Quando você precisa fazer um furo na parede para pendurar um quadro, precisa de uma broca. E também precisa de uma broca - na verdade de diferentes tipos de brocas - quando você vai furar metais para fazer máquinas ou rochas para extrair petróleo e gás natural.
Nesses processos industriais, o desempenho e a durabilidade das brocas fazem a diferença na viabilidade técnica e econômica de diferentes empreendimentos.
Para projetar brocas mais eficientes e mais duráveis, uma equipe do Instituto de Tecnologia da Manufatura de Cingapura foi buscar uma ferramenta que está sendo usada em virtualmente todos os campos do conhecimento: os modelos computadorizados.
Guan Leong Tnay programou um desses simuladores para que ele reproduzisse de forma fiel o que acontece quando uma broca interage com um material.
Desta forma, torna-se possível ir variando o projeto da broca micrômetro por micrômetro, grau por grau, até se atingir o desenho de mais alta eficiência. Só então um protótipo precisa ser construído e testado, reduzindo muito o custo de desenvolvimento.
Broca canhão
por uma broca por meio de um fluido sob alta pressão.
Imagem: A*Star
Uma consideração crucial no projeto de uma broca é a remoção efetiva do material extraído, os chamados cavacos.
O "bit" de uma broca comum - a parte da broca que escava o furo - remove os cavacos graças à sua forma em espiral, que carrega as aparas ao longo do corpo da broca até a entrada do furo. Mas há um limite para a profundidade que pode ser alcançada por brocas espirais, geralmente uma distância entre cinco a dez vezes o diâmetro do bit.
Uma abordagem alternativa, conhecida como broca canhão, consegue criar furos com uma proporção profundidade/diâmetro do bit de mais de 300. Os cavacos gerados pela broca canhão são removidos forçando um fluido sob alta pressão. Este fluido também atua como refrigerante para evitar danos à superfície de corte e aos rolamentos de perfuração.
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"A geometria das brocas canhão é complicada; alterar qualquer parâmetro pode afetar o fluxo do refrigerante," explicou Tnay. "Para melhorar o processo de perfuração, é necessário entender o comportamento do fluido refrigerante."
Foi isto o que ele conseguiu com seu simulador, baseado em equações da dinâmica dos fluidos. O programa permitiu analisar o comportamento do fluido e dos cavacos para diversas geometrias da broca, diâmetros e profundidades de furo - até obter o desenho mais eficiente com um adequado equilíbrio desses fatores.
"Com essa otimização da geometria da ferramenta, alcançamos uma melhoria de cerca de 30% na vida útil da ferramenta em comparação com o projeto das brocas canhão comerciais," disse ele.
Bibliografia do artigo aqui.
