Suporte Jet Tech - Tecnologia de fluido refrigerante a jato
Aumento da resistência ao desgaste devido ao avanço da tecnologia de fluido refrigerante
Nos últimos anos, é crescente a necessidade de usinagem de alta eficiência dos materiais de difícil usinabilidade especialmente na indústria aeroespacial, demandando ferramentas capazes de usinar sob parâmetros de corte elevados por longos períodos de tempo.
Para usinagem de materiais de difícil usinabilidade, o uso de suportes para torneamento com refrigeração de alta pressão tem aumentado gradualmente. Este tipo de ferramenta apresenta resultados significativos no controle de cavacos, mas ainda é difícil garantir a eficácia sobre a vida útil da ferramenta.
Além disso, o fluido refrigerante de alta pressão exige equipamentos especiais, disso, o fluido refrigerante de alta pressão exige equipamentos especiais, mas a maioria dos clientes buscam ferramentas que oferecem maior resistência ao desgaste usando equipamentos comuns.
Entrevistamos três membros do Departamento de Desenvolvimento da Mistubishi Materials que desenvolveram uma tecnologia de refrigeração extremamente eficaz em cooperação com o professor Toshiyuki Obikawa da Universidade de Tóquio.
(E) Yasuharu Imai, Hiroyasu Shimizu, Toshiyuki Obikawa, Hidefumi Takahashi
Pergunta: Quais são as características desta tecnologia?
Takahashi: A principal caracterísitica da nova tecnologia "Jet Tech" é o exclusivo furo de refrigeração em formato L na parte frontal do suporte, logo abaixo do inserto, por onde o fluido refrigerante é lançado vigorosamente ("Jet") em direção à aresta de corte. Geralmente a refrigeração é lançada pela face superior do inserto ou, no caso do suporte reverso, a estratégia usual é lançar a refrigeração pela lateral do suporte.
No entanto, quando fornecido pela face superior como mostra a imagem à esquerda da Fig. 1, os cavacos acabam impedindo o fluxo do fluido refrigerante. Mesmo quando fornecido pela lateral do suporte, o fluido refrigerante não entra no espaço estreito entre a superfície da peça e a ferramenta.
Enfim, a refrigeração não chega até a região da aresta de corte, no ponto de contato em altas temperaturas e alta pressão, onde realemnte precisa de resfriamento.
Conforme mostra a imagem à direita da Fig. 1, a Jet Tech é uma tecnologia de fornecimento de fluido refrigerante em alta pressão e alta velocidade pela parte frontal do suporte, alcançando a região da aresta de corte em altas temperaturas. Isto possibilita o resfriamento efetivo da aresta de corte, o que até então era muito difícil. Consequentemente, a resistência ao desgaste do inserto melhora, prolongando a vida útil da ferramenta em aproximadamente 30 a 50% em comparação ao método de refrigeração externa convencional, que fornece o fluido refrigerante pela face superior do inserto.
P: Como era o cenário do desenvolvimento?
Shimizu: No ínício do desenvolvimento, uma das nossas dificuldades era a deterioração significativa da vida útil da ferramenta de usinagem de materiais de difícil usinabilidade. Naquele momento, sentíamos que os recursos próprios da empresa não era suficientes para desenvolver novos produtos com potencial competitivo.
Então, passamos a buscar cooperação fora da empresa e acabamos conhecendo o prefessor Toshiyuki Obikawa, da Universidade de Tóquio. Ele se dedicava à pesquisa sobre a melhoria da vida útil das ferramentas de usinagem de materiais de difícil usinabilidade. Na época, o prefessor Obikawa estava pesquisando o efeito de resfriamento da aresta de corte e consequente aumento da vida útil da ferramenta, com o ar comprimido lançado pela parte frontal do suporte em direção à aresta de corte.
Reconhecemos o grande potencial desta pesquisa, pois dependendo do método de fornecimento da refrigeração, poderia resultar em uma nova solução na usinagem de materiais de difícil usinabilidade. Assim, iniciamos as pesquisas conjuntas em 2008.
Takahashi: Na época, os fabricantes de ferramentas japonesas não estavam muito interessados em tecnologia de refrigeração. A Mitsubishi Materials também não estava muito engajada nesta linha de pesquisa. Neste contexto, quando eu souobe da possibilidade de uma pesquisa conjunta, pensei que era uma ideia muito interessante.
