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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO ENGENHARIA MECANICA
PLAINADORAS E MANDRILADORAS
Aliatar Silva Neto
Ismael Peruzzo Zamoner
Kleber Rudolf
Marco Antonio Vassoler Rosa
FLORIANOPOLIS, 25 DE MAIO DE 2009
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SUMÁRIO
Introdução ..................................................................................................................................... 3
1.Processos de Aplainamento ....................................................................................................... 4
2.Parâmetros Geométricos ........................................................................................................... 5
3. Ferramentas de aplainar ........................................................................................................... 6
4. Fixação das peças ...................................................................................................................... 8
5. Tipos de plainas ......................................................................................................................... 9
6. Mandriladoras ......................................................................................................................... 25
Conclusão .................................................................................................................................... 51
Referências .................................................................................................................................. 52
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INTRODUÇÃO
Os processos de usinagem representam importantes etapas dentro dos ciclos de
fabricação na indústria de grande parte dos setores econômicos atuais. Em meio a
inúmeros métodos diferenciados de processar sólidos metálicos, foi desenvolvido um
trabalho dando ênfase a dois em especial, o aplainamento e o mandrilamento.
Inicialmente, serão apresentadas diferentes configurações de plainas, bem como
suas características de operação, mecanismos de movimentação, principais elementos da
máquina ferramenta e alguns fornecedores. Em seguida serão explorados processos de
mandrilamento, e todos os elementos anteriormente citados relativos e este processo.
Finalmente, o grupo conclui expondo suas posições em relação aos processos estudados
e a literatura de referência.
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1. PROCESSO DE APLAINAMENTO
O processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies regradas,
geradas por movimento retilíneo alternativo da peça ou da ferramenta. O aplainamento
pode ser horizontal ou vertical. Quanto à finalidade, as operações de aplainamento
podem ser classificadas ainda em aplainamento de desbaste e aplainamento de
acabamento.
Figura 1 – Plaina Limadora (ROSSI, 1981)
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2.PARÂMETROS GEOMÉTRICOS
2.1 Principais movimentos:
Figura 2 - Principais Movimentos da Plaina (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
A – Movimento de Corte: executado pela ferramenta de aplainar é divido entre curso
útil e curso vazio, que juntos constituem o curso duplo.
B – Curso vazio: como o nome diz é a parte do curso que a ferramenta volta sem
arrancar cavacos.
C – Movimento de Avanço: gera a espessura do cavaco. Semelhante ao movimento de
profundidade no torneamento.
D – Movimento Lateral: Deslocamento da peça para aplainamento no sentido
transversal.
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3. FERRAMENTAS DE APLAINAR
As ferramentas de aplainar são geralmente fabricadas em aço rápido, muitas vezes
os gumes são constituídos de metal duro. Existem dois tipos de básicos conforme a
função que a ferramenta vai desempenhar.
3.1 Ferramenta de desbastar: levanta no menor tempo possível a maior quantidade de
cavacos que puder. As grandes seções de cavaco exigem uma forma robusta do gume.
Figura 3 – Ferramentas de desbaste (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
A – Ferramenta direita de desbastar à esquerda.
B – ferramenta direita de desbastar à direita.
C – ferramenta curva de desbastar à esquerda.
D – ferramenta curva de desbastar à direita
3.2 Ferramenta de Alisar: produz uma superfície alisada de aspecto perfeito, por isso
possuem gumes chatos ou arredondados.
Figura 4 – Ferramentas de alisar (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
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A – ferramenta de alisar aguda.
B – ferramenta de alisar larga.
C – ferramenta direita.
D – ferramenta em pescoço de cavalo ou curvada para trás.
3.3 Outras ferramentas: produzem vários tipos de acabamento conforme a geometria
de suas pontas.
Figura 5 – Outras ferramentas (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
A – ferramenta de ranhurar.
B – ferramenta de facear.
C – ferramenta de ponta voltada.
D – ferramenta para redondos.
A ilustração abaixo demonstra com detalhes diversos tipos de peças aplainadas,
conforme as ferramentas acima citadas.
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Figura 6 - Peças Aplainadas (http://images.google.com.br)
4. FIXAÇÃO DAS PEÇAS
As peças grandes são fixadas sobre a mesa de aplainar com o auxílio de
parafusos e barras de aperto, as barras devem sempre estar paralelas à superfície de
fixação a fim de aumentar a área de contato, os parafusos devem sempre estar próximos
da peça, pois assim garantem uma maior pressão sobre a peça.
Figura 7 – Fixação das peças (http://images.google.com.br)
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A fixação de peças pequenas é feita na prensa de apertos.
Figura 8 – Prensa de apertos (http://images.google.com.br)
5. TIPOS DE PLAINAS
5.1. Plainas limadoras:
A plaina limadora é uma maquina ferramenta que consiste em realizar as
operações de aplainamento, rasgos, estrias, rebaixos e chanfros através do movimento
retilíneo alternativo da ferramenta sobre a superfície a ser usinada.
Normalmente utilizada para operações de desbaste, dependendo do tipo de peça
que esta sendo usinada, pode ser necessária a utilização de outras máquinas-ferramentas
para realizar as operações de acabamento. Pode-se destacar também que as operações
realizadas na plaina limadora, normalmente são feitas a seco, quando necessário é
colocado emulsão na superfície da peça.
5.1.1 Movimentos:
A plaina limadora apresenta três tipos de movimentos durante suas operações: O
movimento principal, o movimento de avanço e o movimento de ajuste (demonstrados
esquematicamente na Figura 2).
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Figura 9 - Movimentos da plaina limadora; a-b: movimento principal, c: movimento de
avanço e d: movimento de ajuste (http://www.olx.com.br/q/plaina)
O movimento principal é o movimento executado pela ferramenta, subdividido
em curso útil e curso em vazio. O cavaco é retirado da peça durante o curso útil e a
ferramenta volta para o início do curso sem retirar cavaco durante o curso em vazio. O
movimento de avanço é movimento realizado pela mesa, onde a peça esta fixada,
perpendicular ao movimento principal. E o movimento de ajuste é um movimento
vertical feito pela ferramenta ou pela mesa e serve para regular a espessura do cavaco.
