1 5 - APLAINAMENTO 5.1 – Introdução

O aplainamento é um importante processo para a usinagem de superfícies planas e curvas. (fig. 5.1).

Fig 5.1 – Exemplos de peças aplainadas: a) e b) réguas de guia, c) guia em forma de cauda de andorinha, d) punção de forma.

Os cavacos são arrancados da peça em forma de fitas (aço) em função do movimento principal

retilíneo (fig. 5.2). Para a usinagem de peças curtas ou peças compridas existem diferentes tipos de plainas. 5.2 - Plaina limadora com avanço de material (fig. 5.3)

Nesta máquina podem ser usinadas peças com até 800 mm de comprimento.

. Fig 5.3 – Plaina limadora

Para o arranque de cavacos são necessários: o movimento principal, o movimento de avanço e o de ajuste da ferramenta (fig. 5.4).

O movimento principal é executado pela ferramenta de aplainar. Divide-se em curso útil e curso em vazio. O cavaco é arrancado durante o curso útil. No curso em vazio (recuo) a ferramenta volta atrás sem arranque de cavaco. Os dois cursos juntos constituem o curso duplo.

O movimento de avanço é o que produz a largura do cavaco. No aplainamento horizontal, a peça,

já fixada, que vai ser usinada, é movida através da mesa contra a ferramenta. O movimento de ajuste serve para graduar a espessura do cavaco. Obtém-se no aplainamento

horizontal, geralmente, mediante deslocamento vertical da ferramenta.

Fig 5.2 – Levantamento de cavacos durante o aplainamento.

Fig 5.4 – Movimentos no aplainamento horizontal para o arranque de cavacos: a) curso útil, b) curso em vazio, c) movimento de avanço, d) movimento de ajuste da ferramenta da ferramenta.

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5.3 - Componentes da plaina limadora (figs. 5.5 e 5.6). Fig 5.5 – Componentes da plaina limadora: a) base da máquina; b) mesa; c) cabeçote; d) espera do porta-ferramentas; e) porta-ferramenta; f) escala graduada; g) fuso para regulagem da posição do curso; h) alavanca de fixação; i) balancim (oscilante) com castanha deslizante; k) mecanismo de engrenagens; l) volante e manivela; m) pino da manivela com castanha deslizante; n) eixo de oscilação; o) articulação; p) deslocamento lateral da mesa; q) deslocamento vertical da mesa.

Fig 5.6 – Alguns detalhes dos componentes da plaina limadora

A base da máquina suporta a mesa, o cabeçote e os mecanismos de acionamento dos movimentos principal e de avanço.

O cabeçote da plaina é conduzido sobre uma guia e produz o movimento principal. No seu topo dianteiro localiza-se à espera do porta-ferramentas. A ferramenta é fixada no porta-ferramenta que está sobre uma placa com charneira (duas peças com eixo comum em torno do qual uma pelo menos é móvel) (fig. 5.7). Fig 5.7 – Placa de charneira com o respectivo suporte.

No movimento para frente (curso útil), a placa articulada é comprimida pelo esforço de corte contra o suporte e no movimento de retorno (curso em vazio), a placa é levantada um pouco em função da sua articulação com charneira, evitando-se assim a deterioração da ferramenta e da superfície que está sendo usinada (fig. 5.8).

Fig 5.8 – Funcionamento da placa com charneira durante o aplainamento: a) curso útil, b) curso em vazio.

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A espera porta-ferramentas é ajustável para o aplainamento de superfícies inclinadas e com esta finalidade está dotada de uma escala graduada.

O fuso no interior de cabeçote serve para ajustar a posição do curso da máquina. A peça que será

aplainada pode ser fixada na mesa em diversos lugares (fig. 5.9). O curso da máquina deve então ser ajustado em relação à peça. Para ajustar o curso para frente ou mais para trás, solta-se a alavanca de fixação (h) e desloca-se o cabeçote por meio de rotação do fuso horizontal para a posição desejada.

Fig 5.9 – Alteração do curso: a) adianto do curso; b) atraso do curso.

A mesa que serve para a fixação da peça a aplainar. Pode deslocar-se horizontalmente e verticalmente por meio dos fusos (p) e (q) respectivamente.

O acionamento principal produz o movimento de vaivém do cabeçote da plaina. O movimento de

rotação do motor é transformado normalmente por um balancim (oscilante) com castanha deslizante no movimento retilíneo do cabeçote. Existem também plainas com movimento principal acionado hidraulicamente.

