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ROSQUEAMENTO
1. Introdução
O rosqueamento pode ser definido como um processo mecânico, de
usinagem ou conformação, destinado à obtenção de filetes de rosca,
por meio da abertura de um ou vários sulcos helicoidais de passo
uniforme, em superfícies cilíndricas ou cônicas de revolução
(Ferraresi, 1995). Este processo envolve movimentos relativos de
rotação e avanço entre a peça e a ferramenta, onde uma delas gira
enquanto a outra se desloca simultaneamente segundo uma trajetória
retilínea paralela ou inclinada em relação ao eixo de rotação, ou
apenas uma delas executa os dois movimentos, ou seja, gira e
avança, enquanto a outra fica parada.
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O rosqueamento realizado para a obtenção de roscas
fêmeas, ou seja, rocas em superfícies internas cilíndricas ou
cônicas de revolução, é chamado de rosqueamento interno. Existem
várias formas de rosqueamento interno, entre elas: O rosqueamento
interno com ferramenta de perfil único; o rosqueamento interno com
ferramenta de perfil múltiplo; o rosqueamento interno com machos
(do inglês “tapping”) de usinagem ou de conformação; e o
rosqueamento interno com fresa.
.
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O rosqueamento externo (do inglês “threading”, ou “thread rolling”) é
aquele executado em superfícies externas cilíndricas ou cônicas de
revolução. Entre as formas de rosqueamento externo, estão: o
rosqueamento externo com ferramenta de perfil único; o
rosqueamento externo com ferramenta de perfil múltiplo; o
rosqueamento externo com cossinete; o rosqueamento externo com
jogo de pentes; e o rosqueamento “whirling”, que é uma variação do
rosqueamento externo com jogo de pentes, no qual um cabeçote
rotativo na forma de anel suporta quatro ferramentas dispostas de
forma eqüidistante circunferencialmente e defasadas axialmente.
Esta última forma já era usada a bastante tempo para a usinagem de
materiais moles (pré-usinagem), no entanto, atualmente já se
desenvolveu o uso deste processo para usinar rosca em material
endurecido.
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2. ROSQUEAMENTO INTERNO COM MACHO
Entre os tipos de rosqueamento interno, citados anteriormente, aquele
que utiliza como ferramenta o macho, é o mais utilizado na indústria
moderna, devido a sua alta produtividade, e ao fato de apresentar
maior precisão na rosca feita, tanto para os pequenos diâmetros quanto
para os grandes. Os machos utilizados no rosqueamento interno
podem ser de conformação, os quais não geram cavacos durante o
processo de fabricação da rosca, ou de corte que são aqueles que
geram cavacos durante a operação de rosqueamento.
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2.1 Rosqueamento Interno com Macho de Conformação
O rosqueamento por conformação é um processo de
formação de rosca interna, no qual um macho sem canais, ou seja
com superfície ativa em forma de rosca, lamina uma rosca sobre a
superfície lateral do furo inicial. Portanto o processo se dá sem a
remoção de cavaco. Este tipo de rosqueamento é especialmente
indicado para materiais com alongamento de ruptura acima de 8% e
para materiais que podem ser facilmente trabalhados a frio, tais
como aço com até 0,5% de C e ligas de cobre e alumínio.
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Como características principais do processo de rosqueamento por conformação, podemos citar as seguintes:
•Os machos de conformação não têm aresta de corte e geralmente não possuem canais;•É um processo muito versátil, pois com uma única geometria de macho laminador, é possível executar roscas em furos cegos e passantes e em diversos tipos de materiais, ao contrário dos machos de corte, que devem ser específicos para cada operação;•Os machos de conformação têm maior eficiência, maior resistência, e maior vida que os machos de corte, permitindo maiores velocidades na fabricação da rosca;•As roscas obtidas por este processo, apresentam maior resistência mecânica dos filetes, que aquelas obtidas por outros sistemas de rosqueamento;•Os machos de conformação requerem uma grande precisão no pré-furo e um torque de rosqueamento mais elevado
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•O calor gerado com os machos de conformação, devido ao atrito, é
maior que aquele produzido pelos machos de corte, de tal forma
que o uso de fluido de corte para refrigeração no rosqueamento por
conformação torna-se importante;
•Apresenta um custo de reciclagem reduzido devido à fabricação
sem cavacos, e uma longa vida da ferramenta, não sendo
necessária afiação.
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2.2 – Rosqueamento interno com macho de corte
O rosqueamento interno com macho de corte é uma das operações
de usinagem mais complexas devido aos problemas ocasionados
pelas dificuldades de remoção do cavaco e lubrificação adequada
das arestas de corte do macho. Adicionalmente, há uma relação fixa
entre velocidade de corte e avanço, definida pelo passo da rosca, que
não pode ser alterada. A situação se agrava ainda mais quando as
roscas são feitas em furos cegos, onde os machos são submetidos a
condições de trabalho bastante severas.