5.1.2 Componentes da plaina limadora:
A base da máquina suporta a mesa, o cabeçote e os mecanismos de acionamento
principal e de avanço.
5.1.2.1 Cabeçote:
O cabeçote da plaina limadora é o componente onde esta localizado o porta-
ferramenta que esta sobre uma placa com charneira (duas peças com eixo comum em
torno do qual uma pelo menos é móvel). Isto significa que em uma operação qualquer,
no curso útil a placa articulada é comprimida pelo esforço de corte contra o suporte
enquanto no curso em vazio, a placa é levantada um pouco em função da sua articulação
com charneira, assim, evitando qualquer dano à ferramenta e à superfície que esta sendo
usinada.
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Figura 10 - Funcionamento da placa com charneira; a: curso útil; b: curso em vazio
(http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
No cabeçote também esta localizada a espera do porta-ferramenta que é ajustável
para o aplainamento de superfícies inclinadas e com esta finalidade esta dotada de uma
escala graduada.
Figura 11 - Espera ajustável (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
5.1.2.2 Acionamento principal:
O acionamento principal é responsável por produzir o movimento retilíneo
alternativo do movimento principal. O movimento de rotação do motor é transformado
para movimento retilíneo alternativo através de um balancim oscilante com uma
castanha deslizante.
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Figura 12 - Acionamento principal (http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
O motor imprime ao volante e a manivela, através de um mecanismo de
engrenagens em movimento de rotação uniforme, no volante esta localizado uma
manivela onde se encontra o pino da manivela, com uma porca que pode deslocar-se em
direção ao centro por meio de um fuso, este pino transporta a castanha deslizante. A
castanha desliza na guia do balancim, em função do movimento de rotação do volante, o
balancim, que tem seu centro de rotação na base a maquina oscila com o seu extremo
livre para um lado e para outro (movimento retilíneo alternativo), uma articulação
transmite ao cabeçote este movimento oscilante.
5.1.2.3 Acionamento do avanço:
Comandado intermitentemente antes de cada curso útil, quando acionado
manualmente pode produzir superfícies imperfeitas, em função do avanço irregular.
Porém isto pode ser evitado por meio do avanço forçado regulado.
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Figura 13 - Acionamento do avanço; a: engrenagem de curso; b: cavilha; c: roda de
catraca; d: trinquete; e: tirante de impulso; f: fuso da mesa; g: mesa; h: barra de ligação
(http://www.em.pucrs.br/~valega/plainalimadora)
5.1.2.4 Velocidade de corte:
Durante qualquer operação utilizando a plaina limadora, a velocidade de corte
não é constante devido ao mecanismo do acionamento principal. Sendo assim, deve-se
trabalhar com velocidades médias (comprimento do curso/tempo).
Figura 14 - Diagrama das velocidades no mecanismo do acionamento principal
(http://images.google.com.br)
5.2.2. Plainas Limadoras Hidráulicas:
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Os sistemas de acionamentos hidráulicos tiveram uma excelente aplicação nas
plainas limadoras, porque com o óleo a pressão se obtém as melhores condições de
funcionamento sejam na suavidade dos movimentos como na versatilidade. As plainas
limadoras hidráulicas têm o cabeçote, que se movimenta baixo o impulso de um êmbolo
que se desloca dentro do interior de um cilindro solidário à base da máquina. O
esquema de funcionamento esta apresentado na Ilustração 14. Consideremos,
primeiramente, os grupos fundamentais do sistema:
1- Cilindro e êmbolo de acionamento do cabeçote
2- Distribuidor de êmbolo para o envio do óleo ao grupo 1
3- Dispositivo para o acionamento da mesa.
4- Distribuidor de êmbolo para o acionamento do distribuidor 2 por meio de óleo
a pressão, o distribuidor de êmbolo 4 é acionado por o cabeçote.
5- Bomba principal de aspiração e compressão do óleo do reservatório A ao
cilindro 1 (a través do distribuidor 2) e ao cilindro do dispositivo 3 (a través
do distribuidor 4)
6- Bomba secundaria de aspiração e compressão do óleo do reservatório A ao
cilindro de distribuição 2 a través do distribuidor 4 (para acionar o êmbolo G).
Figura 15 - Esquema de mando de uma Plaina Limadora com acionamento hidráulico.
(ROSSI, 1981)
As vantagens do sistema de mando hidráulico são:
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• Velocidades constantes do cabeçote tanto no avanço como no retrocesso, a
última delas é maior que a primeira.
• Paro automático do cabeçote quando este encontra uma resistência excessiva no
avanço.
• Possibilidade de regular da ferramenta por meio da válvula A.
• Possibilidade de regular gradativamente a velocidade de corte variando a vazão
da bomba 5.
As vantagens citadas acima se contrapõem os inconvenientes devidos à
diminuição de potencia por perdas de óleo e as variações de viscosidade do óleo com as
temperaturas, entre outras.
5.3 Plaina de Mesa:
Esta variação de máquina executora de aplainamentos possui como principal
característica, e distinção de outros tipos, o elemento de movimentação. Neste caso, é a
peça a ser usinada que executa os movimentos de vaivém. A ferramenta de corte, por
sua vez, faz um movimento transversal correspondente ao passo do avanço.
A operação desta plaina se dá através do movimento horizontal e retilíneo da
peça fixada sobre guias prismáticas dispostas em uma mesa. O elemento porta-
ferramentas consiste em um carro, semelhante ao de outras plainas, movimentado
manual ou automaticamente sobre guias, também horizontais, situadas em um travessão
superior a peça a ser usinada. Existem plainas de mesa com mais de um carro porta-
ferramenta, possibilitando operações simultaneas de usinagem.
