A broca é um processo de usinagem de alta precisão usado para remover o material em um movimento linear, criando formas internas ou externas complexas em peças metálicas. A ferramenta de corte, conhecida como broche, contém uma série de dentes que aumentam em altura ao longo de seu comprimento, cortando progressivamente mais fundo com cada passagem. Brocha pode ser realizada empurrando ou puxando o broche através ou sobre a peça de trabalho, e a escolha entre broca de empurrar e puxar a broca impacta significativamente a velocidade, custo e qualidade da peça final. Compreender as diferenças técnicas, requisitos de equipamentos e vantagens específicas de cada método é essencial para engenheiros de fabricação que procuram otimizar a produção.

O que é o broche de empurrar?

A broca de pressão é um método em que a broca é inserida manualmente ou por uma prensa na peça de trabalho e depois forçada através dela, aplicando- se a força de compressão axial. A broca é empurrada de uma extremidade, e a ação de corte ocorre à medida que a ferramenta se move através da peça de trabalho. Este processo é tipicamente realizado usando uma prensa hidráulica ou mecânica, embora algumas configurações usem uma máquina de perfuração vertical com um carneiro que conduz a broca para baixo. A broca deve ser suportada durante todo o curso para evitar flambamento, uma vez que a ferramenta experimenta uma tensão de compressão significativa.

A broca de empurrar é usada principalmente para criar características internas, como chaves, splines, buracos quadrados, furos hexagonais e outros perfis não redondos. É especialmente eficaz para usinagem de peças relativamente curtas e rígidas, pois a peça deve ser capaz de suportar as forças axiais envolvidas. As peças comuns produzidas através de broca de empurrar incluem buchas, engrenagens, polias e cubos de acoplamento. O processo também é usado para cortar formas externas quando a peça é alimentada sobre uma broca de empurrar estacionária, embora as aplicações internas dominhem.

Equipamento para a fresagem por pressão

O equipamento mais comum para a broca de empurrar é uma prensa hidráulica vertical com um carneiro que empurra a broca através da peça. A peça é montada em uma estrutura abaixo do carneiro, e a broca é guiada por uma bucha ou furo piloto para garantir o alinhamento. O comprimento e a capacidade de força do ramo devem corresponder ao comprimento e ao material da broca que está sendo cortado. Para produção de alto volume, máquinas automáticas de broca de empurrar estão disponíveis com alimentadores de peças e sistemas de manuseio de brocas.

As broches de empurrar são mais curtas e estouter do que puxar broaches porque devem resistir às cargas compressivas sem dobrar. São frequentemente feitas de aço de alta velocidade (HSS) ou carboneto-tipped para a vida útil da ferramenta mais longa. O projeto da broche inclui uma seção piloto, dentes de roughing, dentes de acabamento, e uma haste. Como a força é aplicada ao final do broche, a ferramenta deve ser cuidadosamente endurecida e moída para manter a retidão.

Materiais adequados para brochar

A broca de empurrar funciona bem em materiais dúcteis, como aço de baixo carbono, aço inoxidável, alumínio, latão e bronze. Materiais mais duros como aço ferramenta ou ligas tratadas termicamente podem ser pressionados, mas requerem velocidades mais lentas, equipamentos mais robustos e lubrificação cuidadosa. O processo é menos comum para materiais quebradiços porque a força de compressão pode causar rachadura ou trituração.

Vantagens do broche de pressão

  • Alta velocidade: A broche passa pela peça em um único curso, fazendo com que o push abra um dos métodos mais rápidos para produzir perfis internos, especialmente em produção de alto volume.
  • Custo de equipamentos mais baixo: As prensas hidráulicas são relativamente baratas em comparação com as máquinas especializadas necessárias para a abertura de tractores.
  • Simplicidade: A configuração é simples; o operador coloca a peça, a prensa empurra a broca e a peça é removida.
  • Bom acabamento superficial: A ação de corte progressivo deixa uma superfície lisa, muitas vezes eliminando a necessidade de operações secundárias de acabamento.
  • Curto tempo de ciclo: Para peças que podem ser produzidas em uma única passagem, os tempos de ciclo são muito curtos, melhorando a produtividade.

