Como escolher entre mandril de pinça e mandril de 3 castanhas para torneamento de barras?

O trabalho com barras falha quando a placa e a matéria-prima não são compatíveis. As peças deslizam ou perdem a circularidade. O método de fixação determina o resultado.

Uma placa de pinça é a melhor escolha para barras trefiladas redondas em uma faixa de diâmetro restrita. Uma placa de 3 castanhas é a melhor escolha para tarugos cortados em serra e uma ampla gama de tamanhos. O padrão de contato, a concentricidade, a capacidade e o comprimento de fixação determinam a escolha.

A distinção começa pela forma como a placa toca a barra. A área de contato define como a força de fixação é aplicada ao material. A fixação de círculo completo e as três almofadas discretas não carregam uma barra da mesma forma; portanto, essa diferença vem primeiro.

Quais são as diferenças no contato de fixação entre a placa de pinça e a placa de 3 castanhas?

O contato de fixação parece um detalhe pequeno. O contato inadequado marca paredes finas e desloca a barra do centro. O padrão de contato é a primeira distinção.

Uma pinça de mola prende a barra em todo o círculo. Uma placa de 3 castanhas prende em três pontos discretos ou pequenas almofadas. O contato de círculo completo distribui a carga. O contato de três pontos concentra a carga.

Contato de círculo completo da pinça

Uma pinça de mola assenta em um alojamento cônico. A força de tração puxa a pinça para dentro do cone. O cone fecha o furo sobre a barra. O furo então faz contato de círculo completo com o diâmetro externo. A força de fixação é distribuída ao redor da circunferência. A carga permanece simétrica. A deformação local em paredes finas permanece baixa. O posicionamento e a fixação são finalizados simultaneamente.

Contato de três pontos das castanhas

Uma placa de 3 castanhas aciona três castanhas em uma trajetória radial. Cada castanha encontra a barra em um ponto ou pequena almofada. As castanhas ainda se autocentram. A força não é um anel fechado. Materiais macios e tubos de parede fina podem sofrer amassamentos nos três pontos. Uma oficina que precisa de material quadrado ou irregular ainda necessita de uma placa de castanhas. O guia sobre placas de 3 versus 4 castanhas cobre a escolha do número de castanhas. O padrão de contato é a questão aqui.

O que o padrão de contato altera na máquina

O contato de círculo completo ajuda na centralização. O contato de três pontos ajuda em uma ampla faixa de diâmetro. Uma troca de pinça pode levar de 15 a 20 segundos. Uma troca de castanhas em uma placa padrão de 3 castanhas pode levar de 15 a 20 minutos. Um conjunto de pinças também é mais leve. A alta velocidade do fuso tem, portanto, menos efeito na fixação. Uma placa pesada de 3 castanhas acelera mais lentamente. A força centrífuga pode afrouxar as castanhas e enfraquecer a força de fixação.

Artigo	Pinça de mola	Mandril de 3 maxilas
Contacto	Superfície de círculo completo	Três pontos ou pequenas almofadas
Força distribuída	Uniforme ao redor do diâmetro	Concentrado em três pontos de apoio
Risco de parede fina	Menor esmagamento local	Maior amolgadela local
Troca	Cerca de 15 a 20 segundos	Cerca de 15 a 20 minutos para as castanhas
Fixação de alta rotação (RPM)	Mais estável	As castanhas podem ceder para fora

Por que a placa de pinça geralmente funciona de forma mais concêntrica em barras trefiladas?

A barra trefilada ainda pode oscilar. O material e o mandril devem ser ambos redondos. A concentricidade provém dessa correspondência.

Um mandril de pinça geralmente funciona de forma mais concêntrica em barras trefiladas a frio porque a barra é redonda e reta, e a pinça centraliza no diâmetro total. A precisão de repetibilidade pode atingir 0,0005 polegadas TIR ou melhor.

Por que a barra trefilada é redonda o suficiente para uma pinça

A trefilação a frio puxa a barra através de matrizes à temperatura ambiente. A tolerância do diâmetro pode ser mantida numa faixa h7. O acabamento superficial é mais limpo do que o da barra laminada a quente. A retilineidade também é melhor. A barra já é redonda, portanto, o centro de rotação é estável após a fixação. Essa qualidade do material é a primeira metade da concentricidade.

Por que a pinça adiciona centralização

Uma pinça de mola é um dispositivo de autocentralização. O cone contrai-se de forma uniforme. A força atua em toda a circunferência. O posicionamento e a fixação completam-se simultaneamente. Um mandril de 3 castanhas aplica força em três pontos. A precisão de repetibilidade de uma pinça de mola pode atingir 0,0005 polegadas TIR ou melhor. Um mandril de 3 castanhas com castanhas macias situa-se frequentemente na faixa de 0,0006 a 0,0012 polegadas TIR. O tipo de acionamento é uma escolha à parte. O guia de mandril pneumático versus hidráulico cobre a força de fixação, não este anel de contato.

Quando a correspondência falha

O diâmetro interno da pinça tem um tamanho fixo. O diâmetro da barra deve estar dentro dessa faixa. Uma barra torta ou com grande oscilação de diâmetro pode emperrar ou fixar apenas de um lado. Barras laminadas a quente com carepa e ovalização dificultam o uso da pinça. Barra trefilada mais uma pinça de círculo completo é a combinação que mantém a concentricidade.