A principal aplicação desta configuração de plaina é a usinagem de peças de
grandes e de difícil usinagem em plainas limadoras, por exemplo. O fato de possuir uma
amplitude de curso maior que 1m é o responsável por esta distinção de aplicação. Na
indústria, ela é utilizada para a usinagem de superfícies de peças como colunas e bases
de máquinas, barramentos de tornos, blocos de motores diesel marítimos de grandes
dimensões, etc. Em plainas limadoras, o cabeçote têm a tendência de inclinar-se à
medida que o carro chega ao final do curso. Isso pode acontecer devido a folgas na
guias, do peso do componente em movimento, etc. Em plainas de mesa este entrave é
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eliminado porque a ferramenta não executa movimentos alternativos, a peça é quem se
movimenta.
Existem dois tipos principais de plainas de mesa, as que possuem apenas um
montante e as que possuem dois montantes. As figuras abaixo ilustram,
respectivamente, os dois tipos.
Figura 16 - Plaina de Mesa de um Montante (ROSSI, 1981)
As plainas de um montente são empregadas usualmente na usinagem de peças de
grande porte que não caberiam entre os dois montantes de uma plaina de duplo
montante. Uma característica que cabe ser ressaltada nesta modalidade de plaina de
mesa é o fato de que o travessão se encontra suspenso em um de seus lados. Esta
Figura 17 – Plaina de mesa de dois montantes (ROSSI, 1981)
17
característica exige maior robustes na construção desta máquina visando suportar as
forças reultantes e, ao mesmo tempo, evitar vibrações durante o processo de usinagem.
Estas plainas podem possuir um carro porta-ferramentas ou vários, oferecendo maior
versatilidade de operação.
A segunda figura demonstra uma plaina de mesa com dois montantes. Este é o
tipo mais utilizado que o primeiro porque apresenta maior estabilidade e rigidez de
operação. A figura acima possibilta ainda a visualização dos elementos componentes de
uma plaina, indicados por setas e identificados por letras. Na parte inferior encontra-se a
bancada de suporte (A) que sustenta os dois montantes (C). Sobre a bancada estão as
guias de movimentação da mesa (B). Os montantem possuem acoplados guias laterais
(E) que permitem a movimentação da ponte, ou travessão (D). A letra (F) indica os
carros porta-ferramentas.
Semelhante a plaina limadora, a ferramenta possui um eixo de rotação no carro
porta-ferramenta que confere a possibilidade de girar em torno do mesmo para levantar
a ferramenta no momento de retrocesso da mesa. O carro porta-ferramenta pode subir
ou descer para regular a profundida de corte e pode inclinar se em certo ângulo.
5.3.1 Elementos de Operação:
Uma plaina de mesa pode ser construída de formas variadas e com elementos
adaptados para diferentes operações, mas existem alguns itens comuns a todas as
configurações de plaina de mesa. Estes elementos são responsáveis pela movimentação
da mesa, inversão da marcha, variação da velocidade de corte e movimentação
automática dos carros porta-ferramentas. Aprofundaremos o conhecimento destes
mecanismos a seguir.
5.3.1.1 Sistemas de movimentação da mesa:
O movimento da mesa pode ser executado por diferentes sistemas, os mais
comuns são:
a) Sistema engrenagem cremalheira:
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Figura 18 - Engrenagem Cremalheira (HEMUS, 1975)
b) Sistema parafuso porca:
Figura 19 - Parafuso Porca (HEMUS, 1975)
c) Sistema parafuso cremalheira:
Figura 20 - Parafuso Cremalheira (HEMUS, 1975)
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d) Sistema hidráulico:
Figura 21 - Sistema Hidráulico (HEMUS,1975)
Figura 22 - Sistema Hidráulico de Movimentação com Dois Cilindros (HEMUS, 1975)
As três primeiras configurações são as mais simples por se tratarem de sistemas
mecânicos de elementos de máquina usuais. Já o último sistema é um pouco mais
complexo, e apresentra resultados melhores de operação se bem empregado. Este
componente hidráulico Consiste em uma bomba de óleo de fluxo que impulsiona um
êmbolo dentro de um cilindro. Tal êmbolo, por alargamento de seu braço, tem mais
superfície em um lado que em outro. Óleo passa sucessivamente a um lado e a outro de
êmbolo, empurrando-o com mais lentidão e força na carreira de trabalho e com menos
força e mais rapidez na carreira de retrocesso. O braço do êmbolo por sua vez, está
unido à mesa, fazendo-a se mover.
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Para evitar o tamanho excessivo do êmbolo, que teria uma máquina de grandes
dimensões, dispõe-se em geral de, de dois êmbolos como mostrada na segunda figura do
sistema hidráulico, um fixo e um móvel. Esta disposição faz com que cada êmbolo só
tenha que fazer metade da curso, trazendo benefícios no que tange a vibrações e
estabilidade na operação.
5.3.1.2 Sistema de inversão de marcha:
A função deste mecanismo é o de executar o movimento de retrocesso, o qual é
obtido geralmente por um destes meios: por um sistema de duas correias deslizantes,
por uma correria deslizante e engrenagens, por um sistema elétrico ou eletromagnético,
e no caso das plainas hidráulicas por meio de um sistema de válvulas.
Independente do sistema de inversão de marcha, a mesa é dotada de traves
reguláveis que podem ser opostas a diferentes distâncias, conforme o comprimento da
peça, Ao chegar ao final do curso a trave aciona uma alavanca que faz funcionar o
mecanismo de inversão. O sistema de roldanas e correias foi uns dos primeiros em ser
utilizado mais cada vez é menos utilizado, substituído pelo acionamento elétrico,
utilizando-se o sistema Ward-Leonard.
