ARESTA DE CORTE - capítulo 5 - parte 1/2
Desenvolvimento da nova geração de ferramentas com inserto rotativo
Os materiais de difícil usinabilidade, muito usados em peças aeroespacieias, reduzem drasticamente a vida útil das ferramentas. Para entender a demanda do mercado por métodos de usinagem inovadores, capazes de prolongar a vida útil da ferramenta na usinagem destes materiais, a Mitusibishi Materials concentrou-se no desenvolvimento de uma nova geração de ferramentas com inserto rotativo.
Apresentamos aqui dois projetos com este conceito: 1) ferramenta com rotação ativa do inserto, para uso exclusivo em máquinas multitarefas; e 2) ferramenta com rotação passiva do inserto, para uso em centros de usinagem em geral.
PROJETO 1
Ferramenta com rotação ativa do inserto
Desenvolvimento da ferramenta que explora engenhosamente as vantagens da máquina multitarefas
Há cerca de 20 anos, a Mitsubishi Materials desenvolveu pela primeira vez um suporte para torneamento com sistema de rotação do inserto durante a usinagem. Na época, foi desenvolvido um mecanismo inovador que aproveitava o esforço de corte para acionar o movimento de rotação do inserto.
Este mecanismo reduzia significativamente o desgaste periférico, uma das principais causas de deterioração da vida útil da ferramenta na usinagem de materiais de difícil usinabilidade. A primeira geração da ferramenta com rotação passiva do inserto tinha uma boa aceitação no mercado. No entanto, a rigidez da ferramenta era limitada devido ao seu mecanismo complexo.
Além disso, o grande número de componentes acabava elevando o seu preço em relação às ferramentas convencionais. Com isso, a demanda caiu gradativamente ao longo dos anos. Alguns clientes ainda continuam a usá-la, mas atualmente é um produto fornecido somente como item especial.
No entanto, novas ferramentas com inserto rotativo têm sido desenvolvidas durante esse período. Estes novos desenvolvimentos foram alavancados pelo conhecimento acumulado na experiência com a primeira geração de ferramentas com iserto rotativo.
Além disso, o surgimento das máquinas multitarefas inspirou uma grande ideia na concepção do novo mecanismo de rotação. Na primeira geração de suportes para torneamento com inserto rotativo, os insertos eram rotacionados com a resistência gerada pelo próprio processo de corte. Portanto, a força de rotação era irregular, dependendo das condições de corte, o que dificultava o desempenho estável.
E se pudesse determinar a força de rotação e gerá-la de forma estável, independente das condições de corte, seria possível desenvolver um novo tipo de ferramenta com inserto rotativo mais promisso? Estas era as ideias que surgiram há cerca de 10 anos.
Na mesma época, o professor Sasahara da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio realizava estudos sobre ferramentas com rotação ativa do inserto.
Há três anos, foi iniciada uma pesquisa conjunta entre o professor Sasahara e a Mitsubishi Materials. Com o uso de máquinas multitarefas, foi possível controlar a rotação da ferramenta, abrindo caminho para o desenvolvimento da ferramenta com rotação ativo do inserto.
As máquinas multitarefas não apenas possibilitam o controle da rotação do inserto, como também permitem definir livremente o ângulo de inclinação da ferramenta. Então, surgia a possibilidade de selecionar a melhor combinação das condiç~eos de corte e do ângulo de inclinação da ferramenta.
O ângulo de inclinação da ferramenta (ângulo no qual a ferramenta entra em contato com a peça) é um parâmetro tão importante quanto a velocidade de rotação da ferramenta. A espessura do cavaco e a direção de fluxo dos cavacos, ambos têm grande influência sobre a vida útil da ferramenta e variam dependendo de condições de corte básicas como velocidade, avanço e profundidade de corte.
Além destas considerações, o novo projeto incluía diferentes ângulos de inclinação, o que aumentava a dificuldade para encontrar as condições de corte ideais.
Então, o professor Sasahara analisou os valores com base no ponto de vista teórico para identificar as melhores condições.
