Broaching vs. CNC Shaping para Ranhuras Internas em Caixas de Velocidade: Complexidade e Custos de Ferramentas

Introdução

Ao projetar ou reparar caixas de velocidade, um dos desafios recorrentes é a usinagem de ranhuras internas. Dois dos processos mais comuns — furação e Usinagem CNC — frequentemente geram debates entre engenheiros sobre qual é o melhor. A verdade é que não existe uma resposta única para todos. A escolha correta depende da geometria da peça, do volume de produção e do custo de longo prazo das ferramentas.

Com mais de uma década de experiência na produção de componentes para caixas de câmbio, nossa equipe já operou máquinas de broqueamento e plainas CNC em projetos automotivos, aeroespaciais e de equipamentos pesados. Neste artigo, vamos detalhar as diferenças com exemplos práticos, para que você possa avaliar qual método se adequa melhor às suas necessidades específicas de estrias.

O que é Broqueamento?

O broqueamento utiliza uma ferramenta longa com múltiplos dentes que corta progressivamente o perfil da estria à medida que passa pelo furo.

• Melhor para: Em corridas de médio a alto volume onde a geometria da estria é padronizada.

• Tempo de Ciclo: Frequentemente menos de 20 segundos por peça após a conclusão da configuração.

• Acabamento Superficial: Excelente, com valores Ra em torno de 0,8–1,2 µm.

• Limitações: Custo elevado inicial com ferramentas ($8.000–$20.000 por broca), flexibilidade limitada quando há mudanças na geometria.

Caso em Ponto: Em um projeto de 5.000 caixas de câmbio automotivas, a mudança de conformação para broaching reduziu o tempo de ciclo em 78% e reduziu o custo por peça em quase $4,20. Mas quando o cliente posteriormente solicitou uma modificação não padrão, foi necessário um novo broach — adicionando seis semanas e $12.000 ao projeto.

O que é Conformação CNC?

A conformação CNC (às vezes chamada de recartilhagem) utiliza uma ferramenta de ponto único que se move reciprocamente dentro do furo, cortando um dente de encaixe por vez.

• Melhor para: Produção de baixo a médio volume, protótipos ou geometrias de encaixe personalizadas.

• Tempo de Ciclo: Mais lenta, variando de 3 a 7 minutos dependendo da quantidade de encaixes.

• Flexibilidade: O custo das ferramentas é baixo (geralmente entre $200 e $500 para uma ferramenta de forma), e alterações no projeto exigem apenas ajustes no CAM.

• Limitações: Tempo de usinagem mais longo e maior desgaste da ferramenta para materiais endurecidos.

Insight na oficina: Para uma caixa de redução aeroespacial com uma spline interna complexa de 27 dentes, o brochamento nem sequer era possível devido a problemas de folga da ferramenta. A usinagem CNC produziu a peça com tolerâncias aceitáveis em 4,8 minutos por peça — ainda competitiva para um lote de 300 peças.

Complexidade e Custos de Ferramental Comparados

Qual Processo Você Deve Escolher?

A decisão geralmente se resume a equilibrar volume versus flexibilidade :

• Se você estiver fazendo dezenas de milhares de caixas de câmbio com geometria de ranhura padrão → Furação vence em custo por peça.

• Se você estiver em desenvolvimento de protótipo, produção de baixo volume ou lidando com entalhes não padronizados - Não. Usinagem CNC oferece a agilidade de que você precisa.

• Para médias séries (500–2.000 peças) , muitas oficinas fazem hibridização: modelam protótipos primeiro e, depois, investem em uma ferramenta de broqueamento somente após a geometria estar definida.

Principais Conclusões para Engenheiros e Compradores

1. Calcule o volume total de peças ao longo da vida útil antes de se comprometer com a ferramentaria de broqueamento.

2. Verifique a geometria da peça e o espaço disponível para a ferramenta —nem todos os entalhes internos são usináveis por broqueamento.

3. Avalie futuras alterações de design —um único ajuste de spline pode tornar uma broca cara obsoleta.

4. Considere a subcontratação : Algumas oficinas mecânicas mantêm uma biblioteca de brocas padrão para amortizar custos entre vários clientes.

Tanto o broaching quanto a usinagem CNC são métodos comprovados para produzir splines internos em caixas de câmbio, mas sua adequação depende das suas prioridades. O broaching destaca-se em trabalhos de alto volume e repetitivos, enquanto a usinagem CNC oferece flexibilidade incomparável para projetos complexos ou de baixa quantidade. Ao avaliar cuidadosamente a complexidade e os custos de ferramental, engenheiros e equipes de compras podem evitar despesas desnecessárias e garantir a confiabilidade da caixa de câmbio.