 4.

ESFÉRICO

15
mandrilamento esférico


MANDRILADORAS

A MÁQUINA

16


A
MÁQUINA
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 etc., tornando-se, nesses casos, uma máquina
universal.

Dependendo da posição do eixo-árvore, as mandriladoras
podem ser horizontais ou verticais

17


A
MÁQUINA

mandriladora universal vertical

mandriladora universal horizontal
18


MANDRILADORAS

ELEMENTOS
BÁSICOS DE
UMA 19


ELEMENTOS BÁSICOS DE UMA
MANDRILADORAS

(A) Base e barramento para o movimento do carro.
(B) Coluna do cabeçote.
(C) Cabeçote porta mandril e anexos cinemáticos.
(D) Coluna da luneta.
(E) Luneta.
20
(F) Carro com a mesa giratória.


4.1. BASE E BARRAMENTO

PARA O MOVIMENTO DO
CARRO
É essencial para garantir que as
medidas sejam impostas as peças.

É composto de trilhos paralelos que
sustenta o carro com a mesa giratória

21


4.2. COLUNA DO
CABEÇOTE
É fixado na base da mandriladora e
leva as guias para o corrimento do
cabeçote.

22


4.3. CABEÇOTE PORTA

MANDRIL E ANEXOS
CINEMÁTICOS
É uma das partes essenciais da mandriladora e se compõe de:
a caixa, o berço, a placa giratória com o mandril e os
comandos.

A placa tem a finalidade de poder executar faceamentos
perfeitamente normais ao eixo de rotação.

O mandril central apresenta em sua extremidade um furo
cônico, no qual podem ser acopladas várias ferramentas
como brocas, alargadores e fresas.

23


4.3. CABEÇOTE PORTA

MANDRIL E ANEXOS
CINEMÁTICOS

24
Placa porta-utensílios


4.4. COLUNA DA
LUNETA

Alinha-se sobre as mesmas guias da base que serve para o
carro; possui duas guias verticais para a movimentação da
luneta

25


4.5. LUNETA
É presa às guias verticais de sua base, onde pode deslocar-se
quando acionada pelo fuso; o ajuste da altura pode ser feito à
mão ou automaticamente, junto com o cabeçote.

26


4.6. CARRO COM A
MESA GIRATÓRIA
Desloca-se sobre o barramento da base; além do movimento
longitudinal, o carro também anda transversalmente sobre um
trenó secundário.

Mesa giratória: 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

27


MANDRILADORAS
OUTRAS
OPERAÇÕES
REALIZADAS PELA
MANDRILADORA 28


5.1. FRESAGEM

REALIZADA COM A
MANDRILADORA
Operação de fresagem frontal realizada por uma mandriladora

29


5.2. ROSQUEAMENTO

REALIZADO COM A
MANDRILADORA
Operações de rosqueamento interno e externo realizados por uma
mandriladora

30


5.3. ALGUMAS OPERAÇÕES

REALIZADAS PELA
MANDRILADORA
Com máquinas de simples translação axial:
a)Furação;

b) Alargamento com broca de correção;

c) Mandrilamento com uma só lâmina angular;

d) Desbaste e acabamento com duas lâminas sucessivas;

e) Mandrilamento com alargador;
31
f) Mandrilamento com uma lâmina.



REALIZADAS PELA
MANDRILADORA

32



REALIZADAS PELA
MANDRILADORA
Com máquinas de simples translação combinada:

g) Faceamento e torneamento de ajuste;

h) Perfis internos;

I) Furo cilíndrico e faceamento;

j) Torneamento de duas superfícies com diâmetros diferentes;

k) Mandrilamento cônico;

l) Mandrilamento esférico. 33



REALIZADAS PELA
MANDRILADORA

34


MANDRILADORAS

FERRAMENTAS
PARA
MANDRILAR 35


FERRAMENTAS
PARA MANDRILAR
Consiste em um suporte básico, um adaptador e uma unidade de
corte na forma de cápsula ou unidade de mandrilamento de precisão.

Uma cabeça para mandrilamento de precisão é montada em uma
barra de mandrilamento que é ajustável radialmente e um alargador
consiste em uma haste de ferramenta com uma cabeça de passo fino
com lâminas soldadas.

As ferramentas são ajustáveis radialmente dentro de uma faixa
específica de diâmetros.

36


FERRAMENTAS
PARA MANDRILAR
As ferramentas para 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 e sem defeito de
retilineidade. Deve ser bem montada no eixo-árvore, evitando com
isso possíveis desvios e vibrações durante o uso.
37


6.1.