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Enquanto na abertura de uma rosca passante, os filetes de entrada
trabalham livremente e o macho não fica sob carga quando do seu
retorno, na abertura de roscas em furos cegos, os filetes de entrada
do macho, ao retornar, precisam cortar alguns cavacos, ocasionando
uma sobrecarga elevada e variável sobre o macho. Além disso, os
cavacos devem encontrar espaço suficiente nos canais do macho, no
fundo do furo cego, ou devem ser eliminados para trás.
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A fim de se minimizar os problemas do rosqueamento interno com
machos de corte, podem ser tomadas as seguintes providências:
•Selecionar materiais que ofereçam menor dificuldade (resistência) a
usinagem da rosca;
•Evitar profundidades de roscas acima de 1,5 vezes o diâmetro do
macho;
•Deixar uma folga adequada no fundo de furos cegos. Esta folga é
recomendada para se evitar que durante a operação de
rosqueamento, principalmente com machos de canal reto, ocorra
atrito no frontal do macho com o fundo do furo, devido ao acúmulo de
cavacos, resultando na quebra do macho.
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Além disso, devido a pouca folga no fundo do furo seria necessário
utilizar machos de pouca entrada, o que poderia ocasionar um
acabamento ruim na rosca, com baixa durabilidade da ferramenta. Por
outro lado, apesar de uma profundidade excessiva do furo ser
bastante benéfica para o rosqueamento, ela pode causar grandes
perdas operacionais na furação de tal forma que nem todo material
permitirá uma furação profunda.
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D
Comprimento da Rosca
Folga
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Material
Aço em Geral Ferro fundido
Comp. Da folga no
furo
Comp. Da folga no
furo
Tipo de macho
(comprimento do chanfro)
Comprimento
da Rosca
D até
6mm
D acima
6mm
D até
6mm
D acima
6mm
1D 0,5D 0,5D 0,5D 0,3D
2D 1,0D 0,5D 1,0D 0,5D
Canal Reto
(2,0 filetes)
3D 1,0D 1,0D 1,0D 1,0D
1D 1,5D 1,0D 1,0D 0,5D
2D 2,0D 1,5D 1,5D 1,0D
Ponta Helicoidal
(4,5~5,0 filetes)
Canal Reto (4,0 filetes) 3D 2,5D 2,0D 1,5D 1,0D
1D 0,5D 0,5D 0,5D 0,5D
2D 0,5D 0,5D 1,0D 0,5D
Canal Helicoidal
(2,5 filetes)
3D 0,5D 0,5D 1,0D 0,5D
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•Obter o furo núcleo da rosca dentro das dimensões especificadas para
cada tipo de rosca;
•Trabalhar com as tolerâncias do diâmetro primitivo dentro dos padrões;
•Todos os furos para roscas devem ser chanfrados (escariados) com
90° para evitar que se formem rebarbas na entrada da rosca.
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Os machos manuais se diferenciam uns dos outros pela
quantidade de filetes de rosca que cada um deles possui no seu
respectivo chanfro. Assim :
•O macho desbastador (macho para o primeiro passe da operação
de abrir rosca, do inglês “taper”) possui de 7 a 9 filetes de rosca no
chanfro.
•O macho intermediário ( macho para o segundo passe da
operação de abrir rosca, do inglês “plug”) possui de 3 a 5 filetes de
rosca no chanfro.
•O macho acabador (macho para o terceiro passe da operação de
abrir rosca, do inglês “Bottoming”) possui de 1 a 1½ filetes de
roscas no chanfro.
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Tanto os machos de corte manuais quanto os machos de corte para
máquina possuem canais. Estes canais podem ser retos, em hélice,
ou uma combinação dos dois. Os machos de corte possuem canais
por três razões principais: proporcionar arestas de corte,
proporcionar folga para saída dos cavacos, e conduzir fluido para a
região de corte não só com o objetivo de lubrificar esta região, mas
também cumprir as principais exigências do processo de
rosqueamento, ou seja transportar melhor o cavaco e quebra-lo
adequadamente.
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A quantidade de canais que o macho deve possuir é diretamente
influenciada pelo tipo de cavaco formado pelo material a ser
rosqueado. Assim, no rosqueamento de materiais que produzem
cavacos curtos, tais como o ferro fundido cinzento, o latão e o
bronze, é recomendado o uso de 4 canais. Por outro lado no
rosqueamento de materiais metálicos que produzem cavacos moles
e longos, tais como alumínio, magnésio e aço inoxidável, três ou até
dois canais podem ser usados, pois com a diminuição do número de
canais e o conseqüente aumento da largura dos mesmos, o espaço
para remoção do cavaco aumenta.
