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AS FRESAS

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1. O que é uma fresa?

A Fresa é uma ferramenta de corte rotativa de arestas múltiplas, concebida para remover material por seções sucessivas de aparas. Na relojoaria, onde os componentes se medem em centésimos ou milésimos de milímetro, a Fresa ocupa um lugar particular: deve aliar precisão geométrica, finura de corte e grande repetibilidade. Encontra-se tanto nas oficinas de restauração, sob a forma de pequenas ferramentas de mão livre, como nas máquinas de comando numérico encarregadas de usinar platinas, pontes ou pinhões a um ritmo industrial.

Este artigo propõe um panorama técnico das Fresas utilizadas na cadeia de produção relojoeira. Aborda sucessivamente as Fresas destinadas ao trabalho manual, os seus Materiais constitutivos, depois as Fresas montadas em máquinas, incluindo as dedicadas ao corte de engrenagens — operação emblemática da mecânica relojoeira.

2. Princípio geral de uma Fresa

Uma fresa é composta por duas partes principais: uma cauda, pela qual é presa no eixo-árvore de uma máquina ou no mandril de uma peça de mão, e uma parte ativa guarnecida com arestas de corte. Estas arestas, chamadas dentes, são definidas por vários ângulos característicos: o ângulo de corte (que determina a aptidão para formar a apara), o ângulo de saída (que evita o atrito após o corte) e o ângulo de hélice (que assegura uma entrada progressiva no material). Consoante o modo de acionamento, a Fresa gira e a peça avança, ou inversamente.

Na relojoaria, a miniaturização impõe restrições muito específicas. Os diâmetros úteis descem frequentemente abaixo do milímetro; as velocidades de corte mantêm-se elevadas enquanto os esforços devem permanecer mínimos para não deformar a peça nem fragilizar a ferramenta. A geometria é, portanto, mais aguda do que nas fresas industriais comuns, e a concentricidade da ferramenta em relação à sua cauda condiciona diretamente a qualidade da superfície obtida.

3. As fresas para o trabalho manual

Fresas de roleta em aço e em rubi em cabo

O trabalho à mão livre engloba, em relojoaria, o conjunto das operações de ajuste, de retoque, de rebarbagem e de acabamento executadas sem mesa de coordenadas. O relojoeiro guia então a ferramenta a olho, apoiando-se na sua mão livre, num suporte ou na própria peça. As fresas destinadas a estas operações são de pequena dimensão, geralmente montadas numa haste normalizada — frequentemente com diâmetro de 2,35 mm, por vezes de 3 mm para os modelos mais robustos.

3.1 Utilização

Estas fresas são acionadas por um cabo, um mandril manual, um micromotor de bancada de trabalho, por um torno de relojoeiro ou uma furadeira de coluna. As velocidades de rotação estendem-se tipicamente de algumas rotações a várias dezenas de milhares de rotações por minuto, escolhidas em função do diâmetro da ferramenta, do material trabalhado e da natureza da operação.

3.2 Fresas de forma

As Fresas de forma reproduzem, por simples mergulho ou por varrimento, um perfil predefinido. A sua silhueta é a imagem em negativo da geometria pretendida na peça: boleado, garganta, desengate, viés, perfil de rebaixo. Na relojoaria tradicional, servem para retomar contornos de pontes, para formar escavações decorativas em platinas, para abrir alojamentos de pedras ou de massas oscilantes, para executar chanfros repetitivos. A sua principal vantagem é garantir a coerência do perfil de uma peça para outra.

Do ponto de vista geométrico, distinguem-se as Fresas de perfil constante — cuja forma se encontra de forma idêntica em cada dente e permite a afiação radial sem perda de perfil — e as Fresas de perfil detalonado, mais complexas de reafiar, mas frequentemente privilegiadas para perfis muito específicos.

3.3 Fresas esféricas

A Fresa esférica, ou Fresa de bola, apresenta uma cabeça hemisférica ou esférica na ponta. É a ferramenta por excelência para escavar uma cavidade com fundo suave, Rebarbar uma perfuração ou ajustar a Entrada de um Alargamento. Na relojoaria, é tipicamente utilizada para suavizar a Entrada de um furo antes do encaixe de uma pedra, para alargar ligeiramente o diâmetro de um alojamento, ou para realizar um Desengate local numa peça já usinada.

