Processo de roscamento com fresa múltipla aresta

Conforme exposto anteriormente, normalmente as roscas acima de 15 mm podem ser fabricadas utilizando o processo de fresamento, através de ciclos de interpolação helicoidal. Conforme Stephenson e Agapiou (1996), as roscas usinadas através deste processo poderão ser fabricadas com ferramentas de aresta única, de múltipla aresta com único corte ou ainda com múltipla aresta de vários cortes. A Figura 20 ilustra cada uma delas com o objetivo de mostrar a forma das ferramentas.

Figura 20 – Ferramentas de fresamento de roscas (adaptado de Araujo et al., 2004)

Grzesik (2008) afirma que a fabricação de roscas por interpolação helicoidal utilizando o processo de fresamento é uma alternativa para o aumento da velocidade de corte no processo. Avanços tecnológicos nesta área permitem a usinagem de roscas com tolerâncias mais estreitas. Algumas das vantagens deste método são a redução do tempo de ciclo, a redução de retrabalho e peças sucateadas devido à quebra de machos dentro da rosca.

Com o objetivo de entender as etapas compreendidas no processo, a Figura 21 esquematiza os passos da usinagem de roscas com ferramenta de múltipla aresta.

Figura 21 - Fabricação de roscas através do processo de fresamento (adaptado de SMITH, 2008).

Conforme mostrado na Figura 21, as etapas do processo de roscamento utilizando ferramentas de múltipla aresta são:

(1) movimento da ferramenta da posição inicial para o centro do furo;

(2) introdução da ferramenta no furo e início da aproximação da ferramenta no diâmetro final da rosca em 180º (interpolação helicoidal cônica);

(3) usinagem da rosca utilizando movimento circular da ferramenta sincronizado com movimento axial (interpolação helicoidal cilíndrica);

(4) retorno da ferramenta ao centro do furo em 180º (interpolação helicoidal cônica); (5) retorno axial da ferramenta para a posição inicial.

O processo de roscamento com fresas, conforme Stephenson e Agapiou (1996), caracteriza-se por gerar cavacos de tamanho reduzido quando comparado com o processo de roscamento utilizando machos de corte. Ainda, comparando com os processos de roscamento com machos, outras diferenças podem ser notadas, como por exemplo, a redução de potência consumida, flexibilidade de utilização da mesma ferramenta em roscas que tenham o mesmo passo. Como pode ser visto na Figura 22, as fresas permitem com a mesma ferramenta usinar roscas esquerdas e direitas e também internas e externas (SMITH, 2008).

Figura 22 – Usinagem de rosca interna e externa com fresa por interpolação (SMITH, 2008)

Segundo Smith (2008), a principal diferença entre os processos de roscamento utilizando machos rígidos e o fresamento de roscas é que a velocidade de avanço por dente da ferramenta não depende do passo da rosca. Como descrito anteriormente, esta é uma das limitações dos processos de roscamento com machos.

Grzesik (2008) descreve desenvolvimentos em ferramentas combinadas para furar, chanfrar e roscar. Estas ferramentas podem ser fabricadas em PCD, metal duro e outros materiais. Elas são indicadas para a usinagem de aços, ferro fundido, aços endurecidos e ligas como alumínio e cobre, além de magnésio e materiais compósitos. Também existem algumas variações do conceito de ferramenta mostrado na Figura 21, entre elas a ferramenta mostrada de forma esquemática na Figura 23.

Figura 23 – Seqüência esquemática de usinagem com ferramenta para furar, chanfrar e roscar (adaptado de GRZESIK, 2008)

Conforme mostrado na Figura 23, as etapas do processo são:

(1) movimento da ferramenta da posição inicial para o centro da rosca a ser usinada; (2) usinagem do chanfro por interpolação circular;

(3) usinagem do furo e rosca ao mesmo tempo por interpolação helicoidal cilíndrica; (4) posicionamento no centro da rosca e retorno a superfície da peça;

(5) rebarbação do chanfro.