Limitações de Broche de Push

  • Restrição do comprimento da peça:] A peça deve ser suficientemente longa para permitir que a broca passe completamente, mas não tanto tempo que as fivelas de fecho. Geralmente, a broca de empurrar é limitada a partes com uma relação comprimento-diâmetro inferior a cerca de 8:1.
  • Força na peça de trabalho: A força de compressão pode causar colapso ou deformidade de peças de paredes finas. A fixação deve ser robusta para evitar o movimento.
  • Suporte de bloqueio: O broche deve ser guiado com precisão; o desalinhamento pode levar a quebra de ferramentas ou tolerâncias fracas.
  • Limitado a formas mais simples: Enquanto a broca de push pode produzir vários perfis, formas extremamente complexas muitas vezes requerem a abertura de puxar devido às restrições de comprimento da ferramenta.

O que é o Pull Broaching?

A broca de tração é um método em que a broche é fixada a um mecanismo de tração, como um cilindro hidráulico, uma corrente ou um cabo, que atrai a ferramenta através da peça. A broca é colocada na frente ou através da peça, e então puxada sob tensão, criando o corte. Este método evita a tensão de compressão na ferramenta, permitindo maiores e mais finas broches que podem produzir traços mais longos e cortes mais profundos. A broca de puxar é tipicamente realizada em máquinas de broca horizontais ou verticais projetadas especificamente para esta operação.

A broca de tração é amplamente utilizada tanto para a superfície interna como externa. Internamente, pode produzir furos longos de spline, estrias e passagens irregulares. Externamente, é usado para criar dentes de engrenagem, dovetails, e outras superfícies contornadas em peças grandes ou irregulares. A capacidade de puxar o broche através de distâncias mais longas torna-o ideal para peças com comprimento substancial ou múltiplas características ao longo do eixo.

Equipamento para a Broca de Pull

As máquinas de brochar são construídas com propósito e vêm em várias configurações. As máquinas de brocar com tração horizontal apresentam uma cama ao longo da qual a peça é pinçada; a broca é desenhada através de um pistão hidráulico localizado em uma extremidade. As máquinas de brocar com tração vertical funcionam de forma semelhante, mas em uma orientação vertical, que é mais compacta e simplifica o carregamento de peças para certas geometrias. As capacidades da máquina variam de pequenas unidades para chaves até máquinas industriais maciças para grandes componentes de transmissão.

O mecanismo de tração deve fornecer força consistente e velocidade controlada. As máquinas modernas usam frequentemente sistemas hidráulicos servo-controlados para manter a velocidade de corte constante e minimizar o choque. A broca é tipicamente conectada através de uma haste que engaja uma cabeça de puxador. Ao contrário da broca de empurrar, a ferramenta experimenta apenas tensão de tração, permitindo que as broches mais longas e mais finas. As broches de puxar são feitas muitas vezes em seções que podem ser montadas para alcançar o comprimento necessário para o corte.

Materiais adequados para a broca de puxar

A broca de tração pode lidar com a mesma gama de materiais como a broca de empurrar, mas também é adequado para materiais mais difíceis devido à capacidade de usar velocidades mais lentas e força maior sem flambagem de ferramentas. É comumente usado em aços de liga, ferro fundido, componentes metálicos em pó e até mesmo superligas. A ação de tração suave reduz o risco de cracking de materiais quebradiços, tornando-se o método preferido para peças sinterizadas e compósitos cerâmicos.

Vantagens do Broche de Pull

  • Comprimento de curso maior: Como o broche está sob tensão, pode ser muito longo, permitindo cortes em distâncias mais longas e características mais profundas.
  • Gentil em partes delicadas: O movimento de tração não comprime a peça, reduzindo o risco de deformação para formas finas ou complexas.
  • Evacuação melhor do chip: Na abertura horizontal da tração, as fichas caem da área de corte devido à gravidade, melhorando o acabamento da superfície e a vida útil da ferramenta.
  • Capacidade para formas complexas: As broches de puxar podem ser projetadas com várias etapas e seções para produzir perfis intrincados em uma única passagem.
  • Precisão mais elevada: A velocidade de tração controlada e a força constante muitas vezes produzem tolerâncias mais apertadas e melhor repetibilidade do que a abordagem por empurrão, especialmente em peças mais longas.