Os diâmetros habituais variam entre algumas décimas de milímetro e vários milímetros; os menores permitem um trabalho muito fino, quase pontual, mas exigem um grande domínio da pressão para não quebrar a ferramenta.

3.4 Fresas de roletes

Sob a designação de Fresas de roletes, designam-se as ferramentas cuja parte ativa tem a forma de uma roda de pequena espessura, montada perpendicularmente ao Eixo da haste. O gume desenvolve-se na periferia do Disco, por vezes também nos Flancos. Estas Fresas servem para realizar um Bisel ou para lhe conferir os acabamentos. São geralmente de Metal duro ou de Rubi sintético.

3.5 Materiais das Fresas manuais

A escolha do material de corte condiciona a vida útil da ferramenta, a qualidade de superfície obtida e a natureza dos materiais que ela poderá trabalhar. Três famílias dominam na relojoaria.

3.5.1 Aço rápido

Os aços de corte rápido, designados HSS na nomenclatura internacional, continuam amplamente utilizados para as fresas de perfil e para o trabalho de materiais macios (latão, alpaca, ligas de alumínio). A sua dureza é mais modesta do que a do carboneto, mas oferecem uma boa tenacidade e afiam-se facilmente. Toleram os choques e as variações de avanço, o que os torna ferramentas acessíveis para a aprendizagem.

3.5.2 Metal duro (carboneto de tungsténio)

O Metal duro designa os carbonetos sinterizados, principalmente o carboneto de tungsténio ligado por uma matriz de cobalto (sistema WC-Co). A sua elevada Dureza — geralmente compreendida entre 1500 e 2000 HV consoante as qualidades — e a sua resistência ao desgaste a quente permitem velocidades de corte sensivelmente superiores às permitidas pelo aço rápido, bem como a maquinação dos aços temperados encontrados na relojoaria (Eixos de pivô, hastes, pinhões em Aço de relojoaria). Em contrapartida, o Metal duro é mais frágil aos choques e dispendioso de produzir em pequenos diâmetros.

As Fresas em Metal duro podem ser revestidas, por deposição física ou química em fase vapor, com camadas finas tais como nitreto de Titânio (TiN), nitreto de Titânio-Alumínio (TiAlN) ou nitreto de crómio (CrN). Estes revestimentos reduzem o coeficiente de atrito, prolongam a vida útil e melhoram o acabamento superficial das peças.

3.5.3 Rubi sintético

O rubi sintético é uma variedade de corindo (óxido de alumínio Al₂O₃) colorido de vermelho por um teor residual de crómio. É obtido industrialmente, desde os trabalhos de Auguste Verneuil no início do século XX, por fusão à chama de pó de alumina sobre um germe em rotação, o que produz uma esfera monocristalina. Com uma Dureza de 9 na Escala de Mohs e cerca de 2000 HV, classifica-se entre os Materiais mais duros disponíveis industrialmente, logo a seguir ao Diamante e ao nitreto de boro cúbico.

Como Material de Ferramentas manuais, o Rubi sintético encontra-se principalmente em Fresas de roleta. Não é utilizado para o corte vivo — que exigiria arestas vivas — mas sim para operações de abrasão fina, de alisamento e de ajuste suave, particularmente em Aços temperados onde o Material a remover é mínimo, mas onde o acabamento superficial deve ser irrepreensível.

4. As Fresas para máquinas

Diversas Fresas para máquinas (Fresadora, centro de usinagem, etc.)

A passagem do trabalho manual para a máquina não altera o princípio do corte, mas transforma profundamente as possibilidades. O movimento da Fresa já não é guiado pelo olho e pelo pulso, mas por guias, mesas e Eixos comandados. A sua rotação é acionada por uma árvore cuja velocidade pode, consoante as máquinas, atingir várias dezenas de milhares de rotações por minuto. Os esforços admissíveis aumentam, as velocidades progridem, e a repetibilidade atinge níveis inacessíveis ao operador mais experiente. A Fresa de máquina é concebida para estas solicitações: é mais rígida, melhor equilibrada e cortada segundo geometrias adaptadas às condições de corte automatizadas.