ESCAREADORES E
REBAIXADORES
Usados nos trabalhos de alojamento de furos previamente
executados por brocas comuns.

38
Escareadores


6.1.

ESCAREADORES E
REBAIXADORES
Usados nos trabalhos de alojamento de furos previamente
executados por brocas comuns.

39
Rebaixador


6.2.

ALARGADORES
CÔNICOS
Usados para alargar superfícies cônicas internas; esses alargadores
podem ser de desbaste ou acabamento

40
Alargadores cônicos


6.3.

ALARGADORES
FIXOS
Usados para calibrar furos.

41
Alargador fixo


6.4. LÂMINAS DE
CORTE DUPLO
Usada para fazer rebaixos internos de furos

42
Lâminas de corte duplo


6.4. HASTES COM

PASTILHAS SOLDADAS DE
CORTE SIMPLES
Usada para desbastar

43
Hastes com pastilhas soldadas


6.4. BROCAS HELICOIDAIS
DE CORREÇÃO

Usadas para corrigir deformações, como ovalização, conicidade e
retilineidade, e na operação de pré-alargamento de furos com até
100mm

44
Broca helicoidal de correção


MANDRILADORAS
SELEÇÃO DE
FERRAMENTAS
PARA O
MANDRILAMENTO 45


SELEÇÃO DE

FERRAMENTAS PARA O
MANDRILAMENTO
As ferramentas de mandrilar são de extrema importância a
produtividade de um processo.

Uma vez que o mandrilamento é um processo freqüentemente
empregado na usinagem final de peças, que já adquiriram um
elevado valor através de horas de usinagem prévia, a produção de
refugos neste estágio é altamente indesejável.

Portanto é muito importante o que deve ser considerado ao se
escolher o tipo de ferramenta para uma operação de mandrilamento.

Deve-se ter em mente os seguintes aspectos:
46


SELEÇÃO DE

FERRAMENTAS PARA O
MANDRILAMENTO
1. Definir o tipo de operação: Identificar o tipo de operação e as
características relacionadas com o furo a ser usinado, limitações,
material e máquina.

2. Selecione um sistema de mandrilamento: Encontrar um sistema que
atenda aos requisitos da operação – desbaste ou acabamento e
também as condições.

3. Definição do diâmetro de mandrilamento e os requisitos de furo:
Selecionar uma ferramenta que abranja a faixa de diâmetro,
acabamento superficial e tolerâncias da operação.

47


SELEÇÃO DE

FERRAMENTAS PARA O
MANDRILAMENTO
4. Escolha o ângulo de posição: Com base no ângulo de posição
selecionado, escolha o tipo de unidade de corte apropriado. Isso
também indicara o tipo de pastilha mais apropriado.

5. Seleção do adaptador: Escolha com base principalmente, no tamanho
do acoplamento e na profundidade de mandrilamento.

6. Seleção das pastilhas para a ferramenta: Determinação com base
nas recomendações de estilo e tamanho; e no tipo de material da peça
e nas condições de usinagem.

48


MANDRILADORAS
TIPOS DE
OPERAÇÕES DE
FERRAMENTA NO
MANDRILAMENTO 49


TIPOS DE OPERAÇÕES DE
FERRAMENTA NO
MANDRILAMENTO
Cortes de aresta única: É aplicado em operações de acabamento e
para desbaste e acabamento em materiais em que o controle de cavacos
é exigente. Uma ferramenta de mandrilamento com aresta única também
pode ser uma solução quando a potencia da maquina for um fator
limitante.

Cortes multi-aresta: Envolve duas ou três arestas. É empregado para
operações de acabamento em que a taxa de remoção de metal é a
principal prioridade. Pode-se manter altos níveis de produtividade com
duas ou três pastilhas, ajustadas na mesma altura axial, cada uma
usinando no avanço por dente recomendado, resultando em um alto
avanço por rotação em todo o furo.
50


TIPOS DE OPERAÇÕES DE
FERRAMENTA NO
MANDRILAMENTO
Mandrilamento escalonado: É executado no desbaste por uma
ferramenta de mandrilamento que possua pastilhas ajustadas a diferentes
alturas e diâmetros axiais. Isso melhora o controle de cavacos em
materiais exigentes com diferentes profundidades de corte de até 1.0 ou
1.5 vez o comprimento da aresta de corte.

Alargamento: É uma operação de acabamento leve, executada com
uma ferramenta multi-aresta que permite furos de alta precisão.
Acabamento superficial muito bom e tolerâncias dimensionais muito
estreitas são obtidas com altas taxas de penetração.