Limitações de Broche de Pull

  • Melhor custo de equipamento: As máquinas de brocar puxadas são mais caras do que as prensas hidráulicas, tanto no investimento inicial quanto na manutenção.
  • Tempo de configuração mais longo: A fixação e o alinhamento da broca levam mais tempo porque a broche deve passar pela peça e ser fixada em ambas as extremidades.
  • Comprimento de ruptura: As broches de puxar muitas vezes têm vários pés de comprimento, exigindo mais espaço para armazenamento e manuseio, e aumentando o custo da ferramenta.
  • Velocidade inferior para as pequenas partes: Para características curtas e simples, a abertura de puxar pode ser mais lenta do que a abertura de empurrar devido à necessidade de retrair completamente e recarregar o broche.

Diferenças-chave entre broche de empurrar e puxar broche

A diferença fundamental reside em como a força é aplicada – compressão vs. tensão – mas as implicações afetam cada aspecto do processo. A tabela a seguir resume as distinções críticas:

Factor Push Broaching Pull Broaching
Direction of force Compressive (push) Tensile (pull)
Tool stress High compressive stress, risk of buckling Tensile stress, no buckling
Broach length Short to moderate (typically under 24 inches) Long (can exceed 8 feet)
Stroke length Limited by press stroke and part length Longer, up to several feet
Common applications Keyways, small splines, square/hex holes Large splines, gear teeth, rifling, external surface contours
Typical part size Small to medium parts Medium to large parts
Equipment type Hydraulic/mechanical press Horizontal or vertical broaching machine
Production speed Very high for simple parts High, but slower for short features
Tool cost Lower (shorter, simpler geometry) Higher (longer, may be sectional)
Precision Good, but limited by tool deflection Excellent, especially for long features
Ideal for delicate parts No (compressive force can distort) Yes (pulling is gentle)

Nota: A tabela acima é um guia geral.O desempenho real depende da condição da máquina, do projeto da ferramenta e do material da peça.

Fatores a considerar quando se escolhe um método de abertura

A seleção entre a abordagem de push e push requer avaliar vários fatores interligados. Nenhum método único é superior em todos os casos; a decisão deve ser baseada na geometria de peças, volume de produção, propriedades do material, requisitos de tolerância e restrições orçamentárias.

Geometria e Tamanho da Parte

As peças curtas e rígidas com perfis internos simples são os candidatos ideais para a abertura de push. Por outro lado, as peças longas, os componentes grandes ou as peças que exigem características externas profundas são melhor servidos por meio da abertura de push. Por exemplo, uma bucha de aço com uma pequena chave é a melhor broca de push, enquanto um eixo de transmissão de caminhão pesado com múltiplas curvas longas requer uma broca de push. A espessura da peça é importante: paredes finas não podem suportar a pressão de compressão de push broaching sem distorção, então a abertura de push é mais segura.

Volume de produção

Para a produção de alto volume de peças pequenas (milhares por dia), a broca de push oferece os tempos de ciclo mais rápidos e o menor custo de ferramental por peça. A simplicidade de uma prensa hidráulica permite trocas rápidas entre as famílias de peças. Para volumes médios a grandes de peças maiores, as máquinas de brochar puxadas, embora mais lentas por ciclo, podem alcançar rendimentos semelhantes por usinagem de múltiplas características em uma passagem.

Material e dureza

Materiais mais macios e dúcteis são bem adequados para a broca de empurrar. Como a dureza do material aumenta, o risco de quebra de ferramenta sob compressão sobe, tornando a broca de tração mais confiável. Para aço endurecido (acima de 35 HRC), puxar a broca com velocidades mais lentas e ferramentas de carboneto é padrão. Ferro fundido e metais em pó, que podem ser quebradiços, também se beneficiar do método de tração.