Ao mesmo tempo, não estava certo se esta tecnologia poderia realmente ser incorporada a um produto, ou se seria viável comercialmente.
Shimizu: Em vez de desenvolver produtos que serão comercializados em 2 a 3 anos, o nosso setor, o "Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento Avançado", desenvolve tecnologias e ferramentas orientadas para o futuro, cujo lançamento ocorre 5 a 10 anos à frente. A comercialização seria um desafio, mas senti que essa tecnologia de refrigeração era uma tema digno de ser chamado de "Pesquisa e Desenvolvimento Avançado".
Takahashi: O grande divisor de águas no desenvolvimento foi a escolha do método para intensificar o fornecimento da refrigeração, entre o método assistido por ar e o método de aceleração direta do fluido refrigerante. Depois de discutirmos extensivamente, decidimos priorizar a facilidade de uso em diversas condições, evitando a influência dos diferentes tipos de máquinas-ferramentas utilizados no mercado. Então, escolhemos o fluido refrigerante em vez do tipo assistido por ar. Depois disso, ainda surgiram muitas outras questões como o formato e o tamanho do furo de refrigeração, o fluxo necessário, etc.
Para solucionar estas questões, incorporamos ativamente na empresa a análise de fluidos do Professor Obikawa e foi extremamente útil. Como meus conhecimentos sobre a análise de fluidos eram insuficientes, eu logo procurei os livros que usei na época de estudante para rever os conceitos (risos). Depois de todas as dificuldades, conseguimos concluir o conceito básico do desenho da Jet Tech. A partir daí, começaria efetivamente o desenvolvimento orientado para a produção em massa e a viabilidade comercial. O projeto, que é a parte mais importante do desenvolvimento, foi atribuído ao Imai!
Imai: Naquele momento, eu tinha acabado de finalizar um grande projeto de desenvolvimento. Honestamente, para um projetista, desenvolver um suporte para torneamento, apesar de pouco atraente, é bastante complexo. É uma área que ninguém tem interesse, diferente dos produtos de fresamento que são mais atrativos. Mas quando o Takahashi me apresentou o conceito básico do Jet Tech, achei muito interessante. Os efeitos básicos já são comprovados, então secretamente eu pensei que se conseguíssemos torná-lo um produto comercialmente viável, talvez eu ganhasse reconhecimento pelo trabalho (risos).
Takahashi: Ele diz isso agora, mas ainda me lembro que quando eu contei sobre o projeto, ele ficou bem decepciconado pelo fato de ser um suporte para torneamento (risos). Mas enfim, confirmar ao Imai o projeto deste produto tão desafiador foi uma decisão correta.
Imai: Eu adoro desenvolver e acho que enfrentar grandes desafios combina com a minha personalidade.
P: Quais foram as dificuldades para torná-lo comercialmente viável?
Imai: um dos grandes desafios era o formatodo furo de refrigeração. Até entao, não existiam suportes com furo de refrigeração na região da aresta de corte e, como estas ferramentas geralmente são fabricadas por usinagem, era impossível produzir em massa, mantendo o formato do furo de refrigeração. Concluímos que era preciso transformar essa parte em uma peça independente. Eu já tinha o desejo de criar algo que ninguém havia feito antes. Então, apesar de não termos nenhuma referência, decidimos apostar neste componente para possibilitar a produção em massa.
Shimizu: De fato, concluímos que era impossível produzir o formato do furo através da usinagem. Então, desistimos da usinagem e partimos para a produção de um componenete à parte, e pedimos ao Imai para usar todo o seu conhecimento na criação desta peça.
Imai: Para começar, tive que escolher o material que seria usado para o protótipo. Como já havíamos usado a impressora 3D de resina no desenvolvimento de outros produtos, decidimos partir da resina para fazer as primeiras análises quanto à adequação do furo de refrigeração. Mas quando o protótipo ficou pronto, despertou a vontade de prosseguir e nos perguntamos: E se usarmos para usinar de verdade? O resultado é que o furo acabou abrindo devido ao calor dos cavacos. Afinal, era evidente que isso aconteceria (risos). Então, não havia outra alternativa se não fazer o protótipo em material metálico. Embora não fosse comum naquela época, conseguimos encontrar uma empresa que operasse uma impressora 3D de metal e fizemos um novo protótipo.
