Usinagem e fabricação de precisão exigem o uso de ferramentas de corte especializadas devido à necessidade de produzir um furo com dimensões precisas, além do alto nível de acabamento superficial obtido no processo. 

As ferramentas de alargamento tornaram-se os elementos mais essenciais no setor de manufatura contemporâneo, o que permitiu que os operadores de máquinas do setor produzissem peças dentro de tolerâncias de ±0,0002 polegadas. Compreender os 14 tipos de ferramentas de alargamento utilizadas na usinagem é fundamental para os profissionais da manufatura que buscam resultados ideais em suas operações de acabamento de furos de precisão.

Espera-se que o mercado de ferramentas de corte continue em ascensão, à medida que os fabricantes de todo o mundo demandam ferramentas mais precisas e eficientes; esse mercado está estimado em 8,9 bilhões de dólares em 2023. As máquinas-ferramentas de alargamento podem ser consideradas uma parte considerável desse mercado, e suas aplicações abrangem os setores aeroespacial, automotivo, de dispositivos médicos e de manufatura em geral.

O que são alargadores e para que servem?

As brocas de alargamento são ferramentas de corte de precisão utilizadas para ampliar orifícios já existentes, de acordo com especificações que exigem resultados exatos. Ao contrário das brocas, que fazem furos em materiais sólidos, os alargadores alisam furos que já foram pré-perfurados, puncionados ou fundidos. Essas ferramentas tendem a remover apenas 0,005 a 0,015 polegadas de material, com foco nos valores dimensionais, e não na quantidade de material removida.

As principais funções de ferramentas de usinagem com alargadores incluem:

• Isso permitiu uma precisão nos diâmetros dos furos dentro de uma tolerância de +/- 0,0001 e 0,0005 polegadas, respectivamente.
• Produção de acabamentos superficiais de alta qualidade (valores de Ra entre 32 e 125 micropolegadas)
• Precisão da retidão e da concentricidade dos furos: Garantindo a retidão e a concentricidade dos furos
• Usinagem de furos para a montagem de peças com dimensões precisas, como pinos, parafusos e rolamentos

Os 14 tipos de alavancas de alargamento utilizadas na usinagem: uma visão geral abrangente

1. Alargadores manuais

A forma mais simples de ferramenta de alargamento é o alargador manual, feito para ser operado manualmente. Essas ferramentas possuem uma haste reta com uma extremidade quadrada, utilizada para encaixar uma chave, e seus tamanhos podem variar entre 1/8 de polegada e 2 polegadas. Os alargadores manuais deixam pouquíssimo material (0,001 a 0,005 polegadas) com um acabamento superficial de Ra 32 a 63 micropolegadas.

Principais aplicações:

• Reparos e manutenção em campo
• Produção em pequena escala
• Desenvolvimento de protótipos
• Fabricação de ferramentas e matrizes

2. Alargadores mecânicos

Os alargadores para máquinas são projetados para uso em furadeiras, tornos e fresadoras. Essas ferramentas possuem hastes cônicas Morse ou hastes retas e são capazes de manter velocidades de corte mais altas em comparação com os alargadores manuais. Os alargadores para máquinas são normalmente utilizados para obter uma tolerância e um acabamento com Ra de 16 a 32 micropolegadas.

Especificações técnicas:

• Velocidades de corte: 50 a 200 pés de superfície/min
• Velocidade de avanço: 0,002 a 0,010 polegada/revolução
• Profundidade de remoção do material: A profundidade de remoção do material varia entre 0,005 e 0,015 polegadas.

3. Alargadores de mandril

Alicates para mandrilamento possuem hastes retas projetadas para montagem em mandril em máquinas-ferramentas. Essas ferramentas versáteis são comumente utilizadas em Operações de alargamento por CNC e aplicações gerais de usinagem. Os alargadores com mandril oferecem excelente flexibilidade e podem ser facilmente trocados entre diferentes operações.