Um motor imprime ao volante de manivela através de um mecanismo de polias, correia e engrenagens um movimento de rotação uniforme. Na ranhura do volante e manivela está localizado o pino da manivela, com uma porca que pode deslocar-se em direção ao centro por meio de um fuso. O pino transporta a castanha deslizante. A castanha desliza na guia do balancim (oscilante). Em função do movimento de rotação do volante e manivela, o balancim (oscilante) que tem o seu centro de rotação (n) na base da máquina oscila com o seu extremo livre para um lado e para o outro. Uma articulação transmite ao cabeçote este movimento oscilante.

O comprimento do curso ajusta-se por meio do deslocamento da porca com pino de manivela. O curso em vazio do cabeçote realiza-se num período de tempo mais curto que o curso útil. (fig. 5.10).

No caso do curso máximo, (fig. 5.10 - a) a porca com pino de manivela deve estar o mais afastado possível do centro do volante (manivela máxima). O pino percorre então durante o curso útil o trajeto de A a B (ângulo α) e no curso em vazio o trajeto de B a A (ângulo β). O ângulo α é maior do o ângulo β. O curso útil dura, portanto mais tempo do que o curso em vazio. E isto é uma vantagem, porque durante o curso em vazio não se produz trabalho. (Mecanismo de retorno rápido).

Exemplo: α = 240º; β = 120º; duração de uma rotação completa 3 segundos. Calcular o tempo de duração do curso útil e do curso em vazio. Solução: 1 rotação completa = 360º em 3 segundos; Curso em vazio = 120º em 1 segundo; Curso útil = 240º em 2 segundos.

Fig. 5.10 – Ajuste do comprimento do curso: a) curso máximo, b) curso mínimo.

No caso do curso mínimo, (fig. 5.10 – b) a porca com pino de manivela é fixada nas proximidades do

centro do volante. A diferença entre os valores dos ângulos α e β é pequena neste caso, o tempo gasto no curso útil e no curso em vazio não apresentam grande diferença entre si.

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O acionamento do avanço (mesa com peça). O avanço é comandado intermitentemente antes de cada curso de útil. Acionando-se manualmente o fuso de avanço podem produzir-se superfícies imperfeitas em função do movimento irregular das manivelas que é inevitável. Este inconveniente evita-se por meio do avanço forçado regulado.

Uma engrenagem de curso com ranhura em T (fig. 5.11) é acionada pelo eixo do volante manivela. Na ranhura pode deslocar-se uma cavilha que também pode ser fixada em qualquer posição. No fuso da mesa está montada uma roda de catraca em cujos intervalos de dentes engata um trinquete .

Fig. 5.11 – Funcionamento do mecanismo de acionamento do avanço:

a) engrenagem de curso; b) cavilha; c) roda de catraca; d) trinquete; e) tirante de impulso; f) fuso de mesa; g) mesa; h) barra de ligação.

A cavilha e o trinquete estão ligados por meio de um tirante de impulso que no seu movimento de ida, através do gatilho do trinquete imprime à roda de catraca um curto movimento de rotação que se transmite ao fuso da mesa.

Ao continuar no seu movimento a engrenagem de curso recua o tirante de impulso. O trinquete chanfrado desliza sobre os dentes da roda de catraca e volta a engrenar de novo num intervalo de dente. Girando-se o trinquete em 180º pode inverter-se o sentido de avanço.

O valor do avanço pode ser regulado por meio de deslocamento da cavilha. Na operação de desbaste, o trinquete deve avançar vários dentes na roda de catraca e, na operação de acabamento, um só dente.

Exemplo . O fuso da mesa tem o passo de 5 mm, isto é, a mesa desloca-se de 5 mm a cada rotação completa do fuso. A roda de catraca tem 25 dentes. Quando se desloca um só dente, o fuso da mesa desloca-se 5 mm : 25 = 0,2mm.

Em conseqüência da posição variável em altura da mesa o tirante de impulso teria que ter um comprimento variável. Por meio duma barra de ligação consegue-se fazer oscilar a engrenagem de curso de maneira que se obtenha sempre uma distância igual em relação à mesa.

5.4 - Ferramenta de aplainar

As ferramentas de aplainar são fabricadas de preferência em aço rápido. Muitas vezes os gumes são

também constituídos por pastilhas de metal duro. A forma do gume da ferramenta é escolhida de acordo com o trabalho de aplainamento a executar.