Figura 23 - Sistema de Roldanas (HEMUS,1975) I – Posição de Retrocesso, II – Posição de
Avanço, III – Ponto Morto
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Figura 24 - Traves Reguláveis (HEMUS, 1975)
5.3.1.3 Sistema de variação da velocidade de corte:
O sistema de variação da velocidade de corte nas plainas de mesa com
acionamento mecânico pode ser composto por um cone de roldanas ou por uma caixa de
engrenagens. No caso das máquinas com acionamento hidráulico o efeito é conseguido
com a variação do fluxo de líquido dentro de cilindro. Abaixo um exemplo de um cone
de roldanas.
Figura 25 - Cone de roldanas (http://www.caetenews.com.br)
5.3.1.4 Sistema de movimentação automática dos carros porta-ferramentas:
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Este sistema se traduz no movimento do carro porta-ferramenta sobre a ponte, e é
obtido por meio de fusos. A ponte tem em toda a sua extensão duas barras. A primeira
serve para conseguir o deslocamento horizontal do carro e consiste geralmente em um
fuso que penetra em uma porca acoplada à placa que sustenta o carro porta-ferramenta,
chamada barra de avanço horizontal. A segunda barra, a do avanço vertical, por meio de
engrenagens cônicas intermediárias, aciona o fuso do carro porta ferramenta. Com este
sistema se conseguem os avanços verticais ou inclinados do carro porta-ferramenta.
Além dos diversos mecanismos de movimentação da ferramenta, as máquinas
possuem um mecanismo para regular a altura da ponte em relação a mesa.
Figura 25 - Mecanismo de avanço do carro porta ferramenta (HEMUS, 1975)
Figura 26 - Mecanismo de avanço, transmissão de movimento (HEMUS, 1975)
Seja qual for o tipo de plainadora, as ferramentas usadas são as mesmas. Elas são
também chamadas de “bites" e geralmente fabricadas de aço rápido. Para a usinagem de
metais mais duros são usadas pastilhas de metal duro montadas em suportes. As plainas
de mesa ainda podem ser adaptadas para desempenhar funções de fresadeiras verticais,
furadeiras ou retificas mediante a adaptação de um cabeçote de fresar, mandril para
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furar, ou ainda, um aparelho de fresado em cada caso, com um motor elétrico
independente . E também pode ter acoplado um apalpador para funcionar como plaina
copiadora.
5.4 Plaina Vertical:
A principal diferenciação da plaina vertical das demais, fato que inclusive gera
sua denominação, é a posição vertical do torpedo e a direção do movimento alternativo
de vaivém do carro porta-ferramentas. Este tipo de plaina é geralmente empregada na
usinagem de superfícies interiores e na confecção de rasgos, chavetas e cubos. Abaixo
uma figura demonstrando seções realizáveis um uma plaina vertical.
Estas plainas podem ser acionadas por sistemas mecânicos ou hidráulicos. As
plainas hidráulicas apresentam vantagens em sua operação pois o movimento alternativo
do carro porta-ferramenta é desenvolvido por um êmbolo que deslisa internamente a um
cilindro principal, dando um caráter muito mais suave aos mecanismos de transmissão
se comparados a correias, engrenagens e bielas.
Figura 27 - Secções realizáveis em uma plaina vertical (ROSSI, 1981)
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Figura 28 - Plaina Vertical (ROSSI, 1981)
A estrutura funcional de uma plaina vertical pouco difere da estrutura de uma
plaina limadora. Alguns dos elementos que compõem a plaina vertical são: montante
(A), carro porta-ferramenta (B), e mesa giratória (C).
O emprego da plaina vertical não é muito utilizado em processos fabricação em
série uma vez que as rotinas de usinagem são deveras demoradas e dispendiosas. Por
esta razão esta configuração de plaina é utilizada, com maior eficiência, na fabricação
de protótipos ou de peças unitárias customizadas.
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6. MANDRILADORAS
Mandrilamento é um processo mecânico de usinagem de superfícies de
revolução, com o auxílio de uma ou mais ferramentas de corte.
O mandrilamento apresenta muita analogia com o torneamento, pelo fato de
que a ferramenta remove o cavaco através de uma trajetória circular, mas existem
diferenças substanciais entre as duas máquinas, já que no torneamento é a peça que
realiza o movimento giratório, enquanto que no mandrilamento é a ferramenta que o
faz.
De fato, o movimento de trabalho é assumido pela ferramenta, ao passo que
o movimento de avanço (retilíneo e constante) é assumido pela peça ou pela ferramenta.
Também no mandrilamento, a ferramenta é colocada num mandril rotatório e a peça a
ser usinada é fixada no mesa da máquina.
A mandriladora ainda admite certa analogia com a furadeira, visto que a
ferramenta gira em torno de um eixo e a peça fica presa na mesa; na mandriladora,
geralmente, a peça é que avança e na furação quem avança é a ferramenta.
As operações de mandrilamento são preferencialmente optadas para
usinagem de peças de grandes dimensões como armações de máquinas, bases de
motores e etc, para as quais se tornaria difícil e perigoso um posicionamento sobre as
placas rotatórias de um torno.
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6.1. Partes da Mandriladora:
Figura 29 – Partes da Mandriladora (http://www.alcasmaquinadas.com)
a) Árvore Porta-Ferramentas : é onde se localiza o subsistema de fixação da
ferramenta, sendo que a fixação é feita pelo mandril. Este mandril possui um
furo cônico onde são acopladas ferramentas como brocas , fresas e
alargadores . A Árvore Porta Ferramentas pode ser disposta tanto no eixo
horizontal quanto no vertical, e é essa característica que diferencia as
Mandriladoras.
b) Carro ou Cabeçote Porta-Árvore : é um dos componentes essenciais da
Mandriladora pelo fato de transmitir o movimento de rotação para a Árvore
Porta Ferramentas, assim influindo diretamente na precisão das operações
realizadas. Este também realiza movimentação vertical.
c) Montante do Cabeçote: eleva-se acima do embasamento e é fixado sobre o
mesmo. Possui as guias de corrimento para o Cabeçote Porta Árvore com
regulagem de altura, sua seção é oca e quadrangular.
