A usinagem de mandrilamento é usada para converter furos já existentes em cilindros de precisão por meio da remoção controlada de material. Os setores de manufatura global contam com esse procedimento para criar tolerâncias inatingíveis por meio de perfuração e outros procedimentos convencionais de usinagem. A precisão no processo de mandrilamento é de até um milésimo de polegada e as superfícies internas são produzidas de forma suave.

As instalações de produção de estruturas modernas empregam mandrilamento de blocos de motores, cilindros hidráulicos, carcaças de turbinas e uma infinidade de outras peças que precisam ter dimensões internas precisas. A diferença entre os processos de mandrilamento e outros processos ajuda os fabricantes na seleção das técnicas de usinagem corretas a serem usadas em cada aplicação.

O que torna a usinagem por mandrilamento diferente de outros métodos de abertura de furos?

O termo chato se refere a um processo de usinagem que polem os furos existentes e não cortam furos em material sólido. Uma barra de mandrilar é uma ferramenta de corte de ponto único que gira e perfura a peça de trabalho, removendo lentamente o material, deixando as dimensões finais. Isso é muito diferente da perfuração, que faz furos no material para criar os furos iniciais.

O contato da ferramenta de mandrilamento ocorre em uma área muito menor da superfície em comparação com brocas ou alargadores. Menos contato significa menos forças de corte e geração de calor, resultando em um controle dimensional superior. Normalmente, as oficinas mecânicas fazem primeiro os furos e, em seguida, usam o mandrilamento para obter o tamanho e o acabamento finais.

Principais diferenças entre as operações de perfuração e as relacionadas

A perfuração cria furos rapidamente, mas sacrifica a precisão em prol da velocidade. O alargamento melhora os furos, mas remove o mínimo de material, geralmente menos de 0,010 polegada. O mandrilamento preenche essa lacuna, removendo material substancial e mantendo tolerâncias rígidas. O National Institute of Standards and Technology (Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia) reconhece o mandrilamento como essencial para aplicações de fabricação de precisão que exigem precisão além dos recursos de perfuração padrão.

Tipos de máquinas de mandrilar usadas na manufatura moderna

As instalações de fabricação selecionam as mandriladoras com base nas características da peça e nos requisitos de produção. Cada configuração oferece vantagens distintas para aplicações específicas.

Aplicações da máquina de mandrilamento horizontal

O mandrilamento horizontal posiciona a barra de mandrilamento paralelamente ao piso, o que o torna ideal para peças grandes e pesadas. Blocos de motores, carcaças de caixas de câmbio e componentes estruturais são usinados com eficiência em configurações horizontais. A barra de mandrilamento recebe suporte de ambas as extremidades, minimizando a deflexão durante as operações de corte.

As mandriladoras horizontais CNC transformaram a eficiência da produção. Esses sistemas trocam automaticamente as ferramentas, medem as dimensões durante a usinagem e ajustam os parâmetros de corte sem a intervenção do operador.

Benefícios da máquina de perfuração vertical

As mandriladoras verticais têm peças de trabalho fixadas em mesas giratórias e a ferramenta de mandrilamento entra pela parte superior. Essas mesas são equipadas com seções pesadas em forma de disco que parecem estar apoiadas por conta própria, sem a necessidade de acessórios elaborados. As aplicações comuns de mandrilamento vertical incluem carcaças de turbinas, flanges grandes e cubos de rodas.

Há também projetos de mandriladoras verticais que podem trabalhar com peças de mais de dez toneladas sem comprometer a precisão de 0,001 polegada. Gravidade ajuda a manter as peças no lugar durante o processo de usinagem e as peças não precisam de tantas configurações quanto as contrapartes horizontais.