Fator	Barra trefilada a frio + pinça	Barra oval ou laminada a quente + 3 castanhas
Consistência do diâmetro	Frequentemente classe h7	Oscilação mais ampla
Retilineidade	Melhor como desenhado	Pior se dobrado
Geometria de fixação	Furo de círculo completo	Três apoios
TIR de repetição típico	0,0005 pol. ou melhor	Cerca de 0,0006–0,0012 pol. com castanhas macias
Risco	Travamento se o tamanho estiver incorreto	Amassado e batimento local

Como a capacidade da pinça limita a faixa de diâmetro da barra em comparação com a placa de 3 castanhas?

Uma pinça cobre uma faixa estreita de tamanho. Uma mudança de diâmetro frequentemente significa uma nova pinça. A capacidade é o limite oculto.

Um mandril de 3 castanhas cobre uma ampla faixa de diâmetro. Uma pinça de mola cobre uma faixa restrita, geralmente abaixo de 3 polegadas (76 mm). As pinças ER comuns atingem o limite próximo a 36 mm. Barras grandes favorecem um mandril de 3 castanhas.

Por que cada pinça tem uma faixa estreita

Um mandril de 3 castanhas move as castanhas em um caracol ou cunhas. Um mandril cobre desde varetas finas até peças brutas maiores. Uma pinça de mola usa fechamento elástico. Cada pinça corresponde a um diâmetro estreito. Um novo tamanho de barra frequentemente requer uma nova pinça. Trabalhos de barra de pequeno diâmetro, alto volume e alta precisão se encaixam nesse modelo. Diâmetros mistos são desvantajosos.

Limites típicos de diâmetro

Pinças de mola são adequadas para peças pequenas a médias, geralmente abaixo de 3 polegadas (cerca de 76 mm). A fixação diminui fora dessa faixa. As pinças ER comuns variam de cerca de 1 mm a 36 mm. Um conjunto ER25 frequentemente para em 16 mm. Um conjunto ER50 pode chegar a 36 mm. Sob a norma JB/T 5556, as pinças Q1, Q2 e Q3 cobrem 3–10 mm, 6–20 mm e 10–25 mm. Um mandril hidráulico de 3 castanhas sobre roletes de rolamento já pode enfrentar dificuldades acima de 45 mm. Barras grandes são, portanto, trabalho para mandril, não para pinça.

Espaço axial e peças longas

Um mandril de pinça também ocupa espaço axial. O curso do eixo Z pode diminuir. Peças longas podem ser mais fáceis em um mandril de 3 castanhas. A face da castanha e o tipo de castanha ainda são importantes nesse mandril. O guia de castanhas duras versus castanhas macias cobre o desbaste de primeira operação versus diâmetros acabados.

Workholding	Faixa típica de barra	Mudança de tamanho	Nota sobre peças longas
Pinça ER25	Até cerca de 16 mm	Nova pinça	Espaço axial extra
Pinça ER50	Até cerca de 36 mm	Nova pinça	Espaço axial extra
Q1 / Q2 / Q3 (JB/T 5556)	3–10 / 6–20 / 10–25 mm	Nova pinça	Espaço axial extra
Faixa geral de pinças de mola	Frequentemente abaixo de 76 mm	Nova pinça	Pode cortar o curso Z
Mandril de 3 maxilas	De haste fina a peças brutas maiores	Curso da castanha	Menor empilhamento axial

O que acontece com a força de empuxo da barra quando o comprimento de fixação da pinça é muito curto?

Um aperto curto parece aceitável na configuração. A força de corte axial então empurra a barra. O deslizamento arruína a dimensão e pode danificar a ferramenta.

A capacidade de força de empurrar diminui quando o comprimento de aperto da pinça é muito curto, porque a área de contato e o atrito diminuem. A barra pode deslizar ou sair. Tente obter um comprimento de aperto de 1,5 a 2 vezes o diâmetro da barra.

Por que o aperto curto perde a sustentação axial

O limite da força de empurrar é aproximadamente a força de fixação vezes o coeficiente de atrito vezes a área de contato efetiva. O comprimento de aperto diminui, portanto a área de contato diminui, assim o limite de atrito cai. O empuxo de corte ou o avanço da barra podem exceder esse limite. A barra desliza, retrai ou é puxada para fora. Tanto a precisão quanto a segurança são comprometidas.

Rigidez no corte

O aperto curto também reduz a rigidez do suporte na zona de corte. A barra age como uma ferramenta com saliência extra. O afastamento da ferramenta, a vibração e o erro dimensional aumentam. A concentricidade da pinça ainda precisa de inserção suficiente. Óleo ou desgaste no furo reduzem ainda mais o atrito. Trabalhar com aperto curto em uma pinça suja ou desgastada é uma má combinação.

Regras práticas de aperto

O comprimento de aperto deve ser de 1,5 a 2 vezes o diâmetro da barra, pois essa faixa mantém a área de contato em uma zona segura. O manual da máquina pode especificar outro valor. Barras esbeltas também podem precisar de um descanso fixo (luneta). O aperto curto forçado exige menor profundidade de corte e avanço, além de um ajuste de fixação mais alto. Furos de pinça sujos ou desgastados não devem ser usados para trabalhos de aperto curto.

Estado	O que diminui	Ação na oficina
Preensão menor que cerca de 1,5–2 × diâmetro	Área de contato e limite de atrito	Aumentar a inserção
Óleo ou desgaste no furo	Coeficiente de atrito	Limpar ou substituir a pinça
Barra fina no corte	Rigidez do suporte	Adicionar um descanso fixo e reduzir a carga de corte
Preensão curta forçada	Push-out resistance	Lower depth of cut and feed, raise clamp

Conclusão

Use a collet for round drawn bar in a tight size band. Use a 3-jaw chuck for wide diameters and saw-cut stock. Keep grip length long enough to resist push-out.