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d) Barra de Mandrilar: quando a usinagem precisa ser feita no interior de furos
previamente executados geralmente utiliza-se a Barra de Mandrilar, na qual
são montadas as ferramentas. Ela deve ser rígida , cilíndrica , sem defeitos de
retilineidade e bem posicionada para evitar erros no processo de usinagem.
e) Coluna Auxiliar e Luneta : a coluna auxiliar assim como o Montante do
Cabeçote é uma estrutura de secção quadrangular que serve de suporte e
guia de movimentação, sendo que a Coluna suporta a Luneta. A Luneta
possui ajuste de altura que pode ser feito a mão ou automaticamente. Ela
serve como apoio para a Barra de Mandrilar.
f) Carro e Mesa da Máquina: a função do Carro é a de se movimentar ao
longos das guias de corrimento do Embasamento. Ele possui um segundo
trenó que se movimenta transversalmente e sobre este existe a Mesa da
Máquina que executa o movimento de rotação. Estes movimentos servem
para melhor posicionar a peça , fazendo com que o ajuste seja obtido sem ter
de obrigatoriamente movimentá-la. Todos os deslocamento citados podem
ser obtidos de forma automática com velocidade variável manualmente.
g) Embasamento: tem a forma de uma caixa com algumas nervuras internas
para tornar mais sólida a estrutura. É de fundição em gusa de elevada
resistência e dureza. Por cima do embasamento estão as guias para o carro.
6.2. Tipos de Mandriladora:
Após serem analisadas as principais partes componentes da Mandriladora, é
necessário fazer uma segunda análise, esta agora focada nos diferentes tipos de
máquinas. Esta diferenciação é causada em grande parte pela disposição do eixo da
Árvore Porta Ferramentas.
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6.2.1 Mandriladora Universal Horizontal:
As Mandriladoras mais comumente encontras são as horizontais, por poderem
subsituir processos de furação e fresamento. O eixo árvore, ou árvore porta ferramentas
está disposto na posição horizontal. Esta máquina é indicada para serviços de usinagem
pesada, sendo que o seu grande porte e robustez garantem precisão e qualidade no
trabalho com diferentes tipos de peças. Neste tipo de Mandriladora pode-se ainda fazer
uso da Barra de Mandilar, que usa a Luneta como apoio para maior precisão.
Figura 30 – Mandriladora Universal Horizontal ( www.famasa.com/product.php?id=2604)
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Figura 31 – Mandriladora Universal Horizontal
(http://www.celanto.com.br/images/equipamentos/7.jpg)
6.2.3 Mandriladoras Verticais:
Figura 32 – Mandriladora Vertical (ROSSI, 1981)
30
Este tipo de Mandriladora possui o eixo árvore, ou árvore porta ferramentas na
posição vertical. Quando uma peça de grande porte necessita usinagem em uma série de
etapas, uma parcela considerável do tempo gasto é apenas para a remoção e ajuste da
peça de uma máquina à outra. Se esta série de operações envolver máquinas como
furadeiras e fresadoras, e a superfície a ser usinada conter furos normais a superfície
com tolerâncias muito precisa, a Mandriladora Vertical é uma alternativa.
Figura 33 – Mandriladora Vertical ( http://www.tos-kurim.eu/en/)
6.2.4 Mandriladoras Múltiplas:
Quando em determinados processos há a necessidade de se produzir em
grande escala, a peça precisa de uma série de operações, ou ainda a variável tempo é um
fator determinante na viabilidade de fabricação, então utiliza-se a Mandriladora
Múltipla. A vantagem desta máquina é a possibilidade de realizar mais de uma operação
ao mesmo tempo , sendo possível também a usinagem tanto no eixo horizontal quanto
no vertical. Isto se dá devido a maior quantidade de cabeçotes disponíveis na máquina.
31
Figura 34 – Mandriladora de múltiplos cabeçotes (ROSSI, 1981 )
Figura 35 – Mandriladora Múltipla
(http://www.made-in-china.com/image/2f0j00seSQBaZLCIczM/Four-Rows-Multiple-Spindles-
Boring-Machine-MZ7322-4-.jpg)
32
6.2.5 Mandriladoras CNC:
Assim como em outras máquinas, com o avanço tecnológico foi possível
implementar um controle computadorizado nas Mandriladoras, originando as
Mandriladoras CNC. 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 36 - Mandriladora CNC (http://www.tos-kurim. eu/en)
6.2.6 Mandriladoras para aplicações especiais:
Existem situações em que não é possível levar a peça à máquina de Mandrilar,
por ser muito difícil o deslocamento da peça ou pela operação de usinagem ser em
grandes máquinas. Quando isso acontece se faz necessário o uso da mandriladora “on-
site”. Ela é uma mandriladora propositalmente menor para ser de fácil transporte e
manuseio.
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Figura 37 - Mandriladora “on-site” (http://www.kr ausseltool.com/right_onsite_boring.html)
6.3 Funcionamento da máquina:
O funcionamento da máquina pode ser descrito de forma simplificada. A árvore
porta-ferramenta que pode estar disposta tanto na vertical como na horizontal (o que
acaba diferenciando a Mandriladora Vertical da Horizontal) serve para que se fixem as
ferramentas de corte na máquina. A mandriladora funciona com a árvore porta-
ferramenta recebendo o seu movimento de rotação de um motor diretamente acoplado
podendo se deslocar na direção longitudinal. Através de um mecanismo de engrenagens
que fica alojado no cabeçote porta-árvore é possível de se obter diversos números de
rotações e avanços. O carro ou cabeçote porta-árvore desloca-se ao longo do montante
vertical da máquina.
A barra de mandrilar serve como auxílio no processo de usinagem. Ela pode ser
usada quando existe um furo passante em uma peça de grande porte, e nela acopla-se
uma ferramenta de corte que pode usinar tanto a parte interna do furo, quanto a
superfície da peça. Para servir de apoio à barra de mandrilar, utiliza-se uma coluna ou
luneta auxiliar. As peças são fixadas sobre a mesa da máquina que é giratória e, além
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disso, possui movimentos longitudinais e transversais, de modo que uma peça, sem
mudança de posição de fixação, pode ser usinada em diversos pontos.
