CABEÇOTE PARA USINAGEM DE CREMALHEIRAS EM FREZADORA FERRAMENTEIRA

Cabeçote para usinagem de cremalheiras em fresadora ferramenteira1

José Carlos Leite Peres2, Warley Augusto Pereira3

1Pesquisa realizada durante Programa de Iniciação Científica da Universidade de Rio Verde.

2Graduando do Curso de Engenharia Mecânica, Universidade de Rio Verde (FESURV). E-mail: [e-mail]

3Orientador, Prof. Dr. Departamento de Engenharia Mecânica, FESURV. E-mail: [e-mail]

Resumo: A pesquisa foi realizada com o objetivo de criar um cabeçote para facilitar o fresamento de cremalheiras em fresadoras especiais do tipo ferramenteira, mostrando claramente sua construção, custos, benefícios e sua área de abrangência. Baseando-se em princípios evolutivos, foram estudados os diferentes modelos de acessórios até chegar à elaboração do mesmo. Um acessório que pode ser montado em diferentes modelos de máquinas fresadoras, posicionando melhor a ferramenta de corte, para que o cabeçote principal da fresadora não se encoste na mesa da máquina quando for usinar os dentes da cremalheira, apresentando uma solução simples e eficiente para a usinagem, garantindo excelente qualidade final do produto, redução de tempo para execução e, consequentemente, maior rentabilidade.

Palavras–chave: acessório, cremalheira, fresadora, cabeçote de usinagem

Head for machining of rack in milling cutter

Keywords: accessory, rack, milling machine, head machining

Introdução

Segundo Hui (2007), a usinagem é o processo de fabricação com remoção de cavaco mais popular do mundo, transformando em peças 10% de toda a produção de metais, empregando dezenas de milhões de pessoas.

O fresamento é um processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de superfícies quaisquer com o auxilio de ferramentas geralmente multicortantes (Freire, 1977). A ferramenta gira e a peça ou ferramenta se desloca segundo uma trajetória determinada pelo operador. A usinagem de engrenagens e cremalheiras envolve um sincronismo entre homem, máquina e cálculos, sendo elas na maioria das vezes confeccionadas em fresadoras universais ou ferramenteiras. A fresadora ferramenteira possui apenas um recurso para usinagem de cremalheiras, sendo o mesmo possível, apenas com o uso de fresas especiais, de diâmetros maiores ou modelos assimétricos, não podendo utilizar fresas comuns ou convencionais.

Pensando nesta deficiência, elaborou-se este projeto, que teve como principal objetivo a criação e confecção de um cabeçote especial para adaptação em fresadora ferramenteira para o fresamento de cremalheiras. Esse cabeçote possibilita o uso de fresas convencionais na usinagem de cremalheiras, pois fresas de diâmetros maiores ou de modelos assimétricos, além de ter um custo muito elevado, não são fáceis de serem encontradas. Um simples cabeçote que melhor posiciona a ferramenta de corte utilizada para usinar o material, proporcionando mobilidade, rapidez e precisão.

Muitas empresas que trabalham com usinagem, não possuem máquinas especiais para usinagem de cremalheiras, por serem muito exclusivas para o serviço, tornando-se inviável a compra da mesma. Porém, grande parte destas empresas possuem fresadoras ferramenteiras, por serem muito versáteis e de fácil operação.

Material e método

A execução dos trabalhos foi nas dependências de uma empresa parceira da universidade, que possui todos os recursos necessários para realização da pesquisa. O cabeçote foi projetado utilizando o Solid Edge Simulation, que é uma ferramenta de análise de elementos finitos incorporada no Solid Edge ST4. Baseada na comprovada tecnologia de Análise por Elementos Finitos (FEA), o qual divide o modelo geométrico gerado no CAD em várias partes pequenas, resolvendo então um conjunto de equações algébricas para obter os resultados desejados em função dos carregamentos e das condições de contorno.

A ideia básica é subdividir o domínio do problema em um número finito de pequenas regiões, de dimensões também finitas (Soriano, 2003). Estas pequenas regiões podem ser unidimensionais (retas), bidimensionais (triangulares, quadrangulares) ou tridimensionais (cubos, tetraedros) e são denominadas elementos, sendo o conjunto finito formado por estes elementos denominado partição ou discretização do domínio. Estes elementos são conectados nos vértices ou nós e, em geral, dois elementos só se interceptam em um nó, uma aresta ou uma face, formando uma malha.

A simulação estrutural visa reduzir significativamente a necessidade de protótipos físicos, reduzindo os custos de testes, reduzindo o tempo de projeto, mostrando todos os pontos críticos de esforços aplicados na estrutura dos componentes do conjunto, como mostrado na figura 1.

Figura 1. Distribuição das deformações na estrutura principal do cabeçote.

Durante a simulação foi fixada a parte superior do cabeçote e posteriormente aplicada força nos mancais até a estrutura começar a se deformar, mostrando em vermelho o seu ponto mais crítico, onde poderá romper primeiro.

O acessório foi projetado para ser utilizado na usinagem de cremalheiras módulo nº 1 até módulo no 5. Para módulos menores que no 1, existem outros métodos mais simples para usinagem e para módulos acima de nº 5, as fresadoras ferramenteiras convencionais não suportam os esforços. O projeto para fabricação do cabeçote é constituído de um conjunto de peças em sincronismo, tais como, engrenagens, estrutura principal, chavetas, porcas rosqueáveis, parafusos, engrenagens, luvas para aperto do módulo, embuchamentos de bronze e elementos de transmissão de rotação.

No primeiro momento, a estrutura principal do protótipo foi projetada para ser construída em ferro fundido cinzento, por ser de baixo custo, apresentar grande resistência à compressão, ao desgaste, à corrosão e vibrações, e o movimento giratório do eixo principal, transmitido através de correia sincronizadora (figura 1). Porém, após o levantamento de valores, concluiu-se que para o estudo o protótipo não seria construído de ferro fundido, pois o custo com a matriz de fundição é muito elevado e não existe esse tipo de serviço oferecido na região. Decidiu-se então fazer a estrutura principal de aço carbono 1045, pois atende todas as necessidades estruturais. Apesar