4. Alargadores de casca

Os alargadores de casca consistem em uma cabeça de corte removível montada em um eixo, o que os torna econômicos para aplicações em diâmetros maiores. O invólucro permite que as arestas de corte sejam substituídas sem danificá-las, caso estejam desgastadas, mantendo o eixo — que é um componente caro — no lugar. Essas ferramentas são especialmente úteis na fabricação em grande escala. Vantagens econômicas:

• Custos reduzidos com o estoque de ferramentas
• Custos de reposição mais baixos
• Sistemas padronizados de pérgulas
• Melhoria na gestão da vida útil das ferramentas

5. Alargadores de expansão

Os alargadores de expansão possuem diâmetros de corte ajustáveis, permitindo um controle preciso das dimensões do furo. Essas ferramentas utilizam mecanismos de expansão, como ajustadores rosqueados ou insertos cônicos, para modificar o diâmetro de corte dentro de uma faixa específica (normalmente de 0,005 a 0,020 polegadas).

6. Alargadores ajustáveis

Alargadores ajustáveis oferecem diâmetros de corte variáveis por meio de sistemas de lâminas substituíveis. Essas ferramentas proporcionam flexibilidade excepcional para tamanhos de furos personalizados e permitem a compensação do desgaste. Os alargadores ajustáveis são particularmente úteis em aplicações de ferramentas e matrizes, nas quais são necessárias dimensões não padronizadas.

7. Alargadores cônicos

Os alargadores cônicos criam furos cônicos precisos com ângulos específicos, comumente utilizados para pinos cônicos, cônicos Morse e aplicações em eixos de máquinas. Os ângulos cônicos padrão incluem 1:50, 1:20 e a série de cônicos Morse. Essas ferramentas exigem configuração e operação cuidadosas para se obter a geometria cônica adequada.

Especificações comuns de conicidade:

• Cônico Morse: MT0 a MT6
• Cone Jarno: Design com fixação automática
• Cônico Brown & Sharpe: Aplicações de precisão

8. Alargadores escalonados

Os alargadores escalonados são alargadores que possuem vários diâmetros de corte em uma única ferramenta, permitindo a formação de furos escalonados em uma única passagem. Essas ferramentas especiais reduzem o tempo de preparação e aumentam a produtividade nos casos em que são necessários vários diâmetros de furo e um posicionamento axial preciso dos furos.

9. Alargadores de ponte

Os alargadores para pontes são ferramentas utilizadas para alargar furos durante a construção de pontes e em obras estruturais pesadas. Trata-se de ferramentas para serviços pesados, com construção robusta, capazes de suportar as altas exigências em condições adversas presentes na fabricação de estruturas de aço.

10. Alargadores para automóveis

Os alargadores automotivos são um tipo de ferramenta especializada utilizada na indústria automotiva, especificamente para alargar furos em blocos de motor, caixas de câmbio, chassis e outras peças de um automóvel. A precisão dessas ferramentas deve até mesmo superar os níveis de qualidade da indústria automotiva, e elas devem ser capazes de atender às elevadas demandas de produção.

11. Alavancas para rosas

Alargadores de roseta possuem arestas de corte apenas na face frontal, o que as torna adequadas para operações de alargamento de desbaste. Essas ferramentas removem maiores quantidades de material e são frequentemente utilizadas como ferramentas de desbaste antes do alargamento de acabamento com outros tipos.

12. Alargadores estriados

Os alargadores com ranhuras helicoidais ou retas utilizam ranhuras para remover cavacos e minimizar as forças. O desempenho da ferramenta é fortemente influenciado pelo projeto das ranhuras, e as ranhuras helicoidais proporcionam um corte muito mais suave e um acabamento superficial superior.

Considerações sobre o projeto da flauta:

• Ângulo da hélice: 5 a 45 graus
• Número de flautas: 4 a 12 (de preferência números pares)
• Profundidade da ranhura: 15-25% do diâmetro da ferramenta
• Eficiência na remoção de cavacos

13. Alargadores de ranhura espiral

Os alargadores com cabeça helicoidal utilizam uma ferramenta de corte helicoidal da mesma forma que os alargadores com ranhuras espirais, com a diferença de que a cabeça helicoidal possui ranhuras helicoidais, que evacuarem as limalhas e reduzem a carga de corte em comparação com os alargadores de ranhuras retas. Eles são eficazes, especialmente em furos profundos e em materiais que produzem limalhas fibrosas.