Takahashi: No início do desenvolvimento, projetamos para que funcionasse sob a pressão normal da água fornecida pela rede de abastecimento. Mas alguns clientes usam fluido refrigerante de alta pressão e, nestas condições, o bico poderia ser expelido. Então, decidimos alterar o projeto para que fosse aplicável tanto em alta pressão quanto em pressão normal. No entanto, à medida que os protótipos eram produzidos e testados, ficou claro que os parafusos que fixavam o componente ao suporte sofriam deformações sob alta pressão. Enfim, precisávamos melhorar o parafuso.
Imai: Naquela época, o Takahashi trazia muitas solicitações, uma após a outra. Discutimos várias vezes por isso (risos). Eu dizia: "Não era isso que tínhamos combinado!"
Takahashi: Toda vez que eu pedia ao Imai para mudar as especificações, ele dizia: "Isso é completamente diferente do que você tinha falado antes! (risos)" Ainda assim, estávamos determinados a atender a necessidade do cliente. Então, junto com o Imai, prosseguimos com as melhorias.
Imai: A vantagem da impressora 3D é a possibilidade de produzir os protótipos rapidamente, os quais podem ser testados efetivamente e avaliados. A expansão das impressoras 3D tem reduzido o tempo de desenvolvimento, não apenas na indústria de ferramentas, mas em praticamente todas as áreas de fabricação.
Takahashi: Depois de definir o projeto final, testamos o componente em diferente combinações de parâmetros de corte, tipos e fluxos de refrigeração. Finalmente, conseguimos apresentar para outras empresas em uma exposição realizada no ano passado. Com a sala de conferências lotada e recebendo muitas perguntas, sentimos o grande interesse do público. Muitos queriam saber se a ferramenta também funcionava sob pressão normal. Parece que despertamos o interesse de outros fabricantes de ferramentas japoneses em desenvolver novas tecnologias de refrigeração. Fiquei muito satisfeito por ter continuado o desenvolvimento sem desistir.
P: Conte-nos sobre a sua visão futura.
Takahashi: Primeiro começamos com as vendas da geometria ISO tipo C e depois expandimos para os tipos W, D, S, T e V. Pretendemos aplicar esta tecnologia a outros produtos, além dos suportes para torneamento.
Shimizu: Fugiria um pouco da ideia de concorrência, mas penso que essa tecnologia poderia ser usada mais amplamente, não apenas por nossa empresa. Assim, aumentaria o conhecimento desta técnica como um dos fundamentos básicos para prolongar a vida útil da ferramenta, tornando-se um padrão na indústria. Com isso, poderíamos contribuir para a redução dos custos de produção de muitos clientes. Em outras palavras, esperamos contribuir para toda a indústria de usinagem no futuro. Além disso, sinto que em comparação a outros países, a colaboração entre as instituições de ensino e a indústria é muito superficial no caso dos fabricantes de ferramentas japoneses. Por isso, gostaria de expandir trabalhos como esse.
P: Última pergunta: Quais são os aspectos mais interessnates na manufatura?
Imai: Aquilo que eu imagino torna-se realidade. E quando este item é utilizado pelo cliente, proprocionando-lhe felicidade, é realmente algo fantástico. Desenvolver significa fazer algo completamente novo. Portanto, falhar e enfrentar dificuldades fazem parte do trabalho. Nesse sintido, talvez o segredo parar o sucesso deste trabalho tenha sido o fato de ter chefes que me incentivaram a não desistir diante das falhas (risos). Acredito que ambientes como este, que estimulam a enfrentar desafios são ideais para continuar criando coisas novas.
Takahashi: Estou na área de desenvolvimento há 16 anos. É uma grande satisfação quando as ideias se concretizam, testamos a teoria na prática e, finalmente, tudo sai como planejado. No desenvolvimento, a possibilidade de criar algo que não existe no mundo, ser o primeiro, o melhor ou o único no mundo, proporcionam um sentimento de alegria e gratidão. Tenho muito orgulho deste trabalho que oferece tantas possibilidades e quero continuar entregando novos produtos aos nossos clientes.
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Autor: Blog da Usinagem
Data de Publica��o: 29/07/2021
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