Brocas

O processo de furação é um dos processos de usinagem mais utilizados na indústria

manufatureira. A grande parte das peças de qualquer tipo de indústria tem pelo menos um furo,

e somente uma parte muito pequena dessas peças já vem com o furo pronto do processo de

obtenção da peça bruta (fundição, forjamento, etc.). (Ferraresi, 2003). Em geral, as peças

necessitam ser furadas em cheio ou terem seus furos aumentados (pré-furo), como todo

processo de usinagem a furação conta com a presença de um elemento destinado a remoção de

na furação esta ferramenta é a broca, e como nos demais processos o material removido recebe

o nome de cavaco.

Apesar de ter uma importância muito grande no âmbito da indústria manufatureira o

processo de furação conseqüentemente a ferramenta (broca) sofreu poucos avanços, ferramentas

de outros processos como torneamento e fresamento progrediram rapidamente com a introdução

de novos materiais, como o metal duro, cerâmico, nitreto de boro cúbico e diamante. Na furação

no entanto a ferramenta mais utilizada é a broca helicoidal de aço rápido (Diniz, 2010).

Esse aparente "atraso" deve-se a muitos fatores, o principal é o diâmetro dos furos , por

exemplo uma broca de 10mm de diametro (que é um diametro bem comum na indústria), para

ser utilizada de modo adequado com velocidades compatíveis com o metal duro teríamos que

ter uma Vc em torno de 200m/min, o que nos dá uma rotação de aproximadamente 6400rpm,

esta que é muito grande para boa parte das máquinas ferramentas de uso comum na indústria, o

escoamento do cavaco também é um percalço para o processo, pois o contato do mesmo com a

ferramenta depois de desagregado da peça causa geração de calor e compromete a qualidade do

furo. Com a crescente preocupação ambiental sobre o descarte do fluidos de corte aumenta

ainda mais a exigência de que ferramentas de corte no presente caso brocas tenham auto

rendimento, Braga 2002 usando brocas de metal duro classe k10 concluiu que uma liga de

Alumínio-Silício hipoeutéca (7,11% Silício) submetida ao processo de furação no sistema de

Mínima Quantidade de fluido (MQF) apresenta boas condições tanto em relação aos esforços

quanto a qualidade dos furos.

Com a crescente preocupação de redução de custos e tempo de produção, o

desenvolvimento da usinagem, máquinas-ferramenta e das ferramentas de corte é inevitável,

com isso novas tecnologias surgiram e surgirão para que o processo obtenha o maior

rendimento possível, a seguir são apresentados os tipos de brocas disponíveis e mais comuns na

usinagem na indústria.

Broca com pastilhas intercambiáveis: brocas deste tipo possuem cavidades em que

colocam-se incertos de materiais mais tenazes, e geralmente possuem uma estrutura de metal

duro ,brocas deste tipo são inviáveis quando o diâmetro é pequeno, devido a dificuldade de

fixação dos insertos. Porém para diâmetros médios, essa é uma boa opção desde que a máquina

propicie potência necessária.

Figura 1: Broca de Metal Duro com pastilhas intercambiáveis (Sandvik).

Figura 2: pastilhas utilizadas nas brocas de metal duro com pastilhas intercambiáveis (Sandvik).

Brocas canhão com remoção de externa de cavaco: são brocas destinadas a furos com

diâmetros de 3 a 20 mm. Normalmente são dotadas de pastilhas de metal duro em sua parte

cortante. Conseguem realizar furos muito compridos (L/D até 125) com qualidade IT9.

Figura 3: Broca Canhão

Brocas canhão com remoção interna de cavaco ou brocas BTA: são brocas para furação

profunda com faixa entre 18 e 64 mm de diâmetro e aproximadamente 1 m de comprimento, e a

profundidade e determinada pelo equipamento e ferramental disponível, a qualidade que

consegue-se atingir com essas brocas é de IT10.

Brocas Ejector (patente Sandvik): a extremidade (cabeça) desta broca é idêntica a da broca

BTA, mas difere desta pelo sistema de retirada do cavaco. O sistema de condução do fluido de

corte sob pressão até a região de core é constituído de dois tubos concêntricos. O fluido de corte

que vai para esta região de corte usa o tubo mais externo. Nesta broca o tubo interno possui

alguns furos em sua parede que permitem que parte do óleo que está a caminho da cabeça da

broca pelo tubo externo, retorne pelo interno gerando uma pressão negativa nesse tubo que

ajuda na retirada de cavaco, a qualidade dos furos obtidos por essa broca são idênticas a da

broca BTA.