Quanto ao desenvolvimento da geometria ideal da ferramenta, o maior desafio era alcançar a máxima precisão de concentricidade para a fixação do inserto no corpo da ferramenta. Quando há um grande desvio de concentriccidade, ocorre rotação excêntrica em relação ao eixo de rotação da ferramenta, o que causa variação da profundidade de corte e consequentes danos à peça usinada. A variação na profundidade de corte também provoca instabilidade no esforço de corte, causando trepidação e danos ao inserto.
Através do processo de melhoria contínua, foi possível reduzir o desvio de concentricidade entre o inserto e o corpo da ferramenta chegando a valores inferiores a 0,01mm.
Outra característica importante da nova ferramenta de corte é a refrigeração interna. A ferramenta foi projetada para fornecer fluido refrigerante pela região entre o furo do inserto e o parafuso de fixação. Embora este mecanismo tenha a tendência de reduzir a força de fixação do inserto, o projeto exclusivo desta ferramenta tem capacidade de manter uma força de fixação suficiente.
A rotação ativa do inserto ocorre consistentemente, dispersando o calor de corte uniformemente por toda a aresta de corte em torno do inserto redondo. Além disso, a refrigeração interna proporciona resfriamento eficiente em todo o inserto e facilita a expulsão de cavacos.
Vida útil aproximadamente dez vezes maior que o suporte para torneamento convencional
A nova ferramenta com rotação ativa do inserto tem as seguintes propriedades:
1. O uso de toda a circunferência do inserto permite distribuir o desgaste uniformemente por toda a aresta, aumentando a vida útil da ferramenta;
2. A rotação estável da ferramenta dispersa efetivamente o calor de corte; e a refrigeração interna reduz significativamente o desgaste do inserto;
3. O exclusivo mecanismo de fixação de alta precisão e alta rigidez permite realizar usinagem estável e de alto desempenho.
Estas propriedades aumentaram significativamente a vida útil da ferramenta na usinagem de Inconel718 em comparação às ferramentas de corte convencionais.
Além disso, a ferramenta com rotação ativa do inserto é adequada não apenas para usinagem de materiais de difícil usinabilidade como ligas resistentes ao calor, mas também para a usinagem de materiais compósitos com metais como alumínio e ferro.
Esta ferramenta é ideal para redução significativa dos custos totais da operação, pois além de prolongar a vida útil da ferramenta, também reduz a frequência de troca de insertos, sendo adequada para usinagem "sem operador" ou nos processos com múltiplas máquinas operadas por um número reduzido de operadores.
Foram esclarecidas as questões que surgiram durante o desenvolvimento das primeiras ferramentas com inserto rotativo?
O desgaste frontal é um dos grandes desafios na usinagem de materiais de difícil usinabilidade. Na época em que se desenvolvia a primeira geração de ferramentas com inserto rotativo, para reduzir o desgaste frontal, estimava-se que a velocidade de rotação ideal do inserto era próxima à velocidade de expulsão do cavaco.
Considerando a taxa de compressão geral (CR) dos cavacos, isto equivale a aproximadamente um terço da velocidade de corte. Porém, a rotação do inserto era acionada pelo próprio esforço de corte, o que impedia o controle de velocidade de rotação. Portanto, esta hipótese sobre a velocidade de rotação ideal do inserto não foi analisada profundamente naquela época.
Já as novas ferramentas de corte com inserto rotativo possuem vários parâmetros, o que dificulta a identificação precisa das condições de corte ideiais. Através dos diversos testes de aplicação, foram identificadas as condições recomendadas para uso geral.
Com base nestes dados, descobriu-se que a velocidade de rotação recomendada do inserto equivale a um terço da velocidade de corte da peça, ou seja, o valor estimado nas primeiras ferramentas com inserto rotativo. Não é interessante?
As ferramentas com rotação ativa do inserto estão atualmente em desenvolvimento, com previsão de lançamento no mercado em 2017.
O assunto ARESTA DE CORTE é muito importante e também extenso, por esse motivo foi dividido em 5 capítulos (clique sobre o nome do capítulo para ler o texto):
Capítulo 1: Fresas de Cerâmica
Capítulo 2: Mecanismo de rotação do Inserto
Capítulo 3: Quebrando cavacos com rotação de baixa freqüência
Capítulo 5 (parte 1): Materiais de difícil usinabilidade
Capítulo 5 (parte 2) Materiais de difícil usinabilidade
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Autor: Blog da Usinagem
Data de Publica��o: 20/11/2020
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