A mesa giratória possibilita a usinagem em todos os lados de uma peça, por
exemplo, uma peça com forma prismática pode ser usinada em todas as quatro faces
sem que se retire a peça da mesa.
Figura 38 – Furos em locais diversificados em uma peça
(http://www.cimm.com.br/conteudo/noticias/imagem/Image/tese%20brunir.jpg)
Se, existe a necessidade de usinar a estrutura de um motor, ela é montada na
mandriladora, apoiada na mesa giratória. Desta forma a mesa gira e,conseqüentemente,
permite o giro da carcaça em torno do seu eixo vertical. Dessa forma são executadas
todas as operações necessárias para operações como corte, rosqueamento, cada uma a
seu tempo.
Existem mandriladoras cuja mesa de fixação é fixa, neste caso o montante
vertical da máquina pode deslocar-se transversalmente. Todas as alavancas de comando
estão localizadas no cabeçote porta-árvore, visando o menor desperdício de tempo
possível ao se manusear a mandriladora. 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.
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Figura 39 – Mandriladora universal horizontal (http://images.google.com.br)
6.4. Processos de Mandrilamento:
Dependendo das necessidades de usinagem do processo , o mandrilamento pode ser
subdividido em quatro grupos:
• Cilíndrico : o mandrilamento cilíndrico é o processo de usinagem no qual a
superfície a ser usinada tem a forma cilíndrica de revolução, e o eixo de simetria
desta superfície coincide com o eixo de rotação o qual a ferramenta , que está
fixada a barra de mandrilar, realiza seu giro. Tanto a ferramenta quanto a peça
podem ser deslocados nesta operação.
Figura 40 - Mandrilamento Cilíndrico (Apostila de Usingem CEFET-MG)
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• Cônico : o mandrilamento cônico é o processo de usinagem no qual a superfície
a ser usinada tem a forma cônica de revolução, e o eixo de simetria desta
superfície coincide com o eixo de rotação o qual a ferramenta , que está fixada a
barra de mandrilar, realiza seu giro. Tanto a ferramenta quanto a peça podem ser
deslocados nesta operação
Figura 41 - Mandrilamento Cônico (Apostila de Usingem CEFET-MG)
• Radial : o mandrilamento radial (ou de faceamento) é o processo de usinagem no
qual a superfície a ser usinada tem a forma plana e é perpendicular ao eixo em
torno do qual a ferramenta realiza seu giro.
Figura 42 - Mandrilamento Radial (Apostila de Usingem CEFET-MG)
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• Circular : o mandrilamento esférico é o processo de unisagem no qual a
superfície a ser usinada tem a forma esférica e o eixo de rotação coincide com o
eixo no qual a ferramenta executa seu giro.
Figura 43 -Mandrilamento Esférico (Apostila de Usingem CEFET-MG)
• Rosqueamento: processo muito similar ao torneamento interno e externo, que
resulta em uma superfície com rosca.
Figura 44 -Rosqueamento (ROSSI, 1981)
• Fresamento: este processo pode ser executado pela Mandriladora fazendo-se
uso de uma fresa.
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Figura 45 -Rosqueamento (ROSSI, 1981)
6.5. Ferramentas de Mandrilamento:
Segundo Rossi, podemos dividir as ferramentas de mandrilamento em quatro
grupos principais. Estas ferramentas são tem como função usinar furos – passantes ou
não – previamente usinados, a fim de dar um acabamento mais refinado às peças. A
ferramentas são abrangidas pelos seguintes grupos:
6.5.1 – Lâminas:
É composto pelas ferramentas obtidas de barras cilíndricas ou de forma plana
com a extremidade preparada para operação de corte. As ferramentas para
mandrilamento são fabricadas na maioria das vezes de materiais como aço rápido e
metal duro. As ferramentas de lâminas são similares as ferramentas de torneamento,
sendo o papel do torneamento interno e do mandrilamento na maior parte comum nesta
situação. A diferença acaba sendo caracterizada pela dinâmica de como o corte é feito.
No torneamento a ferramenta é fixa e a peça que possui movimentação, já no
mandrilamento, os papéis se invertem.
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A fixação destas ferramentas é feita na própria barra de mandrilar, já comentada
anteriormente. Ela também pode ser feita em um porta-ferramentas, onde este é
conectado na barra a qual trasmite o movimento rotativo. Ela é essencial para o
funcionamento de qualquer tipo de mandriladora e sempre será encontrada,
independente do tipo de ferramenta a ser utilizado na operação.
A fixação destas ferramentas deve sempre ser feita cuidadosamente. Devido as
grandes solicitações que a operação de mandrilamento causa a ferramenta, deve ser
prestado atenção no posicionamento da ferramenta. Se esta estiver muito afastada da
barra de mandrilar, o momento causado na mesma pode comprometer a operação. Além
dos esforços serem maiores diminuindo a vida da ferramenta, a qualidade da usinagem
será debilitada.
Na maioria das vezes, os acoplamentos utilizados para as ferramentas de lâmina
são adequados a mais de uma variedade de ferramenta, a fim de criar facilidades e
economia de tempo no processo de mandrilamento. Para ferramentas de aço rápido, a
fixação acontece geralmente por meio de chavetas ou pinos que são regulados para que
o diâmetro desejado possa ser atingido sem dificuldades de operação. Já em casos onde
se usa o porta-ferramentas, acoplado a barra de mandrilamento, parafusos fixam estas
ferramentas de forma a possibilitar a regulagem radial.
As operações de mandrilamento com lâminas ocorrem em mais de uma forma. O
tipo de operação pode ser regulado de acordo com a necessidade, sendo que ele varia
entre corte com aresta única, corte com multi-aresta e mandrilamento escalonado.