Figura 4: Alguns modelos de Brocas ejector (Sandvik)

Brocas ocas de trepanação: quando o furo é muito grande acima de 120mm de diâmetro, e

não se tem um pré-furo realizado em operação anterior, a furação com broca helicoidal causaria

grande desperdício de material na forma de cavaco e agravaria bastante o processo devido a

perdas de energia como conseqüência da enorme área de contato cavaco/ferramenta e pela

grande potência que seria exigida da máquina-ferramenta e sem falar no aumento do tempo de

usinagem e sem dúvida no custo mais elevado do processo. Para esse caso tem como opção as

brocas ocas para trepanação, que somente usinam a periferia do furo, mantendo intacto o

material da parte central; mas este tipo de broca só pode ser usado em furos passantes.

Estes tipos de brocas até aqui citados não são brocas tão facilmente encontradas em

operações como a que a seguir será discutida, elas necessitam de máquinas especiais que

tenham potência elevada e de condições também muito especiais como: refrigeração, aplicação

de fluido cursos de avanços longos e altas pressões na bomba de fluido.

Broca Helicoidal

A broca helicoidal merece destaque porque mesmo com as evoluções que a usinagem vem

sofrendo a mesma continua sendo a ferramenta mais utilizada no processo de furação, isso não é

ao acaso a geometria bem definida da ferramenta faz com que ela acompanhe a evolução do

processo, mesmo que a geometria continue aproximadamente a mesma, a evolução e descoberta

de novos materiais vem aumentando o rendimento da mesma.

O processo de furação como já acima citado é muito severo e apresenta gargalos, mesmo

com os mesmo boa parte das operações de furação são realizadas com a broca helicoidal de aço

rápido sem revestimento. Isso torna o processo muito lento.

Machado 2009 afirma que o primeiro grande impulso na área dos materiais para

ferramentas de corte aconteceu com a descoberta do aço rápido quando Taylor e White

desenvolveram o primeira composição deste material, o segundo com metal duro; com a

descoberta deste último as velocidades de corte puderam ser elevadas em praticamente dez

vezes (250-300 m/min.) quando na Alemanha Schroter desenvolveu em laboratório WC em pó.

Não obstante o revestimento é muito importante e as vezes imprescindível sua presença,

pois os revestimentos implicam em maior vida da ferramenta, permitem a aplicação de maiores

velocidades. Viana 2005 comprovou que brocas revestidas com os seguintes revestimentos

TiN/TiCN, TiN/TiAlN/WCC, TiAlN e TiN/TiAlN apresentaram melhor rendimento se tratando

da vida das ferramentas do que as sem revestimento, na usinagem de uma liga Alumínio-Silício

ISO 3522 Al-Si8Cu3Fe de uso automobilístico. um empecilho na técnica de revestimento de

ferramentas de corte são as altas temperaturas de deposição dos materiais.

Uma das desvantagens da furação com brocas helicoidais é a sua imprecisão a tolerância

geométrica deste processo é sofrível e a dimensional normalmente é da ordem de IT11, e o

comprimento do furo é limitado não podendo superar a relação L/D=3 correndo o risco de

excentricidade, portanto quando é necessário a confecção de furos com elevada exatidão

normalmente se aplica operações posteriores como o alargamento, brochamento, torneamento

interno, mandrilamento, retificação interna; para furos com diâmetro até 20 mm o mais

adequado é o alargamento.

Em se tratando de terminologia e definições a norma que rege as brocas helicoidais é a

NBR ISO 5419 de 2009, que tem por título: brocas helicoidais- termos definições e tipos, esta

que é uma atualização da antiga e hoje extinta norma ABNT NBR6176.

A seguir as figuras mostram a geometria e terminologia das partes de uma broca helicoidal a primeira segunda a norma regulamentadora, a segunda de um fabricante de ferramentas de corte.

Figura 5: Partes de uma broca helicoidal (ABNT NBR ISO 5419)

Figura 6: Nomenclatura Broca Helicoidal (DORMER, 2005)

Das diversas parte de uma broca helicoidal algumas merecem destaque pela sua importância e influência que exercem no processo de furação e segundo Diniz et. al 2010 tem as seguintes funções.

Haste : destina-se a fixação da broca na máquina-ferramenta . Em brocas de diâmetro pequeno (até 15 mm), em geral usa-se brocas de haste cilíndrica e a fixação a máquina se dá por meio de mandrins. Nos diâmetros maiores, prefere-se prender a broca a um cone morse, que por sua vez é preso a máquina, o que possibilita maior força de fixação.

Diâmetro (D): é medido entre as duas guias da broca. Normalmente tem tolerância dimensional h8.

Núcleo: parte interior da broca de diâmetro igual a 0,6D. Serve para conferir rigidez a broca.

