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.
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. .
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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).
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.
(a) (b) (c) 100m 200 m 50 m 20 m (a) (b) (c)