Stephenson e Agapiou (1996) e Grzesik (2008) estudaram ferramentas de furar e roscar combinadas. O furo do processo demonstrado na Figura 23 é obtido juntamente com a rosca através de interpolação helicoidal cilíndrica. A outra variação, conforme a Figura 24, é a ferramenta que fura e chanfra como uma broca e escareador convencionais. Posteriormente a ferramenta é deslocada no eixo radial e inicia-se a interpolação helicoidal cônica ou somente entrada linear, seguido da interpolação helicoidal cilíndrica formando os filetes. Entretanto, uma fresa de furar, chanfrar e roscar conseqüentemente é menos rígida do que uma fresa de interpolar roscas comum devido à grande profundidade dos canais para extrair os cavacos. O diâmetro da ferramenta em relação ao tamanho do furo torna-se crítico, especialmente para furos de diâmetros pequenos e grandes comprimentos.

Figura 24 - Seqüência esquemática de usinagem com ferramenta para furar, chanfrar e roscar (adaptado de GRZESIK, 2008)

A principal diferença dos processos anteriores mostrados nas Figura 21 e Figura 23 ocorre nos passos (1), (2) e (3). Diante destas vantagens, Smith (2008) também descreve alguns desafios dos processos já mostrados. Como o fresamento de roscas trata-se de um processo de usinagem pouco utilizado, se comparado com o roscamento com machos rígidos, pontos importantes como a escolha da máquina, estratégia de programação, principalmente para a entrada da ferramenta na peça e comprimento roscado devem ser analisados. O posicionamento radial da ferramenta de fresar roscas, ou o início de corte da rosca, pode ser feito através de três formas básicas dentro do furo. Algumas máquinas CNC possuem ciclos específicos para esta operação, ao passo que, máquinas com comandos mais simples não detém estes recursos, exigindo diferentes estratégias de programação. Com objetivo de facilitar o entendimento, a Figura 25 mostra as três formas mais utilizadas de posicionamento no furo.

Figura 25 – Posicionamento da ferramenta de fresar roscas (SMITH, 2008)

Conforme a Figura 25 (a), uma das formas de entrada da ferramenta dentro do furo da peça é a entrada linear. Segundo Smith (2008), esta etapa do processo é caracterizada por gerar grande ângulo de contato entre o material e o diâmetro periférico da ferramenta de corte, promovendo uma situação indesejável de alto carregamento na ferramenta, o que dependendo do material, pode gerar cavacos longos. Ainda, a entrada linear não é aconselhável para roscas de precisão por deixar marcas no ponto de entrada da ferramenta.

A segunda estratégia é a entrada circular com 1/4 de círculo, conforme a Figura 25 (b). Esta estratégia é normalmente utilizada para grandes diferenças entre o diâmetro do pré-furo e o diâmetro da ferramenta utilizada. A vantagem deste sistema é a menor trajetória da ferramenta, contudo o carregamento na ferramenta ainda é considerado relativamente alto.

A terceira opção é a entrada com semi-círculo, conforme demonstrado na Figura 25(c). Neste caso, o carregamento na ferramenta é relativamente menor se comparado com as estratégias anteriores devido ao pouco ângulo de contato da ferramenta durante a entrada. Entretanto, para utilizar esta estratégia o comando CNC da máquina deverá dispor de funções

específicas. Das três opções comentadas, esta é a que possui maior tempo de ciclo, proporcional ao percurso realizado pela ferramenta.

Grzesik (2008) ainda afirma que umas vantagens de utilizar ferramentas de fresar roscas por interpolação é a qualidade dimensional das entidades, além de variações nos diâmetros poderão ser controladas e corrigidas sem que haja a troca da ferramenta. Contudo, a principal vantagem deste processo está na velocidade de corte e velocidade de avanço atingida. Este processo não possui velocidade de avanço vinculado ao passo da rosca. Dependendo do diâmetro da rosca, podem ser alcançadas velocidades de corte entre 100 a 400 m/min e avanços entre 0,05 a 0,25 mm/aresta.