• Mandrilamento com aresta única: É geralmente aplicado em operações aplicadas
a acabamento de peças e controle fino do tamanho final da operação. Possui
apenas uma ferramenta realizando a usinagem do material. Ela é uma solução
adequada quando a potência da maquina é um fator limitante.
Tem a capacidade de criar acabamentos superficiais com a rugosidade média de
até um mícron se forem utilizados equipamentos de alta precisão.
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Figura 46 – Mandrilamento com aresta única (http://www.sandvik.com)
• Mandrilamento com multi-aresta: envolve dois ou três arestas de corte. É
empregada para operações de desbaste onde a taxa de remoção é primeira
prioridade. Alta produtividade pode ser mantida se forem utilizadas duas ou três
inserções com a mesma altura. Isto resulta numa taxa de remoção de cavaco
mais alta por revolução.
Figura 47– Mandrilamento com multi-aresta (http://www.sandvik.com)
• Mandrilamento escalonado: realizado por várias ferramentas distribuídas ao
redor da barra mandriladora. Estas ferramentas possuem diferentes distâncias do
centro da barra mandriladora, com profundidades progressivas. Assim, quando a
operação vai sendo realizada, o furo aumenta gradativamente, de forma a
facilitar o desbaste. Esta operação acaba tornando-se mais suave e proporciona
um controle melhor da usinagem do material. A figura abaixo mostra uma
situação de mandrilamento escalonado.
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Figura 48 – Mandrilamento escalonado (http://www.sandvik.com)
6.5.2 – Brocas Helicoidais:
São ferramentas utilizadas tanto em operações de desbaste quanto em operações
de acabamento. Semelhantes as brocas convencionais, sua remoção de cavaco é feita
através das guias longitudinais.
Estas ferramentas podem ser fabricadas de três formas diferentes, de acordo com
a forma com que serão fixadas na barra mandriladora. As ferramentas com hastes
cilíndricas são fixadas diretamente na barra. Já quando esta haste é cônica, há a
necessidade de um porta ferramentas, onde a haste é fixada com maior pressão devido
ao seu formato. Isto facilita para trabalhos de alta qualidade de acabamento. Por fim,
sem haste, estas brocas necessitam ser fixadas através de um parafuso que atravessa
internamente a peça.
O número comum de fios para broca é três a quarto, sendo que dependendo da
quantidade de fios, a seu rendimento e precisão são alterados.
Figura 49 – Brocas Helicoidais (http://images.google.com.br)
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6.5.3 – Alargadores:
São bastante comuns às brocas, apesar da sua aplicação ter certas diferenças.
Geralmente possuem como objetivo em vista trabalhar furos previamente feitos ou
deixados de fundição.
Os alargadores podem ser classificados em de desbaste e de acabamento, sendo que
independente disto, sua precisão é maior que a das brocas devido a quantidade e ao
formato de seus gumes.
A profundidade de acabamento é muito menor nos alargadores, sendo que chega
a ordens de 0,1 a 0,4 mm. Devido a isto, sua principal função é a de calibração e
acabamento de furos. Para os alargadores de acabamento os seus gumes geralmente são
retos, com três ou mais gumes.
Figura 50 – Alargadores (http://en.wikipedia.org/wiki/File:ReamerMorseTaper3.jpg)
6.5.4 – Brocas de recortar:
A broca de recortar é uma ferramenta composta por um mandril com regulagem
radial. Geralmente é utilizada para realizar furos de grande diâmetro e pequena
profundidade, feitos usualmente em chapas. Através da navalha de corte ela realiza estes
furos, criando sangramentos no formato de discos.
Existem diversas outras adaptações de ferramentas com as quais podem ser
realizados inúmeros trabalhos de usinagem. Alguns exemplos destes trabalhos em peças
já munidas de furos são:
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• alargamento ou mandrilagem de um furo previamente aberto
• rebaixo cilíndrico para alojar, por exemplo uma cabeça cilíndrica de
parafuso
• escareamento ou rebarbamento de furos
• faceamento de superfícies de apoio
Figura –51 Broca de recortar (http://www.engprod.ufjf.br/processos)
6.6 Refrigeração:
O calor gerado durante o processo de mandrilamento gera problemas com
relação a ferramenta. Além de poder perder sua têmpera, ela pode causar problemas
para a 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 peça-ferramenta.
Com isso, o calor excessivo é eliminado e a capacidade de corte da broca aumenta,
juntamente com a qualidade do acabamento na superfície do furo. Há casos, onde as
condições de corte são reguladas, que a operação pode ser feita a seco. Desta forma,
devem ser utilizados sempre as informações do fabricante a fim de evitar problemas
maiores no processo de usinagem.
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Figura 52 – Cabeçote com refrigeração (http://www.nei.com.br)
O fluido refrigerante é diretamente direcionado na aresta de corte da broca
durante o processo de furação em mandriladoras CNC que não possuem refrigeração
interna, otimizando a quebra de cavacos e sua remoção da aresta de corte. Isto acarreta
em um aumento da vida útil da broca devido ao resfriamento da aresta de corte e
possibilita a redução nos tempos de usinagem.
6.7 – Fixação de Ferramentas:
Como já citado acima, dependendo do tipo de ferramenta e do material com que
ela é feita, há uma diferente forma de fixação para esta na mandriladora. Esta fixação
geralmente ocorre em duas diferentes partes da máquina, as barras de mandrilar e os
cabeçotes de mandrilar.
6.7.1 – Barras de Mandrilar:
As formas mais simples de fixação para ferramenta são as barras de mandrilar.
Utilizadas para determinadas faixa de profundidade e diâmetro fixo, esta barra deve ser
rígida e cilíndrica. Algumas destas barras possuem regulagem de excentricidade, mas
geralmente não há possibilidade de efetuar correção no raio devido a desgaste da
ferramenta. Com isso, o desgaste deve ser bem controlado, a fim de não criar possíveis
furos não concêntricos.