Somente em casos excepcionais se diferenciam as ferramentas de aplainar das ferramentas de tornear (fig. 5.12).

Fig. 5.12 – Ângulos no gume da ferramenta de aplainar:

α) ângulo de incidência; β) ângulo do gume; γ) ângulo de ataque.

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Ferramentas para desbaste (fig. 5.13) devem retirar em curto tempo a maior quantidade possível de cavacos. As grandes seções de cavaco exigem uma forma robusta do gume. Fig. 5.13 – Ferramentas para desbaste:

a) ferramenta reta para desbastar à esquerda; b) ferramenta reta para desbastar à direita; c) ferramenta curva para desbastar à esquerda; d) ferramenta curva para desbastar à direita.

Ferramenta para acabamento (fig. 5.14) deve produzir uma superfície aplainada com aspecto perfeito. Por esta razão os seus gumes são arredondados ou chatos. Uma ferramenta curvada para trás flexiona afastando-se da peça ao encontrar nesta um ponto de maior dureza, não deteriorando a superfície trabalhada. Fig. 5.14 – Ferramentas para acabamento:

a) ferramenta para acabamento agudo; b) ferramenta de acabamento larga; c) ferramenta reta; d) ferramenta curvada para trás.

Outras formas especiais de ferramentas (fig. 5.15) são necessárias para aplainamento de peças de formas variadas. Fig. 5.15 – Diversas formas de ferramentas de aplainar:

a) ferramenta para ranhuras; b) ferramenta para facear,; c) ferramenta de ponta curvada; d) ferramenta arredondada.

Fixação das ferramentas. Para a ferramenta não sofrer flexão, deve-se fixa-la o mais curto possível. (fig. 5.16)

Fig. 5.16 – Fixação da ferramenta: a) ferramenta fixada curta (correto); b) ferramenta fixada comprida (incorreto).

No aplainamento horizontal a ferramenta deve manter-se perpendicularmente à peça que se trabalha. Neste caso, a placa de charneira levanta-se facilmente da peça durante o curso em vazio. Em função da inclinação que se dá à espera porta-ferramentas no caso do aplainamento obliquo , a placa de charneira recebe uma posição inclinada, de maneira que a mesma dificilmente volta à sua posição inicial após o curso em vazio. A fim de evitar tal inconveniente, coloca-se sempre que possível na vertical o suporte da referida placa. Para o aplainamento de superfícies interiores inclinadas e para o aplainamento vertical, fixa-se a placa de charneira por meio de uma cavilha, a fim de que a ferramenta não sofra avaria durante o recuo nem tão pouco a superfície que se trabalha (fig. 5.17).

Fig. 5.17 – Ajuste da ferramenta no:

- aplainamento vertical (b); - aplainamento obliquo ou inclinado (a,c).

6 5.5 - Fixação das peças.

A fixação produz entre peça a aplainar e o apoio, um forte atrito que impede o deslocamento da mesma pelo efeito do esforço de corte. A grandeza do atrito aumenta com a aspereza ou rugosidade das faces de fixação e ainda com a pressão exercida pelos mordentes. A pressão de fixação não pode ser excessivamente grande, principalmente quando a peça é delgada para evitar a deformação da mesma. A face de fixação deve ser suficientemente grande. No caso de face de fixação demasiadamente pequena, a pressão por unidade de superfície é demasiadamente grande, e em conseqüência disto podem ficar marcas na peça. As aparar e outros corpos estranhos interpostos impedem uma boa fixação e por tal motivo devem limpar-se antes da fixação as faces correspondentes.

Fig. 5.18 – Fixação na prensa de apertos da máquina.

As peças grandes são fixadas sobre a mesa de aplainar (fig. 5.19). Como meios de fixação utilizam-se parafusos e barras de apertos. As cabeças dos parafusos de aperto devem ajustar bem nas ranhuras em T da mesa. A barra de apertos que transmite a pressão de fixação à peça, deve ficar disposta paralelamente à superfície de fixação, para que a área de apoio seja suficientemente grande. Os parafusos de aperto devem estar colocados próximo da peça, com isso, aproveita-se o principio de equilíbrio das alavancas, produzindo-se uma forte pressão sobre a peça. Nos casos em que não pode fixar por cima, recorre-se, a fixação lateral na mesa. (fig. 5.20). Fig. 5.19 – Fixação sobre a mesa de aplainar:

a) bom apoio, quando x é o mais pequeno possível; b) mau apoio, quando x é demasiadamente grande em relação a y; c) grampo de aperto com altura ajustável; d) calço em escada para fixação.

