Atualmente, as engrenagens podem ser fabricadas através de diferentes processos. Ainda que a fundição, a injeção de plástico, o forjamento, ou a metalurgia dos pós sejam processos pelos quais se podem realizar as rodas constituintes das engrenagens, não serão contemplados neste
documento, uma vez que esta tese aborda a maquinagem de componentes mecânicos [22]. Assim sendo, explicar-se-ão alguns métodos de criação de engrenagens por maquinagem.
Os métodos de maquinagem de engrenagens podem ser divididos em dois grupos: corte por formação e corte por geração [22].
As engrenagens podem ser obtidas por dois métodos distintos de corte por formação.
• Brochagem - as brochadoras realizam engrenagens interiores e exteriores. Em ambos os casos, a ferramenta tem a forma complementar da engrenagem que se quer produzir. Para as engrenagens interiores a ferramenta possui engrenagens sucessivamente maiores para que a altura do dente não seja obtida numa só passagem. Tal como já foi mencionado, este é um processo caro devido à complexidade das ferramentas e à necessidade de uma ferramenta diferente para cada tamanho de engrenagem. Portanto, só é rentável para largas produções. [5, 9];
• Fresa módulo - a formação do dentado de uma engrenagem é feita através de uma fresa de disco com a mesma forma dos espaços entre os dentes da roda, Figura 40. Os dentes, ou melhor, os espaços entre os dentes são abertos individualmente, e a cada abertura é necessário rodar a peça para que o próximo espaço seja criado no local correto. Isto torna o processo pouco apelativo para grandes produções ou engrenagens com muitos dentes. A vantagem é o custo acessível da ferramenta, inferior ao dos outros processos. Por outro lado, o elevado tempo de produção faz com que o processo seja utilizado em fresadoras convencionais para baixos volumes de produção, ou grandes volumes de engrenagens, com poucos dentes [5, 9, 22].
Figura 40: Exemplo do processo de formação por fresa módulo (Adaptado de [5]).
Os processos de corte por geração, métodos mais flexíveis e de produção mais rápida são, brevemente, apresentados de seguida [22] .
• Fresa mãe ou Geração por Caracol ("Hobbing") - como o próprio nome indica a ferra- menta utilizada assemelha-se a um caracol, um parafuso sem-fim com múltiplas arestas de corte e cortes longitudinais alternados que formam os dentes do sem-fim, Figura 41. O corte
é realizado com o caracol e a peça animados de movimento de rotação de forma a criarem um engrenamento do tipo "roda-coroa / parafuso-sem-fim". Assim, a ferramenta deve rodar a uma velocidade elevada e a engrenagem produzida deve girar lentamente de maneira a satisfazer a relação de transmissão dada pela equação 13. Isto permite que, para ferramentas com uma rosca, por cada rotação da peça, a ferramenta tenha de rodar tantas vezes quanto o número de dentes que tem de produzir nessa engrenagem [9, 22]. Também é necessário um movimento linear para que a ferramenta interaja com a peça a maquinar e permita a maquinagem da roda na totalidade da sua largura [5, 9]. A Figura 42 descreve este processo de maquinagem.
Figura 41: Fresa-mãe ou ferramenta tipo caracol (HOB) [22].
i = número de entradas do caracol
número de dentes da peça =
RP M da peça
RP M do caracol (13)
Figura 42: Operação de maquinação de engrenagens por fresa-mãe ou ferramenta tipo caracol (Adaptado de [23]).
Como é evidente, a ferramenta possui um determinado ângulo de hélice e, por isso, para talhar rodas de dentado reto, o ângulo entre o eixo do caracol e o da engrenagem não talhada
é 90◦menos o ângulo de hélice da ferramenta [5]. Por sua vez, talhar uma engrenagem de
dentado helicoidal requer a inclinação da ferramenta num ângulo igual à soma ou subtração do ângulo de hélice do caracol e do ângulo de hélice da peça, se as hélices tiverem o mesmo sentido, ou sentidos opostos, respetivamente [22].
Este processo permite obter engrenagens de grande qualidade e boa precisão dimensional de forma muito mais rápida que os processos já apresentados, pois produz vários dentes ao mesmo tempo. Assim, é adequado na baixa, média ou alta produção, sendo economicamente mais rentável nas duas últimas, já que o equipamento e ferramentas necessárias são mais complexos e, por conseguinte, mais caros [5, 9].
• "Shaping": Corte por cremalheira ou buril-pinhão - este processo diferencia-se dos anteriores na medida em que a ferramenta não possui um movimento de rotação, mas sim linear, vertical, que promove a criação do dentado, sendo o eixo da ferramenta paralelo ao da peça. Como é visível na Figura 43, a ferramenta de corte possui a forma do par conjugado da roda que se pretende produzir. Através de um movimento descendente e ascendente, é removido o material da peça, em bruto, na quantidade necessária para produzir a largura do dente, enquanto a mesma roda lentamente, como indicado na Figura 43. É, por isso, um processo utilizado quando não existe espaço suficiente para a saída de uma ferramenta do tipo caracol, como está demonstrado na Figura 44 [5, 9, 22]. Quando se pretende produzir pouca quantidade com elevada qualidade recorre-se a este processo [9].
Figura 43: Operação de "Shaping": do lado esquerdo da imagem através de buril-pinhão e do lado direito através de cremalheira [24].
Figura 44: Diferença entre "Hobbing" e "Shaping" em relação ao espaço necessário para a saída da ferra- menta [22].
• "InvoMilling" e "Power Skiving"- estes processos são mais recentes e muito rápidos. O
"InvoMilling"é utilizado na produção de dentado exterior e permite a utilização da mesma
ferramenta em diferentes perfis de engrenagens. O objetivo deste processo é tirar partido da programação CNC e realizar engrenagens em centros de maquinação de 5 eixos. Através da alteração do código CAM utilizado, consegue-se aproveitar o mesmo banco de ferramentas para diferentes rodas dentadas e obter a peça totalmente acabada numa só máquina. O "Power
Skiving"é um processo de geração de dentado interior e exterior, mas preferencialmente
interior. Combina a dinâmica e a cinemática dos processos "Hobbing" e "Shaping", sendo mais rápido e flexível que estes já que, os dentes são gerados apenas com uma passagem da ferramenta e não existe um intervalo de tempo para a entrada e saída da mesma [22, 25].
Nas Figuras 45 e 46 estão representados os processos de "InvoMilling" e de "Power Skiving", respetivamente.
Figura 45: Geração de dentado exterior por "In- vomilling"[26].
Figura 46: Geração de dentado interior por "Power Skiving"[27].