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1 INTRODUÇÃO

A usinagem representa papel fundamental nos processos de fabricação

dos mais variados ramos da indústria mecânica. Dentre os diversos processos

de usinagem, o fresamento constitui um dos mais importantes pela sua

produtividade e flexibilidade .

Os avanços tecnológicos nas áreas de ferramentas e equipamentos

tornam o fresamento cada vez mais abrangente e competitivo, atingindo níveis

de tolerâncias dimensionais cada vez mais exigentes. Além disso, os

excelentes níveis de acabamento e a obtenção de geometrias complexas

possibilitam a constante ampliação de sua aplicação na manufatura. A

evolução dos materiais de corte e das máquinas possibilitaram a aplicação do

corte a altas velocidades em produção, a partir da década de 1980. Desde

então o uso do fresamento se difundiu principalmente em três áreas da

manufatura: na fabricação de autopeças, na indústria aeroespacial e na

produção de moldes e matrizes.

Em todos eles o principal fator que impulsionou sua aplicação foi a

redução de tempos de fabricação, seja do próprio processo de fresamento ou

de processos de acabamento posteriores.

O fresamento se difundiu, também pela redução dos tempos de

usinagem, mas principalmente por que possibilitou o uso de ferramentas de

diâmetros pequenos e conseqüentemente a obtenção de geometrias mais

próximas da geometria final da peça. Isto possibilita reduzir ou eliminar a

operação posterior de eletroerosão e também diminuir o tempo de polimento,

ajustagem final. O desenvolvimento da tecnologia tornou possível a usinagem

de materiais duros, dispensando etapas posteriores de tratamento térmico.

Como conseqüência destes fatos, as aplicações foram impulsionadas pelos

grandes volumes de fabricação, pelas necessidades especiais na usinagem de

materiais endurecidos ou grandes volumes de remoção de material.

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Para estes casos foram concebidas máquinas especiais, com elevadas

rotações de fuso e velocidades de avanço, atendendo às necessidades

dinâmicas do processo.

1.1 Objetivos da Pesquisa

Relatar o processo de fresamento e explicar as ferramentas utilizadas

durante o processo e sua constituição.

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2 FRESAMENTO: DEFINIÇÃO E CONTEXTO

O fresamento é um processo de usinagem em que se utilizam

ferramentas multicortantes, de geometria definida, sendo caracterizado pela

rotação da ferramenta – movimento responsável pela principal componente do

movimento de corte.

O fresamento pode ser diferenciado dos demais processos de usinagem

com rotação de ferramenta (furação, mandrilamento, rosqueamento,

trepanação, entre outros) pela atuação simultânea de somente parte das

arestas de corte (corte interrompido) e pelo deslocamento tanto da ferramenta

quanto da peça durante a operação de corte. A maior quantidade de eixos de

movimentação possíveis de ser implantados em um equipamento lhe confere

grande flexibilidade, quando comparado a outros processos de usinagem.

Desta forma, o fresamento é utilizado na usinagem de peças das mais variadas

geometrias e tamanhos, na fabricação de peças com complexidade e obtendo

níveis de tolerância e acabamento superficial cada vez melhor, à medida que

as máquinas e ferramentas evoluem.

As altas taxas de remoção de material e a flexibilidade do processo

fazem do fresamento um dos processos mais importantes para a fabricação de

componentes mecânicos.

A ferramenta de corte usada no fresamento é chamada de fresa e as

arestas de corte são chamadas de dentes. A máquina que tradicionalmente

executa a operação de fresamento é chamada de fresadora. A maioria das

superfícies geradas pelo fresamento são superfícies plana. Entretanto, com a

combinação dos movimentos de avanço (percurso da ferramenta) e da forma

da ferramenta, superfícies complexas podem ser obtidas. Devido à variedade

de superfícies possíveis e às altas taxas de remoção de material, fresamento é

o processo mais versátil dentre os processos de usinagem, sendo amplamente

utilizado na usinagem dos mais variados materiais.

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No fresamento o processo de corte é interrompido, isto é, o dente da

fresa entra e sai da peça a cada revolução da ferramenta o que sujeita os

dentes a um ciclo de forças de impactos e cargas térmicas a cada rotação,

necessitando de ferramentas com características adequadas, máquinas e

sistemas de fixação de elevada rigidez.

Existem várias maneiras de diferenciar e classificar os diferentes tipos

de fresamento. Os tipos fundamentais são o fresamento tangencial, ou

periférico, e o fresamento frontal, ou faceamento. Esta caracterização é

freqüentemente utilizada para diferenciar as operações básicas de fresamento.

Outros tipos de fresamento são variantes ou podem ser considerados

combinação deles. Como exemplo pode ser citado a geração de engrenagens,

o fresamento de canais, entre outros.

(a) tangencial (b) faceamento

Figura 2 – Movimento de corte

Existem duas técnicas fundamentais de fresamento. De acordo com

sentido de rotação em relação ao movimento de avanço ele pode ser

classificado em fresamento concordante ou fresamento discordante.