Fig. 5.20 – Fixação de peças delgadas:

a) régua de encosto; b) peça a trabalhar; c) peças laterais de fixação; d) grampo de fixação com parafuso; e) encosto frontal.

Fig. 5.21 – Fixação de várias peças.

As pequenas peças fixam-se no torno de bancada da mesa (fig. 5.18). Com o auxílio de calços paralelos facilita-se o nivelamento e fixação: porém, estes não devem ser colocados de maneira a dificultarem a medição e verificação durante o aplainamento.

7 5.6 - Velocidade de corte no aplainamento.

Designa-se por velocidade de corte (VA), o percurso em m/min realizado pela ferramenta de aplainar durante o curso útil. A velocidade durante o curso em vazio denomina-se velocidade de retorno (VR).

Exemplo: Comprimento do curso L = 360mm; tempo gasto no curso útil t A = 0,03 minutos; tempo gasto no curso em vazio t R = 0,015 minutos. Calcular: a velocidade de corte VA e a velocidade de retorno VR.

Solução: Velocidade = espaço / tempo Velocidade de corte: VA = comprimento do curso (m)

tempo gasto no curso útil (min.) Velocidade de retorno: VR =comprimento do curso (m)

tempo gasto no curso em vazio (min.)

Na prática de oficina trabalha-se em geral com uma velocidade de corte média, resultante de V A e V R

Vm = 2 . VA . VR

VA + VR

Especificação da velocidade de corte.

Assim como no torneamento, as velocidades de corte no aplainamento, são indicadas pelos fabricantes ou tabelas técnicas, em termos de velocidades máximas recomendadas para uma determinada combinação de ferramenta e material a ser aplainado. A tabela 5.1 é um exemplo simples destas tabelas.

Tabela 5.1 VALORES PRÁTICOS PARA VELOCIDADE DE CORTE NO APAINAMENTO(m/min)

Ferramenta de Aço com resistência em Kg / mm2 Ferro fundido

cinzento Bronze Latão 40 60 80

Aço ferramentas 16 12 8 12 20 Aço rápido 22 16 12 14 30

VA = L = 0,36 m = 12 m/min. tA 0,03 min

VR = L = 0,36 m = 24 m/min. tR 0,015 min

No trabalho de aplainamento com uma máquina acionada por balancim (oscilante) com castanha deslizante, a velocidade de corte não é uniforme (fig. 5.22). E, portanto VA e VR calculadas no exemplo acima não são velocidades máximas, mas sim velocidades médias.

No princípio do curso a velocidade de corte é nula. Cresce depois até obter o valor máximo VA no meio do curso e decresce novamente até atingir o valor zero no final do curso. O mesmo acontece com a velocidade de retorno que já vimos que é maior.

Influência do comprimento do curso na

velocidade de corte. Para um número igual de rotação do volante manivela permanece também igual o número de cursos (1 rotação = 1curso duplo). Se variar o comprimento do curso, variará também a velocidade, pois a ferramenta de aplainar terá de realizar no mesmo tempo um percurso de comprimento diferente.

Fig 5.22 – Representação gráfica das velocidades durante o aplainamento.

8 5.7 - Determinação do número de cursos duplos.

A determinação do número de cursos duplos por minuto que deve ser utilizado no aplainamento depende da velocidade de corte admissível e do comprimento do curso.

A velocidade de corte conforme foi comentado no item anterior, depende dos fabricantes de ferramentas e as tabelas técnicas fornecidas pelos mesmos. Exemplo Tabela 5.1

O número de cursos duplos por minuto pode ser obtido na tabela da máquina como, por exemplo, a Tabela 5.2 , neste caso leva-se em consideração a velocidade de corte recomendada nas tabelas do fabricante da ferramenta. O número de cursos duplos por minuto também pode ser obtido por cálculo.

5.7.1 - Determinação do número de cursos duplos por minuto utilizando a tabela de máquina.

Exemplo: Uma placa de ferro fundido cinzento deverá sofrer uma operação de desbaste na plaina, para tanto será utilizada uma ferramenta de aço rápido. O comprimento do curso é de 300 mm. Determinar os cursos duplos por minuto.

Solução: Velocidade de corte conforme Tabela 5.1 .................................. é de 14m/minuto. O número de cursos duplos conforme Tabela 5.2 ...................... é de 28 por minuto.