4.1 Fresas para Fresadoras convencionais

A Fresadora convencional, seja ela horizontal, vertical ou universal, ainda equipa as oficinas de prototipagem e de pequenas séries. Nela monta-se uma vasta gama de ferramentas. As Fresas de duas dimensões, cujas arestas cortam simultaneamente na extremidade e na periferia, são adequadas para a realização de cavidades, ranhuras e rebaixos. As Fresas de três dimensões, em forma de Disco, cortando em ambas as faces e na periferia, executam ranhuras profundas e desengates laterais. As Fresas de facear, de maior diâmetro, aplanam as faces; as Fresas de cauda de andorinha e em T realizam perfis particulares de guia.

Para a relojoaria, estas Fresas são disponibilizadas em versões miniaturizadas, com cauda normalizada, e beneficiam das mesmas qualidades de carboneto ou de Aço rápido que na mecânica geral, por vezes revestidas para enfrentar a usinagem de Aços especiais ou de bronzes duros.

4.2 Fresas para centros de usinagem com comando numérico

Os centros de usinagem por comando numérico, de três, quatro ou cinco Eixos, renovaram profundamente a produção relojoeira desde o final do século XX. Permitem a usinagem completa de platinas, pontes, massas oscilantes, caixas de relógio, etc., a partir de esboços brutos, encadeando as operações com uma única fixação da peça. As Fresas associadas são geralmente de Metal duro monobloco, revestidas, com geometria otimizada para velocidades de rotação muito elevadas — por vezes várias dezenas de milhares de rotações por minuto nas árvores de alta Frequência.

Entre estas ferramentas, distinguem-se as Fresas de haste cilíndrica para o contorno e o aplainamento, as Fresas hemisféricas para as superfícies complexas (nomeadamente os perfis 3D das caixas de forma), as Fresas de gravar para as inscrições e os decorados finos, e as Fresas para ranhuras. A microlubrificação ou o Óleo de corte integral, escolhido consoante o Material e o estado de superfície pretendido, acompanha geralmente o corte. Em cinco Eixos, a orientação contínua da Fresa em relação à peça permite geometrias de ferramentas encurtadas, mais rígidas, e acessibilidades impossíveis de alcançar em três Eixos.

5. As Fresas para talhar Engrenagens

Fresa-mãe para talhagem por Geração (dentado)

A talhagem das rodas e dos pinhões constitui a operação mais emblemática da mecânica relojoeira. A qualidade do engrenamento — logo, a transmissão regular do torque desde a mola motriz até o Órgão regulador — depende diretamente da precisão do perfil do dentado. A escolha das Fresas e dos processos é aqui regida por normas específicas da relojoaria, nomeadamente as normas NIHS (Normas da indústria relojoeira suíça), que definem os perfis, os módulos e as tolerâncias.

5.1 O perfil epicicloidal

Ao contrário da mecânica industrial geral, que privilegia o perfil em envolvente de círculo, a relojoaria utiliza tradicionalmente um perfil epicicloidal (por vezes designado por «perfil relojoeiro»). A cabeça do dente segue uma curva epicicloidal enquanto o pé é radial. Esta escolha explica-se por considerações próprias dos pequenos módulos: melhor rendimento a baixo torque, menor sensibilidade às variações de entre-eixos e capacidade de funcionar com muito pouca lubrificação. Mais recentemente, perfis derivados ou híbridos — por vezes com envolvente modificada para certas aplicações — coexistem com o perfil tradicional, particularmente nos pinhões de alta densidade de torque ou nas rodagens de corda.