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(a) Macho com canal reto
(b) Macho com ponta helicoidal
(c) Macho com canal helicoidal
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(a) macho cônico com haste curva
(b) macho de desbaste e acabamento combinados
(c) macho escalonado
(d) macho com ponta helicoidal e canal curto
(e) macho de haste comprida(f) macho de rosca retificada guiado
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Devido à geometria do macho de corte e sua ação de corte especial,
a operação de rosqueamento com esta ferramenta tem as seguintes
características:
1. É um processo altamente transiente. O ciclo de rosqueamento
completo dura normalmente poucos segundos e pode ser dividido
em dois estágios : Corte e Retorno. Durante o estágio de corte, os
dentes do macho entram em ação de corte continuamente um após
o outro. Sem experimentar um estágio de corte estável (em que
todos os dentes estão em ação), os dentes de corte deixam a peça
no fim do furo. Isto dificulta o monitoramento do processo, pois não
existe um sinal de estado estável, que possa ser usado.
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2.Operações prévias tais como furação, alargamento e
escareamento têm forte influência sobre o processo de
rosqueamento interno com macho. Existem muitas incertezas
associadas com a operação de rosqueamento interno com macho,
tais como, a variação das dimensões do furo, desalinhamento do
macho e do furo, erro de sincronismo entre os movimentos de
rotação e avanço do macho, etc.
3.Um macho tem normalmente vários canais e sua ponta é cônica ou
chanfrada. A ação de corte é realizada principalmente pelas aresta de
corte da região cônica.
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O rosqueamento interno com macho é uma das operações de
usinagem mais comuns sendo também uma das últimas a serem
realizadas sobre a peça produzida, que neste caso já possui um alto
valor agregado. Quando um macho está desgastado ele produz
roscas defeituosas, e em uma condição mais severa pode acabar se
quebrando dentro do pré-furo. Desta forma a falha do macho pode
gerar refugo ou provocar uma seqüência de remoção do mesmo,
que consome tempo e dinheiro (Sha et al, 1990). Assim, a escolha
de um material adequado para a fabricação do macho, bem como o
monitoramento do desgaste desta ferramenta durante o corte, é de
fundamental importância para a obtenção de um rosqueamento
perfeito.
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Não Revestida Revestida com TiN
Condições de corte:Material de trabalho - Aço UNI C40;Velocidade de Corte - 17 m/min; Profundidade de rosqueamento - 25 mm;Refrigerante: Óleo
Nú
me
ro d
e f
uro
s ro
sca
do
s
30
0
500
1000
1500
2000
2500
Não revestida Revestida com TiN
Nú
me
ro d
e F
uro
s r
os
ca
do
s
Vida de ferramentas de aço rápido HSS 6-5-2, não revestidas e revestidas com TiN, no rosqueamento de furos M12, no ferro fundido cinzento 250: Vc = 3,8 m/min, f = 0,175 m/min, refrigerante = Emulgol E 42, critério de fim de vida VBMax = 1,0mm (Legutko, 1994).
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Vida de ferramentas de aço rápido HSS-Co-PM revestidas com TiALN e TiCN , no rosqueamento do ferro fundido cinzento GG25, Vc = 60 m/min (Bezerra, 2001).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
TiALN TiCNCo
mp
rim
en
to d
e r
os
ca u
sin
ada
(mm
)
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A OSG ferramentas de precisão (1999), reconhece 4 tipos de avarias e desgastes que ocorrem num macho de corte (Figura 2.20): 1) O lascamento; 2) O desgaste propriamente dito que ocorre tanto na superfície de folga como na de saída da ferramenta; 3) O rasgamento que é o arrancamento da camada superior da crista de um ou mais filetes do macho; 4) A soldagem que é a adesão de materiais da peça sobre as superfícies dos filetes do macho, seguida ou não de arrancamento de material da ferramenta.
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(a) (b) (c)
100m 200 m 200 m
50 m 50 m 20 m
(a) (b) (c)
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HSS-NI (Cota1 dente3- Carreira 1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 450 900 1350 1800 2000
Número de roscas feitas
De
sg
aste
(m
m)
HSS-PM (Cota1 dente3- Carreira 1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 450 900 1350 1800 2000
Número de roscas feitas
De
sg
aste
(m
m)
HSS-e (Cota1 dente3- Carreira 1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 450 900 1350 1800 2000
Número de roscas feitas
De
sg
aste
(m
m)
HSS (Cota1 dente3- Carreira 1)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 450 900 1350 1800 2000
Número de roscas feitas
De
sg
aste
(m
m)
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cota 1 dente 3 (Carreira 1 - 1800 roscas)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
HSS-Ni HSS-PM HSS-E HSS
Materiais
De
sg
aste
(m
m)