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2.1 FRESAMENTO CONCORDANTE

No fresamento concordante, ou para baixo, os movimentos de corte e

avanço têm aproximadamente o mesmo sentido. A característica principal

desta técnica é que a ferramenta empurra a peça contra a mesa da máquina,

sendo recomendado no caso de fixação deficiente.

O principal inconveniente de sua aplicação é que há uma componente

que empurra a peça contra a ferramenta, gerando solavancos e vibrações que

impossibilitam a aplicação no caso de folgas no fuso das máquinas. Em contra

partida, o início do contato da ferramenta com a peça ocorre na porção mais

larga do cavaco, evitando o desgaste excessivo do flanco da ferramenta. A

desvantagem é que na usinagem de materiais fundidos as inclusões e

irregularidades superficiais podem levar à redução da vida da ferramenta

. 2.2 FRESAMENTO DISCORDANTE

No fresamento discordante ou convencional, o sentido do movimento de

corte é contrário ao avanço, sendo favorável na aplicação em máquinas com

folga. A ferramenta tende a levantar a peça, exigindo sistemas de fixação mais

rígidos. O corte se inicia na espessura mínima do cavaco causando desgaste

excessivo da aresta de corte pelo recalcamento do material antes do início do

corte. Por estes motivos, não é recomendado seu uso em operações de

fresamento HSC. Ele é vantajoso no caso da usinagem de materiais com

cascas endurecidas e inclusões superficiais, pois o corte se inicia na parte já

usinada da peça.

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Figura 2.1 – Fresamento concordante e discordante

2.3 ACABAMENTO

Igualmente a outras operações de usinagem, as operações de

fresamento podem ser subdivididas em fresamento de desbaste e acabamento.

As operações de desbaste têm o objetivo principal de obter a máxima

taxa de remoção de material, sem preocupação especial com o nível de

acabamento superficial obtido. As profundidades de corte também são

geralmente maiores do que nas operações de acabamento. Normalmente, são

empregadas ferramentas mais robustas para resistir à elevada força de corte e

evitar o desgaste prematuro.

As ferramentas usadas em operações de acabamento geralmente têm

ângulos de corte positivos para reduzir as forças de corte e obter melhor

acabamento superficial. A geometria mais aguda faz com que elas sejam mais

frágeis do que as ferramentas de desbaste. Em geral, o acabamento utiliza

menores profundidades de corte e são empregadas maiores velocidades de

corte para obter o melhor acabamento e chegar à geometria e às dimensões

finais da peça.

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Em algumas operações são feitos passes de usinagem intermediária

definidos como operações de semi-acabamento para melhorar a geometria e o

acabamento da peça e obter, no passe final de acabamento, melhores

resultados.

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3 FRESORA: DEFINIÇÃO, CARACTERÍSTICAS,

CONSTITUIÇÃO E FUNCIONAMENTO.

Máquina de fresar, ou fresadora – como geralmente é chamada –, é uma

máquina de movimento contínuo, destinada à usinagem de materiais por meio

de uma ferramenta de corte chamada fresa. Permite realizar operações de

fresagem de superfícies das mais variadas formas: planas, côncavas, convexas

e combinadas.

Figura 3 – Fresagens

A fresadora é constituída das seguintes partes principais: corpo, eixo

principal, mesa, carro transversal, suporte da mesa, caixa de velocidade do

eixo principal, caixa de velocidade de avanço, torpedo.

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Figura 3.0.1 – Fresadora

O corpo é uma espécie de carcaça de ferro fundido, de base reforçada e

geralmente de forma retangular, por meio do qual a máquina se apóia ao solo.

É a parte que serve de sustentação dos demais órgãos da fresadora.

Eixo principal é um dos órgãos essenciais da máquina, uma vez que é

ele que serve de suporte à ferramenta e lhe dá movimento. Este eixo recebe o

movimento através da caixa de velocidades, como a cadeia cinemática da

figura abaixo.

Figura 3.0.2 – Constituição Fresadora

A mesa é o órgão que serve de sustentação das peças que vão ser

usinadas, diretamente montadas sobre ela, ou através de acessórios de

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fixação, razão porque a mesa está provida de ranhuras destinadas a alojar os

parafusos de fixação.

Carro Transversal é uma estrutura de ferro fundido de forma retangular,

em cuja parte superior se desliza e gira a mesa em um plano horizontal. Na

base inferior, por meio de guias, está acoplado ao suporte da mesa, sobre o

qual se desliza, por meio de fuso e porca, podendo ser acionado manualmente

ou automaticamente através da caixa de avanços. Um dispositivo adequado

permite sua imobilização.

O suporte da mesa é o órgão que serve de sustentação da mesa e seus

mecanismos de acionamento. É uma peça de ferro fundido que se desliza

verticalmente no corpo da máquina através de guias, por meio de um parafuso

telescópico e uma porca fixa. Quando é necessário, para alguns trabalhos,

imobiliza-se por meio de um dispositivo de fixação.

Caixa de velocidade do eixo principal consta de uma série de

engrenagens que podem acoplar-se com diferentes relações de transmissão,

para permitir uma extensa gama de velocidades do eixo principal. Geralmente

encontra-se alojada internamente na parte superior do corpo da máquina. O

acionamento é independente da caixa de avanços, o qual permite determinar

criteriosamente as melhores condições de corte.