5.2 Fresas módulo de perfil constante

O método mais simples para talhar uma engrenagem é a fresagem por divisor. Uma fresa cujo perfil reproduz exatamente a forma do entre-dente passa sucessivamente em cada vão, sendo a peça indexada por um aparelho divisor. Estas fresas, ditas fresas módulo, são definidas pelo seu módulo (relação entre o diâmetro primitivo e o número de dentes), pelo seu número de dentes de referência e pelo seu perfil. Na relojoaria, os módulos correntes vão de 0,05 a cerca de 0,50 mm. O processo continua a ser utilizado para pequenas séries, protótipos e retoques em peças existentes, pois é simples de implementar e não exige máquina especializada.

5.3 Talhe por geração (dentado) e fresas-mãe

Para grandes séries, e quando a precisão do perfil deve ser máxima, recorre-se ao talhe por geração (dentado). O processo mais difundido é o talhe com fresa-mãe, ou hobbing: uma fresa helicoidal, cujas arestas correspondem à cremalheira geradora do dentado, engrena continuamente com o esboço da roda. O movimento relativo de rolamento, combinado com o avanço da fresa, gera a forma exata dos dentes flanco por flanco. Este processo produz dentados de alta qualidade, geometricamente muito regulares, a taxas elevadas.

O corte por geração (dentado) existe também sob a forma de um mortaseamento por cortador-pinhão (processo Fellows) ou por cortador de cremalheira, particularmente adaptado a certas geometrias, tais como as engrenagens internas ou as rodas com ressalto. Estas máquinas, construídas há muito tempo por fabricantes especializados helvéticos e estrangeiros, permanecem no centro das oficinas de fabricação de móveis relojoeiros.

5.4 Acabamento das dentaduras

Após o corte, as dentaduras relojoeiras são, na maioria das vezes, objeto de operações de acabamento. O Brunimento dos pinhões em Aço, efetuado por roletes duros que encruam a superfície dos Flancos sem remoção de Material, melhora consideravelmente o estado de superfície e a resistência ao desgaste. Para as rodas em Latão ou em Liga cuprosa, operações de retificação ou de rodagem com pasta abrasiva podem eventualmente complementar o trabalho. Estas etapas já não fazem parte, propriamente falando, da Fresagem, mas formam, juntamente com o corte, um conjunto indissociável na fabricação de um móvel de precisão.

6. Critérios de escolha de uma Fresa

A seleção de uma Fresa, seja ela destinada à mão ou à máquina, baseia-se no exame conjunto de vários parâmetros. O Material da peça determina o tipo de corte necessário — aço rápido para os Latões e as Ligas macias, metal duro revestido para os Aços temperados e as superligas, Rubi sintético para os retoques abrasivos muito finos. A geometria pretendida determina o perfil da ferramenta (cilíndrico, esférico, cónico, de forma, em Disco). O diâmetro, escolhido em concordância com o menor raio da peça, deve permanecer o maior possível para preservar a rigidez da ferramenta e, portanto, a qualidade da superfície. Por fim, a natureza da operação (desbaste ou acabamento) orienta para uma Fresa com grande capacidade de evacuação de aparas ou, pelo contrário, para uma Fresa com elevada taxa de Polimento do Material.

A experiência do Relojoeiro ou do programador de maquinação intervém em cada etapa: escolha da velocidade de corte, do avanço por dente, da profundidade de passe, da Lubrificação. Uma Fresa bem adaptada, mas mal empregue, produzirá um resultado medíocre; ao invés, uma Fresa modesta, mas bem dominada, pode bastar para um grande número de trabalhos correntes.

7. Conclusão

As fresas ocupam uma posição charneira entre a ferramentaria manual tradicional e a produção industrial moderna. Pequenas fresas de forma, fresas esféricas ou fresas de roletes, manipuladas à mão livre sobre uma peça antiga, testemunham uma prática secular; fresas em carboneto revestido, lançadas a altíssima velocidade num centro de usinagem de cinco eixos, incarnam a relojoaria contemporânea. Entre os dois, as fresas para talhar engrenagens — fresas módulo ou fresas-mãe — perpetuam uma tradição técnica tipicamente relojoeira: a dos perfis epicicloidais, dos módulos ínfimos e das tolerâncias medidas em micrómetros.