51


MANDRILADORAS

SISTEMA
MODULAR
52


SISTEMA

MODULAR
As paradas de máquina para troca de ferramentas representam
tempo ocioso que reflete nos custos de produção.

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.

53


SISTEMA

MODULAR
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.

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Adaptadores

SISTEMA
básicos de fusos

MODULARAdaptadores
intermediários

Barras
Barras
adaptadoras
adaptad
oras

Φ 15-250 mm Φ 25-250 mm 55
Φ 250-550 mm


MANEIRAS DE CONTROLAR
VIBRAÇÕES NO
MANDRILAMENTO
Outro aspecto muito importante durante o mandrilamento é o
controle de vibrações que pode ser obtido com sucesso seguindo os
seguintes tópicos:

Uso do maior diâmetro de ferramenta;

Uso do menor balanço de ferramenta;

Uso de hastes/reduções cônicas;

Uso de ferramentas anti-vibratórias;

56


VIBRAÇÕES NO
MANDRILAMENTO
seguintes tópicos:

Verificação do fuso da máquina, o batimento, o desgaste, a força de
fixação etc;

Verificar se todas as unidades no conjunto da ferramenta estão
montadas corretamente e com o torque certo;

Redução da velocidade;

Redução ou o aumento do avanço; 57


VIBRAÇÕES NO
MANDRILAMENTO
seguintes tópicos:

Aumento da profundidade de corte (acabamento);

Raio de ponta menor;

Pastilhas com aresta de corte mais viva;

Uso do ângulo de posição de 90° (desbaste);

Verificação da fixação da peça. 58


MANDRILADORAS

CONSIDERAÇÕES
FINAIS
59


CONSIDERAÇÕES
FINAIS
A mandriladora é muito usada em indústrias de grande porte, onde a
mesa da máquina pode chegar aos 6 metros de comprimentos em
não raros casos podendo ser até maior do que isso.

Este fato não impede que para produções de peças menores seu uso
não seja solicitado, ao contrário, a mandriladora é muito explorada
para trabalhos em superfícies cilíndricas e quando se deseja
trabalhos com furos, sendo estes dos mais variados portes.

A mandriladora é uma máquina muito versátil capaz de realizar
serviços de desbaste que são inviáveis ou até mesmo impossíveis de
se usinar por outro tipo de máquina operatriz.
60


Bibliografias
• ABREU FILHO, Carlos. Tornearia Mecânica – Notas de
Aula, Belém, 2007.

• AGOSTINHO, Oswaldo Luis. VILELLa, Ronaldo Castro
(In Memoriam), BUTTON, Sérgio Tonini. Processos de
Fabricação e Planejamento de Processos. Universidade
Estadual de Campinas - Faculdade de Engenharia
Mecânica - Departamento de Engenharia de Fabricação -
Departamento de Engenharia de Materiais. Campinas, SP.
2004

• BRAGA, Paulo Sérgio Teles, CPM - Programa de
Certificação de Pessoal de Manutenção – Mecânica -
Processos de Fabricação, SENAI/CST, Vitória, ES. 1999.

• COSTA, Éder Silva & SANTOS, Denis Júnio. Processos
61
de Usinagem. CEFET-MG. Divinópolis, MG. março de 2006


Bibliografias
• DINIZ, A. E., Tecnologia da Usinagem dos Materiais. 3 ed.
São Paulo: Artliber Editora, 2003.

• FERRARESI, Dino. Fundamentos da Usinagem dos
Metais. Editora Edgard Blücher LTDA. São Paulo, SP,
1977

• INMETRO. SISTEMA Internacional de Unidades – SI
(tradução da 7ª edição do original francês “Le Système
International d’Unités”, elaborada pelo Bureau International
des Poids et Mesures - BIPM). 8ª edição Rio de Janeiro,
2003. 116 p.

• INMETRO. Vocabulário Internacional de Termos
Fundamentais e Gerais de Metrologia – VIM – Portaria
Inmetro 029 de 1995. 3ª edição, Rio de Janeiro, 2003. 75p.
62
• reimpressão.


Bibliografias
• PALMA, Flávio. Máquinas e Ferramentas. Apostila,
SENAI-SC, Blumenau, 2005.

• SECCO, Adriano Ruiz; VIEIRA, Edmur & GORDO, Nívia.
Módulos Instrumentais – Metrologia. Telecurso 2000. São
Paulo, SP, 2007

• VAN VLACK, L. H., Princípios da Ciência e Tecnologia dos
Materiais. Tradução Edson Carneiro. Rio de Janeiro:
Elsevier, 1970 – 4ª reimpressão.

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Mandrilamento de metais

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