Caixa de velocidade dos avanços da fresadora é um mecanismo

constituído por uma série de engrenagens montadas no interior do corpo da

fresadora em sua parte central, aproximadamente. Em geral, recebe o

movimento diretamente do acionamento principal da maquina. Por meio de

acoplamentos de rodas dentadas que se deslizam axialmente, podem ser

estabelecidas diversas velocidades de avanços. O acoplamento do mecanismo

com o fuso da mesa ou suporte da mesa realiza-se através de um eixo

extensível com articulação “cardan”.

Em algumas fresadoras, a caixa de velocidades dos avanços está

colocada no suporte da mesa com um motor especial e independente do

acionamento principal da máquina.

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3.1 CARACTERÍSTICAS

O fato da ferramenta de trabalho da fresadora ser de fios múltiplos e se

poder montar, no eixo porta-fresas, combinações de fresas de diferentes frmar,

confere a esta máquina características especiais e uma vantagem sobre outras

máquinas-ferramentas, como o de poder realizar uma grande variedade de

trabalhos em superfícies situadas em planos paralelos, perpendiculares, ou

formando ângulos diversos; construir ranhuras circulares, elípticas com rapidez

e precisão.

3.2 CLASSIFICAÇÃO

A orientação do eixo principal com respeito à superfície da mesa

determina uma classificação ou tipo de fresadoras. Daí recebe a denominação

de:

3.2.1 FRESADORA HORIZONTAL

Se o eixo principal está orientado paralelamente à superfície da mesa.

Figura 3.2.1 – Fresadora horizontal

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3.2.2 FRESADORA VERTICAL

Se o eixo principal está orientado perpendicularmente à superfície da

mesa.

Figura 3.2.2 – Fresadora Vertical

3.2.3 FRESADORA MISTA

Quando, auxioliando-se com acessórios, o eixo principal pode orientar-

se nas duas posições precedentes.

Figura 3.2.3 – Fresadora Mista

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3.2.4 FRESADORA UNIVERSAL

Por suas características será objeto de estudo em outra folha.

3.2.5 FRESADORA ESPECIAIS

Existe uma grande variedade de tipos especiais de fresadoras, como:

fresadoras copiadoras, cortadoras de rodas dentadas, e outras que se

destinam a trabalhos muito específicos.

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4 FRESA: DEFINIÇÃO, CARACTERÍSTICAS E CONTEXTO

Na fresagem, usa-se uma ferramenta multicortante chamada de fresa

que retira cavacos por meio de movimentos circulares enquanto a peça se

desloca com movimentos retilíneos. As fresas são ferramentas que cortam

através do fio de seus dentes, quando estão animadas de um movimento de

rotação.

As fresas, em geral, estão constituídas por um corpo de rotação na

periferia, na qual se acham os dentes talhados no próprio material ou postiços.

Destacaremos alguns aspectos de suas formas.

O corpo pode ser cilíndrico, cônico, esférico, ou de combinações de

formas (fig. A, b e c). Constroem-se de aço rápido e excepcionalmente de aço

ao carbono.

As fresas de grande diâmetro podem ter o corpo de aço ao carbono e os

dentes postiços de aço rápido ou calçados com pastilhas de carboneto. Nos

corpos distinguem-se as superfícies laterais e as frontais.

Para cortar o material, os dentes da fresa tem forma de cunha que

apresentam os seguintes ângulos:

Ângulo de saída: Υ

Ângulo de cunha: β

Ângulo de folga: α

Figura 4 – Fresa I

O ângulo de cunha (β) é aquele que dá à ferramenta maior ou menor

resistência à quebra. Isso significa que, quanto maior é o ângulo de cunha mais

resistente é a fresa.

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De acordo com o ângulo de cunha (β), as fresas são classificadas em W,

N e H.

A escola do ângulo adequado está relacionada com o material e o tipo

de peça a ser usinada. Assim, para materiais não-ferrosos de baixa dureza,

com o alumínio, o bronze, o plástico, etc., as fresas do tipo W são empregadas

por terem um ângulo de cunha menor (β= 57º).

Figura 4.0.1 – Fresa II

Para a fresagem de materiais de dureza media, como aço até 700

N/mm², empregam-se as fresas do tipo N, que tem ângulo de cunha de valor

médio (β=73º).

Figura 4.0.2 – Fresa III

Finalmente, para fresar materiais duros e quebradiços e aços com mais

de 700 N/mm², emprega-se a fresa do tipo H, que tem ângulo β= 81º.

Figura 4.0.3 – Fresa IV

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4.1 TIPOS DE FRESA

Existem muitos tipos de fresas classificadas de acordo com critérios

como operações que realizam, formato e disposição dos dentes. Assim, temos:

4.1.1 FRESAS PLANAS

São fresas usadas na usinagem de superfícies planas, na abertura de

rasgos e canais. As ilustrações a seguir mostram fresas planas.

Figura 4.1.1 - Fresa cilíndrica tangencial

Figura 4.1.2 - Fresa de topo para mandril com chaveta transversal e

longitudinal