Usinagem de engrenagens (fresa caracol, plainagem)

Fresas caracol ou ferramentas de plainar geram os dentes de engrenagem

A usinagem de engrenagens dá dentes a um blank redondo. Nos dois métodos principais, a ferramenta e o blank giram juntos como se já fossem engrenagens engrenadas, então cada dente sai com o mesmo perfil curvo preciso. As engrenagens da caixa de câmbio de um carro, de uma furadeira sem fio ou de uma turbina eólica são feitas assim.

Foto: Kolossos, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Usinagem de engrenagens · fresamento por geração e plainagem de engrenagens, vistas laterais, 5 etapasOs números circulados correspondem às etapas abaixo: as etapas 1–3 são o fresamento com fresa caracol (esquerda), as etapas 4–5 a plainagem de engrenagens (direita).

Como funciona

Monte o blank. Um blank de engrenagem (um disco já torneado na medida, com um furo central) é preso no eixo giratório da peça na máquina.
Fresa caracol: gire a fresa e o blank em sincronia. A fresa caracol (uma ferramenta em forma de rosca sem-fim, com muitos dentes de corte) gira enquanto o blank gira em uma razão fixa, como um parafuso sem-fim acionando sua coroa.
Avance pela face. A fresa caracol percorre devagar o eixo do blank. Cada vão entre dentes é cortado um pouco a cada volta, então todos os dentes crescem juntos.
Plainagem de engrenagens: golpes para cima e para baixo. Para engrenagens que a fresa caracol não alcança, uma ferramenta em forma de engrenagem sobe e desce como uma plaina, cortando a cada golpe para baixo.
Role devagar em engrenamento. Entre os golpes, a ferramenta e o blank giram um pouco, como se estivessem engrenados, até todos os dentes ficarem formados. A plainagem pode cortar engrenagens internas e dentes bem junto a um ressalto (um degrau na peça).

Depois do corte, engrenagens para carros e máquinas costumam receber tratamento térmico (têmpera), e as precisas são depois retificadas ou brunidas.

Dados-chave

Materiais: Aços (a maioria das engrenagens), ferro fundido, bronze, latão, alumínio, plásticos
Peças típicas: Engrenagens cilíndricas de dentes retos e helicoidais (dentes retos ou inclinados), coroas, eixos estriados, coroas de rosca sem-fim
Tamanho da peça: De engrenagens de relógio de poucos milímetros a engrenagens de turbinas eólicas e de mineração com vários metros
Precisão: Normalmente AGMA 8–10 ou classe ISO 7–9 após o fresamento com fresa caracol, erros de dente de cerca de 0,01–0,03 mm; a retificação chega a cerca de ISO 4–5
Acabamento superficial: Normalmente Ra 1,6–3,2 µm (Ra = rugosidade média; 1 µm é um milésimo de milímetro) nos flancos dos dentes
Tamanho de lote adequado: De engrenagens avulsas a milhões; uma fresa caracol corta qualquer número de dentes do mesmo tamanho de dente
Custo de ferramental e máquinas: Fresas caracol e ferramentas de plainar custam de centenas a milhares de dólares; máquinas de engrenagens CNC custam centenas de milhares
Velocidade: De segundos a cerca de um minuto por pequena engrenagem de carro; muitas horas para uma engrenagem de metros de diâmetro

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Formas de dente precisas e consistentes em todos os dentes
Uma fresa caracol serve para muitos tamanhos de engrenagem com o mesmo tamanho de dente
O fresamento com fresa caracol é rápido e contínuo, ideal para volume
A plainagem alcança engrenagens internas e em conjunto

Limites

Máquinas dedicadas e caras
A fresa caracol não corta engrenagens internas nem dentes junto a um ressalto
A plainagem é mais lenta, porque metade de cada golpe não corta nada
Engrenagens temperadas ainda precisam de retificação para a máxima precisão

Onde é usado

AutomotivoEngrenagens de caixa de câmbio, de diferencial, de motor de partida e de bombas
EnergiaCaixas de engrenagens de turbinas eólicas, grandes acionamentos industriais
MáquinasRedutores, transportadores, acionamentos de máquinas-ferramenta
Bens de consumoFerramentas elétricas, batedeiras de cozinha, coroas de bicicleta e de moto
AeroespacialTransmissões de helicópteros, caixas de acessórios de motores

Como reconhecê-lo

Dentes idênticos com flancos curvos (evolventes), o perfil que deixa as engrenagens rolarem suavemente juntas.
Finas marcas atravessando cada face de dente, na direção em que a fresa caracol avançou.
Uma engrenagem interna ou uma engrenagem bem encostada em um ressalto indica plainagem, e não fresa caracol.

Compare com

Brochamento5.4copia uma engrenagem interna ou um estriado completo em uma só puxada, mas precisa de uma ferramenta cara para cada tamanho.Fresamento5.2uma fresa de forma pode cortar os dentes de engrenagem um vão por vez; mais lento e menos preciso, usado em reparos únicos.Retificação5.7acaba os dentes de engrenagens temperadas com maior precisão depois da fresa caracol.

Assista

ProdMach · Uma comparação para iniciantes entre fresa caracol e plainagem

Evolvent Design · Closes de uma engrenagem cilíndrica sendo cortada com fresa caracol em uma oficina

Gleason Corporation · Fresamento com fresa caracol em produção em uma máquina moderna, com chanfragem

Liebherr · Uma máquina muito grande de fresamento de engrenagens em ação

Veja fotos reais

Wikipedia: Usinagem de engrenagens — visão geral dos métodos de fresa caracol, plainagem, brochamento, fresamento e acabamento
Wikipedia: Hobbing — foto de uma fresa caracol e de uma máquina de fresamento de engrenagens
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

Os dentes de engrenagem são gerados: a ferramenta rola com o blank como uma engrenagem conjugada.
A fresa caracol é contínua e rápida; a plainagem faz golpes para cima e para baixo e alcança engrenagens internas.
A maioria das engrenagens precisas é cortada mole, temperada e depois retificada.