14. Alargadores de metal duro

Os alargadores de metal duro também possuem arestas de corte de metal duro, o que proporciona maior vida útil da ferramenta e maiores velocidades de corte. Essas ferramentas podem operar a velocidades de corte 3 a 5 vezes maiores do que os alargadores de aço rápido, com características de desgaste que estão fora do alcance da maioria dos alargadores de aço rápido.

Vantagens de desempenho:

1. Vida útil da ferramenta: 5 a 10 vezes maior do que a do HSS
2. Velocidades de corte: no máximo 1.000 pés de superfície por minuto
3. Resistência superior ao desgaste
4. Precisão dimensional consistente

Critérios de seleção de alavancas para um desempenho ideal

Escolhendo o mais adequado ferramentas de usinagem com alargadores exige uma análise cuidadosa de diversos fatores que afetam diretamente o desempenho e a relação custo-benefício.

Considerações sobre os materiais

O material da peça a ser usinada influencia significativamente a escolha do alargador. Ferramentas de corte industriais devem ser adaptadas às propriedades específicas do material:

Aço e ferro:

• Alargadores de aço rápido para aplicações gerais
• Alargadores de metal duro para operações em alta velocidade
• Ferramentas revestidas para maior durabilidade

Alumínio e metais não ferrosos:

• Bordas de corte afiadas para evitar o acúmulo de resíduos nas bordas
• Fresas polidas para remoção de cavacos
• Geometrias especializadas para materiais macios

Materiais endurecidos:

• Lâminas de corte de metal duro ou cerâmica
• Ângulos de inclinação positivos
• Porta-ferramentas rígidos

Requisitos de precisão

Acabamento preciso de furos Essas aplicações exigem características específicas dos alargadores:

Requisitos de tolerância:

• ±0,0001″: Alargadores de qualidade premium
• ±0,0002″: Alargadores de precisão padrão
• ±0,0005″: alargadores de uso geral

Especificações de acabamento superficial:

• Ra 16 micropolegadas: Alargadores de acabamento fino
• Ra 32 micropolegadas: alargadores padrão
• Ra 63 micropolegadas: alargadores de desbaste

Aplicações comuns das ferramentas de alargamento em casos de uso na indústria

Operações de alargamento por CNC abrangem diversos setores, cada um com requisitos e desafios específicos:

Indústria aeroespacial

• Fabricação de componentes de motores
• Conjuntos de trens de pouso
• Fabricação de componentes estruturais
• Instalações de rolamentos de precisão

As estatísticas mostram que os fabricantes do setor aeroespacial exigem tolerâncias de furos de ±0,0001 polegadas para componentes críticos, com acabamentos de superfície melhores do que Ra 32 micropolegadas.

Fabricação de automóveis

• Usinagem do bloco do motor
• Produção de componentes de transmissão
• Fabricação de sistemas de freios
• Fabricação de componentes de suspensão

A indústria automotiva produz mais de 80 milhões de veículos por ano, o que exige bilhões de furos de precisão com qualidade consistente.

Fabricação de dispositivos médicos

• Produção de instrumentos cirúrgicos
• Usinagem de componentes de implantes
• Fabricação de equipamentos de diagnóstico
• Fabricação de componentes de precisão

A fabricação de dispositivos médicos exige os mais altos padrões de precisão, sendo que muitos componentes requerem tolerâncias de ±0,00005 polegadas.

Manutenção e otimização da vida útil das ferramentas

Manutenção adequada de ferramentas de alargamento afeta significativamente o desempenho e a relação custo-benefício:

Procedimentos de inspeção de ferramentas

• Inspeção visual para identificar padrões de desgaste
• Verificação dimensional com medidores de precisão
• Medição do acabamento superficial
• Avaliação de condição com tecnologia de ponta

Diretrizes para recondicionamento

• Serviços profissionais de reafiação
• Restauração do revestimento
• Restauração dimensional
• Testes de validação de desempenho

As estatísticas do setor mostram que os alargadores, quando bem conservados, podem atingir de 150% a 300% da vida útil esperada de qualquer ferramenta.