Requisitos de tolerância e acabamento de superfície

Ambos os métodos podem alcançar tolerâncias de ± 0,001 polegadas ou melhor, mas a abordagem de tração geralmente fornece resultados mais consistentes em peças mais longas devido a uma melhor viagem de ferramentas guiadas. Acabamentos de superfície variam tipicamente de 32 a 63 microínches Ra com refrigeração adequada e ferramentas afiadas; broche de empurrar pode deixar marcas ligeiras na entrada ou saída, se não for devidamente suportado. Quando um acabamento de espelho é necessário, puxar a brocha com uma seção de acabamento é preferido.

Considerações sobre os custos

Investimento inicial: A prensa hidráulica para a broca é significativamente mais barata do que uma máquina de broca de tração dedicada. No entanto, para a produção contínua, o custo da ferramenta para a broca de tração é maior devido a broches mais longos e mais complexos, mas a vida útil da ferramenta pode ser mais longa se devidamente mantida. Para trabalhos de baixo volume, a broca de empurrar em uma prensa existente é econômica; para a produção dedicada de alto volume de peças grandes, a eficiência de uma máquina de broca de tração justifica o custo inicial mais elevado.

Desenho da ferramenta de broche: Empurre vs. Puxe

A ferramenta de broche em si difere significativamente entre os dois métodos. Empurre as broches têm uma haste em uma extremidade para o carneiro de imprensa para empurrar contra, e os dentes são cortados ao longo do corpo, que deve ser robusto o suficiente para resistir a flambagem. A geometria do dente - ângulo de rake, ângulo de alívio, largura da terra - é projetado para gerenciar a formação de chips e reduzir as forças de corte. Empurre as broches muitas vezes têm um aumento geral menor por dente em comparação com puxar broches para manter a força manejável.

As broches de puxar têm uma extremidade de puxar com um espaço ou um buraco roscado para se ligar à cabeça de puxar. O corpo pode ser mais magro e mais longo porque está sob tensão. Muitas broas de puxar são feitas em secções, permitindo a substituição de segmentos desgastados em vez de raspar a ferramenta inteira. Este design modular reduz os custos de ferramentas a longo prazo. O desenho dos dentes em puxar as broches pode incorporar aumentos maiores por dente, permitindo uma remoção mais rápida do material numa única passagem, mas requerendo maior potência da máquina.

Ambos os tipos dependem de carga de chip adequada, geometria do disjuntor de chips e entrega de refrigerante. Evacuação eficiente de chips é crítico; em broche de empurrar, chips são empurrados à frente da ferramenta, então a peça deve ter buracos de folga ou o broche deve ter gullets chip tamanho em conformidade. Em broche de tração horizontal, chips caem para baixo, reduzindo o risco de entupimento.

Considerações sobre segurança e manutenção

Os protocolos de segurança devem incluir proteção intertravada para evitar o acesso durante o curso, botões de parada de emergência e inspeção regular do estado de broche. As prensas de broca de pressão requerem alinhamento cuidadoso para evitar a explosão da ferramenta se as fivelas de broche. Os operadores devem ser treinados para lidar com broches pesados, especialmente broches de tração longa, usando guindastes ou guinchos.

A manutenção foca em manter a máquina hidráulica limpa e livre de vazamentos, verificando buchas de guia e placas de desgaste, e garantir que o mecanismo de tração (cadeia, cabo ou cilindro hidráulico) está em bom estado. Broches deve ser afiado periodicamente; dentes maçantes aumentar as forças de corte e pode danificar a peça. sistemas de filtração de refrigeração são importantes para evitar a recirculação de chips, que pode degradar acabamento de superfície e vida útil da ferramenta.

Tópicos Avançados em Broaching

Broche CNC

As máquinas CNC modernas podem realizar a broca usando acessórios especializados ou usando o fuso para empurrar ou puxar um broche, embora as máquinas dedicadas permaneçam dominantes. A broca CNC permite a produção flexível com trocas rápidas entre diferentes perfis, mas os tempos de ciclo são geralmente mais longos do que com uma prensa hidráulica. Esta abordagem é útil para prototipagem e produção de baixo volume.