5.7.2 - Cálculo dos cursos duplos por minuto.

Cursos duplos por minuto (n) = velocidade média em metros por minuto Comprimento do curso duplo em metros

Exemplo: comprimento do curso L = 400 mm. Vm = 15m/min. Calcular os cursos duplos por minuto.

Solução: n = Vm = 15 m/min = 18,75 cursos duplos por minuto ≈ 19 cdpm. 2 . L 2 . 0,4 m

Tabela 5.2 ESCOLHA DO NÚMERO DE CURSOS DUPLOS

Cursos duplos por minuto Comprimento do curso em mm.

100 200 300 400 Vm em m / min

28 5,3 10,2 14,2 18,2 52 9,8 19 26,2 33,6 80 15,2 29 41 52

5.8 - Determinação do comprimento do curso “ L “ ( fig. 5.23).

O comprimento do curso compõe-se do comprimento da peça l, do curso anterior la, e do curso posterior lp. Para evitar tempos inúteis de curso sem corte, la e lp não devem ser escolhidos demasiadamente grandes. Em geral escolhe-se para la 20 mm e para lp 10mm.

Fig. 5.23 - Determinação do comprimento do curso L : l ) comprimento da peça; la ) curso anterior; lp ) curso posterior. 5.9 - Determinação do avanço e da profundidade de c orte (fig. 5.24).

O valor do avanço é escolhido em função do tipo de usinagem. Secção do cavaco = profundidade de corte . avanço = a . s. A secção do cavaco deve adaptar-se à potência da máquina. No desbaste , a profundidade de corte deve ser 3 à 5 vezes maior do que o avanço. No acabamento , a profundidade de corte e o avanço devem ser reduzidos.

n = Vm

2 .L

L = l + la + lp

Fig. 5.24 – Avanço e profundidade de corte: a) profundidade corte, s) avanço.

9 5.10 - Cálculo do tempo principal no aplainamento.

L = comprimento do curso em m. L = l + la + lp VR = velocidade de retorno em m/min VA = velocidade de corte em m/min s = avanço por cada curso duplo em mm. A fórmula básica para o cálculo do tempo principal é a seguinte: tempo = espaço / velocidade

O espaço é o comprimento do curso L. E as velocidades VA e VR são utilizadas para calcular os tempos do curso útil (corte = tA) e do curso em vazio (retorno tR).

Tempo gasto no curso duplo t = tempo do curso útil (corte) + tempo do curso em vazio (retorno).

Para aplainar uma peça é necessário um determinado número de cursos duplos que, dependem do

valor do avanço e da largura do aplainamento. A largura do aplainamento (B) é obtida, adicionando-se na largura da peça (b) os percursos laterais anterior e posterior (b1) que normalmente são de 5 mm para cada lado (fig. 5.25) . Fig. 5.25 – Cursos duplos necessários ao aplainar: s) Avanço; b1) percursos laterais anterior e posterior; b) largura da peça; B) largura de aplainamento.

Largura do aplainamento B = largura da peça + percursos laterais anterior e posterior Tempo do curso útil (corte) tA = comprimento do curso (m) Velocidade de corte (m/min)

Tempo do curso em vazio tR = comprimento do curso (m) Velocidade de retorno (m/min)

Dividindo-se a largura do aplainamento pelo avanço, obtém-se número de cursos duplos necessários Z. Número de cursos duplos necessários Z = largura do aplainamento avanço

O tempo principal calcula-se multiplicando o número de cursos duplos pelo tempo gasto no curso duplo. Tempo principal tP = número de cursos duplos x tempo gasto no curso duplo 5.11 - Como evitar acidentes ao aplainar.

1º Antes de por a máquina em movimento, realizar um curso duplo com cuidado para ter a certeza de que, o cabeçote e ou a mesa, não vão bater em qualquer coisa.

2º Não devem efetuar-se medições com a máquina em movimento.

t = t A + tR

B = b + 2 . b1

tA = L em minutos VA

tR = L em minutos VR

Z = B s

tP = Z . t

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Exemplo: Calcular o tempo principal para um aplainamento de desbaste de uma placa. Dados: Comprimento da placa 260 mm; largura 90 mm; curso anterior = 30 mm; curso posterior = 10 mm; velocidade de corte = 10 m/min; velocidade de retorno = 20 m/min, avanço 1 mm/curso duplo; percursos laterais anterior e posterior 5 mm cada.