Guias: a superfície externa de uma broca helicoidal apresenta duas regiões (uma em cada aresta de corte) que têm diâmetro maior que o diâmetro das paredes da broca. Tais regiões são denominadas guias, as mesma tem duas funções básicas, a primeira como o próprio nome diz é guiar a broca dentro do furo; a segunda é a de evitar que toda parede externa da broca atrite com a parede interna do furo, diminuindo assim os esforços na furação.

Canais helicoidais: são as superfícies de saída da ferramenta. O ângulo de hélice de brocas que na periferia coicidem com o ângulo de saída, pode ser 28° para aplicações gerais, 15° para brocas destinadas a usinagem de materiais com cavacos curtos e 40° para brocas destinadas a usinagem de materiais com cavacos longos e/ou materiais "moles". O comprimento do canal helicoidal também pode variar dependendo do diâmetro da broca e do comprimento do furo que deseja usinar.

Arestas de corte: numa broca helicoidal as duas arestas principais de corte não se encontram em um ponto, mas existe uma terceira aresta ligando-as, chamda de aresta transversal de corte esta por sua vez tem a finalidade de extrudar, ou seja, "empurrar" o material do cento já que nessa região não há corte pois a velocidade é zero. O ângulo formado entre as duas arestas principais, chamado de ângulo de ponta.

A denominação destes termos está associada a uma escolha correta de um sistema de referência, e esta escolha ditada pela antiga norma NBR 6163, sustituída pela em vigor ABNT NBR ISO 3002-1: 2013, que tem por título: Grandezas básicas em usinagem e retificação e este termos estão na Parte 1: Geometria da parte cortante das ferramentas de corte — Termos gerais, sistemas de referência, ângulos da ferramenta e de trabalho e quebra-cavacos.

É importante dar atenção especial para a classificação das brocas quanto ao ângulo de ponta, pois é um relevante quesito na seleção da melhor broca a ser utilizada no processo de furação, os mesmos variam de 118 a 140° para Stemmer, 1995 ângulos menores que 118º, as arestas tornam-se convexas, produzindo vibrações na usinagem.

Broca tipo W: são indicadas para materiais macios e/ou que produzem cavacos macios, a seguir a tabela mostra o ângulo característico além de materiais indicados para serem usinados com este tipo de broca.

Tabela 1: Broca tipo W características.

Broca tipo N: São brocas de aplicações gerais, aços de baixo e médio teor de carbono, materiais que tenham baixa tenacidade e dureza, que produzem cavaco contínuos.

Tabela 2: Broca tipo N características.

Broca tipo H: São brocas em que se deseja usinar materiais de altas dureza e tenacidade, estes que produzem cavacos curtos e descontínuos,

Tabela 3: Broca tipo H características.

Segundo o fabricante Dormer 2005, o primeiro passo para se obter furos de elevada exatidão é a seleção adequada da ferramenta de corte correta à aplicação, no caso a broca, alguns fabricantes mostram perfeitamente as características das brocas em seus catálogos, e um dado importante presente é a classificação da broca segundo o ângulo de ponta.

Figura 4: Dados de Brocas helicoidais contendo informações segundo o angulo de ponta (Guhring).

Referencias

BRAGA, D. UCHÔAS, DINIZ, A. E.,MIRANDA, G, W, A., COPPINI, N. L., Aspectos negativos do uso de fluido emulsionável na furação de uma liga de alumínio-silício hipoeutética, Conem, 2002.

DINIZ, A. E., MARCONDES, F, C., COPPINI, N, L., Tecnologia da usinagem dos materiais,

7° edição, São Paulo, Artliber editora, 2010.

DORMER, 2005, Manual Técnico.

FERRARESI, D., Fundamentos da usinagem dos metais. São Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda., 2003.Gühring Brasil, the toll company, ediçao português 2012.

MACHADO, Á. , R.;  COELHO, T. R. ; Abrão, M. , A. ; DA SILVA, B. , M. ; Teoria da Usinagem dos Materiais, 1 Edição, São Paulo, Editora Blucher, 2009.

NBR ISO 3002-1: 2013 - Grandezas básicas em usinagem e retificação; Parte 1: Geometria da parte cortante das ferramentas de corte — Termos gerais, sistemas de referência, ângulos da ferramenta e de trabalho e quebra-cavacos.

NBR ISO 5419, 2009 - Brocas helicoidais - Termos, definições e tipos.

SANDVIK COROMANT, Furação profunda, produtos para usinagem.

STEMMER, C.E., 1995, Ferramentas de Corte II: brocas, alargadores, ferramentas de roscar,fresas, brochas, rebolos, abrasivos, 2ª. edição, Editora da UFSC, Florianópolis-SC, pp. 33-43.

VIANA. RHANDER; MACHADO, A. ROCHA, Furação de uma Liga Al-Si com brocas de aço rápido revestidas, 15° POSMEC, 2005.