Conclusão

Compreender os 14 tipos de alavancas de alargamento utilizadas na usinagem permite que os profissionais da área de manufatura selecionem as soluções ideais para suas aplicações específicas. Sejam simples alavancas manuais ou alavancas de metal duro de alta qualidade, cada variedade dessas ferramentas se adapta a diferentes aplicações nas indústrias atuais.

O desenvolvimento de ferramentas de usinagem do tipo alargador continua evoluindo graças a novos materiais, revestimentos e geometrias que melhoram o desempenho e prolongam a vida útil das ferramentas. Essas ferramentas de corte industriais especializadas continuarão a desempenhar um papel fundamental na obtenção da precisão dimensional e do acabamento superficial exigidos no competitivo mundo moderno, à medida que a indústria manufatureira continua a exigir níveis cada vez mais elevados de precisão e eficiência.

Os sistemas mecânicos possuem a capacidade de realizar acabamentos precisos em furos, o que é alcançado por meio da seleção adequada das ferramentas, dos parâmetros operacionais e de métodos de manutenção constantes. A aplicação desses princípios permitirá que os fabricantes obtenham melhores resultados e aumentem a vida útil das ferramentas, além de reduzir o custo de produção.

Perguntas frequentes (FAQs)

1. Quais são as diferenças entre os procedimentos de perfuração e alargamento?

A perfuração cria orifícios em material sólido, enquanto o alargamento amplia orifícios existentes até uma dimensão específica. As ferramentas de alargamento geralmente removem apenas 0,005 a 0,015 polegadas de material e têm como objetivo o acabamento superficial e a precisão dimensional, em vez da remoção de material. A perfuração pode atingir uma tolerância de -++ 0,005 polegadas, enquanto o alargamento também pode atingir uma tolerância de -++ 0,0002 polegadas ou melhor.

2. Qual velocidade de corte devo usar para os diferentes tipos de alargadores?

Dependendo do material do alargador, a velocidade de corte da peça varia bastante. As velocidades de corte dos alargadores de aço rápido variam de 50 a 200 pés por minuto; os alargadores de metal duro cortam a velocidades de até 300 a 1.000 pés por minuto. O alargamento CNC deve ser iniciado em velocidades baixas e conservadoras, que devem ser aumentadas posteriormente, observando-se a produção de resíduos e a qualidade do acabamento superficial.

3. Por que o alargamento resulta em um acabamento superficial insatisfatório?

Um acabamento superficial insatisfatório é normalmente causado por uma velocidade de corte excessiva, uma taxa de avanço inadequada, baixa lubrificação ou gumes desgastados. O segredo para obter um acabamento preciso nos furos está no uso de fluidos de resfriamento, nas taxas de avanço (0,002–0,010 IPR) e em um conjunto de gumes em bom estado. A qualidade da superfície também é afetada negativamente pelo acúmulo de resíduos nas arestas e pela vibração.

4. Quais alargadores devo usar: de metal duro ou de aço rápido?

Os alargadores de metal duro são ideais para trabalhos de alto volume, materiais abrasivos e quando se trabalha em alta velocidade. Eles proporcionam uma vida útil 5 a 10 vezes maior do que os de HSS, mas têm um custo inicial 3 a 5 vezes mais alto. Os alargadores de HSS tornam-se mais econômicos na produção de baixo volume, em operações intermitentes e em aplicações de uso geral, nas quais a flexibilidade das ferramentas é uma vantagem.

5. Qual a quantidade de material que deve permanecer após a perfuração para a realização do alargamento?

A margem de alargamento ideal geralmente fica entre 0,005 e 0,015 polegadas na maioria dos casos. Uma margem de remoção inadequada resultará em desgaste irregular da ferramenta e em uma superfície de corte irregular, enquanto uma margem excessiva resultará em forças de corte ampliadas e, às vezes, na quebra da ferramenta. As ferramentas de usinagem com alargadores funcionam melhor quando as margens de remoção são relativamente constantes até o final da série de produção.