Capacidades da máquina de mandrilamento de precisão

As mandriladoras precisas são equipadas com controles de temperatura, sistemas de medição modernos e amortecimento de vibrações. Essas mandriladoras especializadas são usadas por fabricantes aeroespaciais, fabricantes de dispositivos médicos e fabricantes de semicondutores na fabricação de alguns componentes importantes. As mandriladoras CNC oferecem um alto grau de precisão com movimentos controlados por computador que eliminam o erro humano no posicionamento e nas alterações da taxa de avanço.

Comparação entre as máquinas de mandrilamento horizontal e vertical

Como as diferentes operações de mandrilamento atendem às necessidades de fabricação?

A fabricação emprega várias técnicas de perfuração, dependendo da precisão necessária, das taxas de remoção de material e da geometria da peça.

Mandrilamento em desbaste para remoção de material

O desbaste remove rapidamente uma quantidade substancial de material, deixando espaço para as operações de acabamento. A tolerância de uma operação de mandrilamento em desbaste normalmente varia de 0,020 a 0,100 polegadas. Essa abordagem em dois estágios equilibra a produtividade com a vida útil da ferramenta, evitando o desgaste prematuro causado por forças de corte excessivas.

Mandrilamento de acabamento para dimensões finais

O mandrilamento de acabamento atinge as dimensões finais e a qualidade da superfície por meio de cortes leves e taxas de avanço controladas. O processo exige condições de usinagem estáveis, pois qualquer vibração ou deflexão afeta diretamente a precisão e a qualidade do mandrilamento. A maioria dos fabricantes aloca a permissão de mandrilamento para deixar apenas material suficiente para o mandrilamento de acabamento limpar sem sobrecarregar a ferramenta de corte.

Perfuração de linha para alinhamento

A perfuração de linha alinha vários furos em uma única configuração, garantindo a coaxialidade perfeita em distâncias maiores. Os fabricantes de cilindros hidráulicos dependem da mandrilagem em linha para manter o alinhamento entre os furos da haste e do pistão. Uma longa barra de mandrilamento apoiada em ambas as extremidades passa por todos os furos simultaneamente, garantindo o alinhamento que as operações de mandrilamento separadas não conseguem obter.

Jig Boring para posicionamento preciso

O mandrilamento com gabarito combina mandrilamento com recursos de medição por coordenadas. Essas máquinas especializadas posicionam os furos com extrema precisão, o que as torna essenciais para a produção de ferramentas e matrizes. Os modeladores e fabricantes de moldes usam o mandrilamento com gabarito quando os locais dos furos precisam estar alinhados em 0,0001 polegada.

Componentes essenciais das ferramentas e equipamentos de mandrilamento

As operações de perfuração bem-sucedidas dependem de componentes de ferramentas projetados adequadamente e que trabalham juntos.

Critérios de seleção de barras de mandrilamento

A barra de mandrilamento conecta o eixo da máquina à ferramenta de corte enquanto se estende até a peça de trabalho. A rigidez da barra determina a estabilidade da usinagem e a qualidade do acabamento da superfície. Os engenheiros calculam o valor da saliência da barra de mandrilar para prever a deflexão sob as forças de corte. As barras de mandrilar de metal duro resistem melhor à deflexão do que as alternativas de aço, principalmente durante cortes pesados.

As barras de mandrilar antivibração incorporam mecanismos internos de amortecimento que absorvem as vibrações antes que elas afetem o acabamento da superfície. Essas ferramentas especializadas solucionam problemas de vibração em aplicações de mandrilamento profundo em que as barras padrão falham.

Configuração da ferramenta de corte

O mandrilamento moderno usa pastilhas de metal duro indexáveis que os operadores podem substituir rapidamente sem remover toda a barra de mandrilamento. A aresta de corte de sua ferramenta de mandrilamento deve corresponder às propriedades do material da peça e às condições de corte. As cabeças de mandrilamento ajustáveis permitem o controle preciso do diâmetro sem a troca de ferramentas, reduzindo o tempo de preparação entre as operações.

