Como o alargamento melhora a precisão do furo e o acabamento da superfície?

O que é o alargamento?

O alargamento é um processo de acabamento de furos no qual um alargador remove uma camada muito fina de metal da parede do furo para melhorar a precisão dimensional e reduzir a rugosidade da superfície. É comumente utilizado para dar acabamento a furos de diâmetro moderado em materiais que não sejam excessivamente duros e também pode servir como preparação antes do polimento ou do lapidação. O alargamento mecânico oferece alta produtividade e baixa demanda de mão de obra, tornando-o adequado para a produção em massa.

O alargamento pode atingir uma precisão de IT9 a IT7 e uma rugosidade superficial típica de Ra 1,6 a 0,8 µm. Esse desempenho resulta da geometria especializada do alargador, da pequena margem de usinagem e da baixa velocidade de corte.

Por exemplo, seis furos Ø20H7 igualmente espaçados, com um acabamento superficial exigido de Ra 1,6, são candidatos adequados para o alargamento.

Um furo IT8 geralmente pode ser concluído em uma única passagem de alargamento. Um furo IT7 deve ser alargado duas vezes: primeiro com um alargador de 0,05 a 0,2 mm abaixo da dimensão do furo e, em seguida, com um alargador de acabamento que atenda à tolerância do furo. Um furo IT6 deve ser alargado três vezes.

O alargamento tem capacidade limitada para corrigir erros de posicionamento; portanto, as operações anteriores devem estabelecer a localização necessária. Um furo com tolerâncias exigentes de coaxialidade ou posicionamento pode ser perfurado pontualmente, perfurado, alargado em bruto e, em seguida, alargado. Antes do alargamento, a rugosidade da superfície do furo deve estar abaixo de Ra 3,2 µm.

O fluido de resfriamento ajuda a obter uma superfície de melhor qualidade e a remover as limalhas. O alargamento não gera grande quantidade de calor; portanto, um fluido de resfriamento padrão costuma ser suficiente.

Construção e seleção de alargadores

Estrutura do alargador

Os centros de usinagem geralmente utilizam alargadores padrão. Os tipos mais comuns incluem alargadores de haste reta, de haste cônica e de casca. As faixas de diâmetro típicas são de Ø6 a Ø20 mm para ferramentas de haste reta, de Ø10 a Ø32 mm para ferramentas de haste cônica e de Ø25 a Ø80 mm para alargadores de casca. Os alargadores estão normalmente disponíveis nos graus de precisão H7, H8 e H9.

A parte inicial da cabeça é o chanfro de entrada, que auxilia a ferramenta a penetrar em um furo sem chanfro. Alguns alargadores possuem uma seção de corte cônica que realiza a maior parte do corte. Seu pequeno meio-ângulo, geralmente de 1° a 15°, melhora a centralização e produz cavacos finos.

A seção de calibragem corrige o diâmetro do furo, dá acabamento à parede e orienta a ferramenta. Sua parte cilíndrica mantém o diâmetro do alargador e serve como superfície de medição. Um leve afunilamento na parte traseira reduz o atrito contra a parede do furo.

Determinação do diâmetro do alargador

A precisão do furo depende principalmente da precisão dimensional do alargador. Um alargador cilíndrico novo, de padrão comum, geralmente inclui uma margem de retificação e pode apresentar acabamento superficial insuficiente. Antes de produzir furos com precisão superior a IT8, seu diâmetro deve, portanto, ser retificado até atingir a medida exigida.

Um furo alargado pode se expandir ou contrair, e não existe uma tolerância única e universal para esse comportamento. Um método prático de dimensionamento é:

• Diâmetro básico do alargador = diâmetro básico do furo.
• Desvio superior = dois terços da tolerância do diâmetro do furo.
• Desvio menor = um terço da tolerância do diâmetro do furo.

Para um furo de Ø20H7 com tolerância de +0,021/-0 mm, o diâmetro básico do alargador é de Ø20 mm, o desvio superior é de 2/3 × 0,021 = 0,014 mm e o desvio inferior é de 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. O diâmetro do alargador selecionado é, portanto, Ø20 mm, com desvios de +0,014/+0,007 mm.

Seleção do número de dentes

Um alargador é uma ferramenta com múltiplas arestas, e o número de dentes depende do diâmetro e da precisão do furo. Os alargadores padrão possuem de 4 a 12 dentes. Um número excessivo de dentes dificulta a fabricação e o afiamento, reduz a resistência dos dentes para um determinado diâmetro, restringe o espaço para a remoção de cavacos e pode causar acúmulo de cavacos, arranhões nas paredes do furo ou lascas nas arestas. Um número insuficiente de dentes reduz a estabilidade, aumenta a carga por dente e aumenta a probabilidade de erros geométricos.

Os alargadores podem ter dentes retos ou helicoidais. Um alargador helicoidal com ranhuras à esquerda é adequado para furos passantes, pois a hélice empurra as limalhas em direção ao fundo e para o espaço aberto além do furo. Ele não é adequado para furos cegos.

Seleção dos parâmetros de alargamento

Tolerância de alargamento

A margem de alargamento é a profundidade de material reservada para a operação de alargamento. Normalmente, é menor do que a margem para o escareamento ou o mandrilamento. Uma margem excessiva aumenta a pressão de corte, pode danificar o alargador e resulta em um acabamento superficial insatisfatório. Quando a margem é grande, devem-se utilizar passadas separadas para o alargamento de desbaste e de acabamento.

Uma margem insuficiente pode causar desgaste prematuro da ferramenta, impedir o corte normal e também prejudicar o acabamento. Uma margem típica é de 0,1 a 0,25 mm e não deve exceder 0,3 mm em furos maiores. Uma recomendação geral é reservar de 1% a 3% do diâmetro do alargador como material de reserva diametral.

Velocidade de avanço

O avanço na alargagem é geralmente de duas a três vezes maior do que o avanço na perfuração. O avanço maior faz com que o alargador corte em vez de apenas esfregar, embora a rugosidade superficial Ra aumente à medida que o avanço aumenta.

Se o avanço for muito baixo, o atrito radial aumenta. O alargador, então, se desgasta rapidamente, pode apresentar vibrações e deixar a superfície do furo áspera.

Velocidade do eixo

Todos os parâmetros de corte influenciam a rugosidade da superfície alargada, mas a velocidade de corte é o que exerce maior efeito. Para obter aproximadamente Ra 0,63 com um alargador de aço rápido em aço de carbono médio, a velocidade de corte não deve exceder 5 m/min, de modo que seja improvável a formação de uma aresta acumulada. As limalhas de ferro fundido se fragmentam em partículas e não formam facilmente uma borda acumulada; portanto, a velocidade pode ser aumentada para 8 a 10 m/min.

Um ponto de partida comum é uma velocidade do eixo de alargamento igual a dois terços da velocidade de perfuração no mesmo material. Se a perfuração for feita a 500 r/min, por exemplo, uma velocidade razoável para o alargamento é 500 × 0,660 = 330 r/min.

Utilização de um ciclo pré-definido para alargamento

A sequência de alargamento é semelhante à de outras operações de abertura de furos. No caso de um furo cego, a perfuração é seguida pelo alargamento, mas as limalhas da perfuração que ficam no furo podem atrapalhar o funcionamento do alargador. Portanto, deve-se utilizar uma parada de programa M00 antes do alargamento, para que o operador possa remover todas as limalhas.

Os programas de alargamento também utilizam ciclos pré-definidos. Os controles FANUC não definem um ciclo específico para alargamento, mas o G85 é adequado, pois o avanço é o mesmo tanto na entrada quanto na saída do furo.