Brocha de superfície

Tanto os métodos de empurrar como de puxar podem ser aplicados na abertura externa da superfície. Na abertura da superfície de empurrar, a peça é empurrada contra uma broca estacionária; na abertura da superfície de puxar, a broca é puxada através da superfície da peça. Isto é comum para produzir superfícies planas, fendas angulares ou contornos incomuns em blocos de motor, cabeças de cilindro e outras peças vazadas.

Máquinas de Broca Horizontal vs Vertical

Máquinas de brochar horizontais são típicas para puxar a broca porque permitem traços longos e remoção fácil de chips. Máquinas de brocar verticais são frequentemente usadas para empurrar a broca porque eles podem lidar com o carregamento de peças a partir do topo e usar gravidade para ajudar a queda de chips em alguns casos. Algumas máquinas de brochar verticais existem para peças pesadas, difíceis de fixar. A escolha de orientação afeta o espaço do chão, manuseio de peças e compatibilidade de automação.

Refrigerante e lubrificação

A fresagem gera calor significativo devido a altas taxas de remoção de material. Refrigerantes solúveis em água com aditivos de extrema pressão são comumente usados para reduzir o atrito e a descarga de chips. Na broca de empurrar, o refrigerante é direcionado para a zona de corte através de furos no broche ou de bocais externos. Na fresagem de tração, o refrigerante de inundação é mais fácil de aplicar porque a ferramenta e peça de trabalho são mais acessíveis.

Exemplos do Mundo Real

Exemplo 1: Teclado pequeno em bucha de aço. Um fabricante de componentes hidráulicos precisa de 10.000 peças de bucha por mês, cada uma requerendo uma chave de 0,25 polegadas. Usando uma prensa hidráulica vertical com um broche de pressão, o tempo de ciclo é de cerca de 10 segundos por peça, incluindo carga e descarga. O custo total de operação é baixo, e a qualidade da peça é consistente. Puxar brocha seria overkill e mais lento para esta parte simples e curta.

Exemplo 2: Grande spline em um eixo de transmissão. Um fornecedor automotivo de nível um precisa produzir curvas internas de 8 polegadas em eixos de aço forjado. O material é 8620 aço de liga, endurecido em caso de 58 HRC. A tolerância necessária no diâmetro maior é de ± 0,001 polegadas. Uma máquina de perfuração horizontal com broca segmentada com ponta de carboneto é usada. O broche é puxado através de uma velocidade de 10 polegadas por minuto, completando a spline em menos de um minuto. A ação de tração garante que a spline é concêntrica e o eixo não distorce. A broche de empurrar correria o risco de enroscar o broche e deformar o eixo.

Exemplo 3: contorno externo complexo sobre um componente de ferro fundido. Um fabricante de grandes compressores de ar precisa de uma série de fendas de caudas de dobrinha angulares numa cabeça de cilindro. A peça é pesada e irregularmente moldada. É utilizada uma máquina de perfuração vertical com um broche de superfície personalizado. A broche é desenhada para cima através da peça fixa, criando o perfil em um traço. O método permite o posicionamento preciso de vários slots sem reposicionar a peça.

Conclusão

A decisão entre a broca de empurrar e a broca de puxar depende das demandas específicas do projeto. A broca de empurrar se destaca na velocidade e economia para peças curtas e simples feitas de materiais dúcteis, especialmente quando se produzem características internas como keyways e pequenas splines. A broca de puxar oferece a versatilidade, ação mais suave e curso mais longo necessário para peças grandes, delicadas ou complexas, muitas vezes alcançando tolerâncias mais apertadas em características mais longas. Ao considerar cuidadosamente a geometria, o material, o volume e o orçamento da peça, os engenheiros podem selecionar o método de brocamento ideal para atender às suas metas de qualidade, custo e rendimento.

Para mais leitura sobre os fundamentos de abertura, visite o Guia de broca da Sociedade de Engenheiros de Fabricação. Especificações detalhadas sobre o design da ferramenta de broca podem ser encontradas em Machinista Americano. Para conselhos de seleção de máquinas, consulte .O artigo da Modern Machine Shop sobre as escolhas da máquina de broca].