A cabeça da ferramenta de mandrilamento posiciona a pastilha e canaliza os cavacos para fora da zona de corte. A má evacuação dos cavacos causa novo corte, desgaste da ferramenta e danos à superfície. Os fabricantes de ferramentas projetam cabeças de mandrilamento especificamente para diferentes materiais e profundidades de furo.

Erros comuns de usinagem em operações de mandrilamento

O mandrilamento apresenta desafios exclusivos que os fabricantes precisam entender para manter a qualidade.

Problemas de deflexão da ferramenta

A barra de mandrilar se estende sem suporte na peça de trabalho, criando condições para a deflexão sob as forças de corte. Essa deflexão causa furos cônicos e imprecisões dimensionais. A seleção do maior diâmetro possível da barra de mandrilar minimiza a deflexão, enquanto a redução do comprimento da saliência melhora a estabilidade.

Problemas de vibração e vibração

A vibração se desenvolve quando as forças de corte excitam as frequências naturais do sistema máquina-ferramenta-peça. As peças de mandrilamento podem apresentar acabamento superficial ruim, desgaste excessivo da ferramenta e erros dimensionais se a vibração não for controlada. A alteração das velocidades de corte, a redução da profundidade de corte ou a troca por ferramentas antivibração geralmente resolvem os problemas de vibração.

Efeitos da expansão térmica

O calor gerado durante o mandrilamento expande a peça de trabalho e a ferramenta de corte, causando variações dimensionais. Os fabricantes controlam os efeitos térmicos por meio da aplicação de refrigerante e de velocidades de corte adequadas. Algumas operações de mandrilamento de alta precisão exigem ambientes com temperatura controlada para manter a precisão.

Vantagens do mandrilamento CNC em ambientes de produção

As mandriladoras CNC revolucionaram a fabricação ao combinar o controle computadorizado com os recursos tradicionais de mandrilamento. Esses sistemas armazenam programas comprovados que garantem a repetição em milhares de peças sem ajustes do operador entre os componentes.

As sondas de medição integradas permitem a verificação durante o processo, detectando erros dimensionais antes da conclusão das peças. Esse recurso reduz o desperdício e o retrabalho em comparação com os métodos de mandrilamento manual. Muitas máquinas CNC combinam operações de mandrilamento, fresamento e torneamento, eliminando o reposicionamento da peça entre os processos.

Principais benefícios da experiência dos fabricantes

• Qualidade consistente por meio de caminhos de ferramenta programados
• Redução dos custos de mão de obra por meio de operação autônoma
• Configuração mais rápida usando programas armazenados
• Melhor acabamento de superfície com parâmetros controlados
• Flexibilidade para geometrias complexas

Aplicações de mandrilamento no mundo real em todos os setores

Produção de componentes automotivos

Os fabricantes de motores dependem do mandrilamento para criar furos precisos nos cilindros que vedem adequadamente os anéis do pistão. As caixas de transmissão exigem furos posicionados e dimensionados com precisão para rolamentos e eixos. A natureza de alto volume da produção automotiva exige máquinas de mandrilamento que mantenham as tolerâncias em milhares de peças diariamente.

Requisitos de fabricação aeroespacial

As carcaças de turbinas de aeronaves, os componentes do trem de pouso e os conjuntos estruturais utilizam técnicas de mandrilamento de precisão. Materiais aeroespaciais como titânio e Inconel apresentam desafios significativos na usinagem de mandrilamento devido à sua força e resistência ao calor. Apesar dessas dificuldades, o mandrilamento continua sendo o método preferido para atingir a precisão necessária.

Produção de equipamentos pesados

Equipamentos de mineração, máquinas de construção e implementos agrícolas incorporam grandes furos para cilindros hidráulicos e pinos de articulação. As máquinas de mandrilamento horizontal lidam com esses componentes de grandes dimensões com eficiência. O desafio da usinagem de mandrilamento de equipamentos pesados envolve o gerenciamento do peso da peça e a manutenção da precisão.