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Da mesma forma, ela deve ser bem posicionada no eixo-arvore, para que
trabalhos de alta precisão sejam realizados. São utilizadas buchas que fazem o papel de
mancais a fim de evitar vibrações que causam problemas na rugosidade das peças que
passarem pela operação.
Figura 53 - Posicioamento da barra de mandrilar (http://images.google.com.br/images/)
Figura 54 – Barra de Mandrilar (http://www.vol-ferr.com.br/performace.jpg)
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6.7.2 – Cabeçotes de Mandrilar:
Os cabeçotes de mandrilar, ao contrario das barras, possuem sistemas para
regular a excentricidade causada muitas vezes pelo desgaste da ferramenta. São
diferentes sistemas que podem ser divididos em dois grupos. Um destes grupos abrange
a regulagem através de apenas o movimento da cápsula da ferramenta e de seu suporte,
enquanto o outro possui regulagem através do movimento de uma haste onde a cápsula
da ferramenta é fixada.
O mecanismo de acionamento desta regulagem geralmente tem uma concepção
não muito complexa, baseado em movimentos de parafusos. Este movimento
proporciona uma precisão que chega a atingir décimos de milímetros. Para atingir uma
precisão centésimo de milímetros ou até de micrometros, o mecanismo de
posicionamento é mais complexo e possui mudanças de eixos internos, entre outros
aspectos.
Alguns cabeçotes possuem apenas uma correção de excentricidade muito
pequena a ponto de corrigir em faixas de diâmetro que compensam apenas o desgaste da
ferramenta. Já outros cabeçotes possuem melhorias que compensam o seu próprio
desbalanceamento, com sistemas embutidos no cabeçote.
Problemas de desbalanceamento trazem defeitos de precisão, aumento de
rugosidade e problemas no tamanho do furo. Estes problemas são em grande parte
amplificados quanto maior for o balanço da ferramenta fixada. Os problemas com
relação a desbalanceamento maximizados enquanto a rotação do sistema aumenta. Com
isso, erros dimensionais, de circularidade e rugosidade ficam mais significativos na
fabricação da peça.
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Figura 54 - Sistema de Balanceamento em Cabeçotes de Mandrilar.
(http://images.google.com.br/images/)
Figura 55 - Cabeçote regulável (Catálogo Sandvik 2008)
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Figura 56 – Comparação visual entre uma barra e um cabeçote
(http://www.sandvik.com/sandvik/0110/Internet)
6.8 Subsistema de fixação da peça:
Uma vez que a Mandriladora executa processos de usinagem em peças com
grande volume, o sistema de fixação da peça é de suma importância para atingir-se
níveis de qualidade e acabamento aceitáveis. A fixação pode ocorrer diretamente na
mesa sendo esta feita com auxílio de parafusos. Porém existem outros meios de se
proceder à fixação , resultando em mais “liberdade” na hora da usinagem, sendo estes
outros métodos os mostrados a seguir.
Cabeçotes Divisores: com este acessório é possível proceder a usinagem em peças
que demandam simetria cilíndrica. Com eles é possível a medição da variação angular
no posicionamento da peça.
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Figura 57 - Cabeçote divisor (http://www.neboluz.com.br/)
Mesa Giratória: quando o processo de usinagem da peça demanda alguma
simetria cilíndria, mas não tão rigorosa pode-se utilizar a mesa giratória
Figura 58 - Mesa Giratória (http://cnc-rotary-table-tanshing.com/sct-series.htm)
Morsa: outro aparato possível de ser utilizado como fixador da peça, é a morsa.
Este aparato pode ser utilizado com certa precisão angular quando da necessidade
dasimetria cilíndrica, além de ser utilizável em outras máquinas.
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Figura 59 - Morsa (http://www.neboluz.com.br/)
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CONCLUSÃO
Com a pesquisa e o desenvolvimento do trabalho sobre plainadoras e
mandriladoras, foi possível ter uma visão geral de como é o funcionamento e a
utilização destas em processos de usinagem. São máquinas-ferramentas utilizadas em
indústrias de pequeno e grande porte, comuns no cotidiano de qualquer processo.
As mandriladoras são máquinas com grandes aplicações, podendo realizar
processos extremamente versáteis. Elas tem como função principal o desgaste e
acabamento de furos, mas sua utilização não se limita a apenas estas funções. Elas são
capazes de realizar faceamento, rosqueamento e fresamento, sendo facilmente
adaptáveis. Além disto, são utilizadas em trabalhos de grande porte, demonstrando
grande robustez.
Ao tratar-se dos processos do plainamento, temos em mãos uma máquina a qual
está se tornando escassa. Por possuir uma versatilidade menor que outras concorrentes
de mercado, seu espaço acaba se perdendo para fresadoras e retíficas. Máquinas estas
que possuem aplicações mais precisas e diversificadas.
As plainas não são recomendadas para utilizações em volume muito grande,
devido a sua baixa agilidade para produção de peças. Sendo assim, sua prática continua
sendo perpetuada na produção de peças de projetos específicos e diferenciados. São
máquinas que tendenciarão a serem substituídas por um todo, no futuro, demonstrando a
evolução dos conceitos em usinagem.
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REFERÊNCIAS
• HEMUS. MÁQUINAS FERRAMENTAS – TECNOLOGIA MECÂNICA. 2ª EDIÇÃO. SÃO PAULO: HEMUS, 1975.
• ROSSI, Mario. Máquinas-Hierramentas Modernas V.I. Madri: Dossat, 1981.
• ROSSI, Mario. Máquinas-Hierramentas Modernas V.II. Madri: Dossat, 1981.
• http://www.mecanicaacciarini.com.br/foto02.jpg
• http://www.caetenews.com.br/fec/cfp/mecanica/apostila_manut/variadoresdevel
ocidade_arquivos/image036.jpg
• http://www.em.pucrs.br
• http://www.google.com
• http://www.coromant.sandivik.com/br
• http://www.maqsite.com.br/pg_catalogo/cat_detail.asp?catTipo=Plainas#