Fabricação de moldes e matrizes

A fabricação de moldes de precisão depende muito de operações de mandrilamento para furos de pinos ejetores, canais de resfriamento e buchas de guia. Empresas como a Elite Mold Tech integram o mandrilamento com outros serviços de usinagem para oferecer soluções completas para moldes. Seus recursos de mandrilamento de precisão lidam com componentes de pequenos moldes de dispositivos médicos a grandes ferramentas automotivas.

Dicas práticas para um desempenho ideal da perfuração

Os fabricantes obtêm os melhores resultados seguindo as práticas estabelecidas para configuração, seleção de ferramentas e parâmetros operacionais.

Fatores críticos que afetam a qualidade do mandrilamento

• Selecione um diâmetro de barra de perfuração de pelo menos 70% do diâmetro mínimo do furo
• Calcular a permissão de usinagem reservada com base no tamanho do furo e no tipo de material
• Use o líquido de arrefecimento para controlar o calor e evacuar os cavacos com eficiência
• Verificar regularmente as máquinas de perfuração quanto ao desgaste e alinhamento das ferramentas
• Monitore as forças de corte para detectar problemas antecipadamente
• Manter velocidades de corte consistentes e adequadas ao material da peça

Diferentes tipos de materiais exigem abordagens específicas. O ferro fundido usina mais facilmente do que o aço endurecido, o que exige ferramentas de metal duro e velocidades de corte reduzidas. O alumínio permite velocidades de corte mais rápidas, mas exige ferramentas afiadas para evitar a formação de arestas postiças.

Conclusão

A usinagem de mandrilamento fornece às indústrias de manufatura superfícies internas de precisão das quais elas dependem todos os dias. O processo é uma mistura de conceitos mecânicos estabelecidos e a mais recente tecnologia CNC para resultar em precisões que não são possíveis por meio de perfuração e outros processos de usinagem. O conhecimento sobre os vários métodos de mandrilamento, tipos de máquinas e práticas operacionais recomendadas pode permitir que os fabricantes utilizem esse recurso essencial. O mandrilamento é fundamental para a fabricação de qualidade, seja na fabricação de peças automotivas, montagens aeroespaciais ou moldes de precisão.

Perguntas frequentes

Qual é o principal objetivo da fabricação de mandrilamento?

O mandrilamento amplia e refina os furos existentes para obter dimensões precisas com acabamento superficial superior. O processo de mandrilamento atinge tolerâncias de 0,001 polegada e cria cilindros internos suaves para rolamentos, pistões e montagens mecânicas.

Como a perfuração difere das operações de perfuração?

A perfuração cria novos furos a partir de material sólido rapidamente, mas com precisão limitada. O mandrilamento é um processo de usinagem que refina furos pré-existentes de acordo com especificações exatas, usando ferramentas de corte de ponto único que removem o material gradualmente.

Quais setores utilizam a usinagem de mandrilamento com mais frequência?

As indústrias automotiva, aeroespacial, de equipamentos pesados e de fabricação de moldes dependem muito das operações de mandrilamento. Qualquer setor que exija cilindros internos precisos se beneficia dos recursos de usinagem de mandrilamento, incluindo hidráulica, geração de energia e produção de dispositivos médicos.

O que determina a escolha entre a perfuração horizontal e a vertical?

O formato e o peso da peça orientam a seleção da máquina. As mandriladoras horizontais lidam com peças longas e pesadas com eficiência, enquanto as mandriladoras verticais funcionam melhor para componentes em forma de disco. A geometria da peça e o volume de produção também influenciam a decisão.

Como os fabricantes evitam erros comuns de perfuração?

A seleção adequada de ferramentas, os parâmetros de corte apropriados e a manutenção regular da máquina evitam a maioria dos problemas de mandrilamento. A seleção de barras de mandrilamento rígidas, o controle das velocidades de corte, o uso de líquido de arrefecimento adequado e o monitoramento do desgaste da ferramenta mantêm a precisão e a qualidade do mandrilamento durante toda a produção.