Novas abordagens de ferramentas para usinagem de ferro fundido

Este material desafiador faz exigências únicas em ferramentas de corte, mas uma combinação de P&D, testes de laboratório e os resultados de aplicações do mundo real está levando a soluções eficazes.

O ferro fundido continua sendo um dos materiais mais difíceis de usinar. Isso ocorre principalmente porque possui inconsistências em sua composição e sua estrutura varia, principalmente na superfície externa. Isso leva a variações significativas na usinabilidade. Cortes interrompidos ou condições instáveis ​​da máquina também devem ser levados em consideração ao usinar ferro fundido. Esses fatores são particularmente desafiadores para as ferramentas de corte, especialmente para ferramentas de desbaste usadas em produção de alto volume, onde a vida útil da ferramenta e a confiabilidade do processo têm grande influência nos custos.

O ferro fundido ainda é muito utilizado, apesar do aumento do uso de ligas de metais leves. A ascensão das ligas de metais leves significa, por exemplo, que os blocos do motor em carros de pequeno e médio porte hoje são frequentemente feitos de alumínio. No entanto, em carros maiores com motores maiores de cerca de dois litros ou mais, os blocos de motor de alumínio precisariam ser consideravelmente maiores. Neste caso, o ferro fundido permite paredes mais finas e um motor mais compacto. Este é um fator importante particularmente para motores de automóveis montados transversalmente.

A questão do "ferro fundido ou alumínio" não se aplica a motores diesel ou veículos comerciais. Nesta área, não há concorrência devido aos efeitos de amortecimento de vibrações do ferro fundido, normalmente na forma de ferro fundido de grafite compactado. A sua força situa-se entre a do ferro cinzento e do ferro dúctil.

"A usinagem de ferro fundido é uma área de aplicação muito importante para nós", diz Gerd Kussmaul, gerente sênior de produtos para torneamento da Walter. É um sentimento compartilhado por outras empresas líderes de ferramentas, especialmente nos últimos anos, já que a indústria automobilística buscou maneiras mais eficientes e confiáveis ​​de usinar esse material vital, mas difícil. “Dentro dela temos diversos setores de foco, como a indústria automotiva, indústria em geral e construção civil, com componentes como blocos de motor, cubos de roda, bombas e caixas de diferencial ou caixa de câmbio”, acrescentou.

O uso de ferro fundido para permitir paredes mais finas do motor foi mencionado anteriormente. A usinagem dessas paredes mais finas, no entanto, normalmente induz vibração. É por isso que são necessárias ferramentas de corte suave e robustas. Para atingir essa mistura, essas ferramentas precisam ter certas características, sendo a primeira delas um revestimento de alto desempenho. Por quê?

“O revestimento deve ter uma microestrutura otimizada que possibilite maior resistência ao desgaste térmico e proporcione a máxima vida útil da ferramenta e velocidades de corte”, responde. “Além disso, um tratamento superficial especial que converte as tensões de tração no revestimento em tensões de compressão.” Isso é projetado para aumentar a tenacidade do material da ferramenta de corte, o que aumenta a confiabilidade da aresta de corte, principalmente na usinagem de incrustações fundidas.A resistência ao desgaste e a tenacidade são, portanto, maiores do que com os revestimentos convencionais.

Kussmaul enfatiza que a geometria adequada da pastilha também é crucial, pois a macro e a microgeometria de uma aresta de corte têm uma influência significativa na formação de cavacos e, portanto, nas forças de corte resultantes. A escolha da geometria correta para a aplicação, preferencialmente uma com superfície de contato com o solo para garantir um assentamento seguro da pastilha intercambiável, é crucial. "Um revestimento avançado, juntamente com as geometrias otimizadas e as novas classes de materiais de ferramentas de corte de hoje, podem levar ao máximo desempenho de corte e a um aumento na vida útil da ferramenta de até 75%", diz ele.

Várias arestas para fresamento

Talvez a maioria das peças de trabalho encontradas na usinagem de ferro fundido, e geralmente também as maiores, sejam de forma cúbica e, portanto, sejam um trabalho para uma fresadora ou centro de usinagem. Uma das operações mais comuns é o faceamento de superfícies de vedação e fixação, como superfícies de cabeçote em blocos de motor.

“Na indústria automotiva, é importante processar o maior número possível de superfícies no menor tempo possível e com confiabilidade de processo. Fresas grandes com múltiplas arestas de corte são necessárias para as taxas de remoção de metal adequadas”, diz Wolfgang Vötsch, especialista em fresamento em gerenciamento de produtos na Walter.

Vötsch aponta a F4045 de sua empresa como um excelente exemplo do tipo de ferramenta necessária para maximizar a produtividade da usinagem de ferro fundido e a confiabilidade do processo. As pastilhas da F4045 fornecem 14 arestas de corte utilizáveis ​​porque as pastilhas intercambiáveis ​​simétricas não são apenas indexadas radialmente, mas também reversíveis. Essas características tornam um cortador de ferro fundido altamente eficiente, o que reduz os custos de corte. Além disso, uma geometria geral positiva fornece forças de corte baixas e consumo de energia reduzido.

Outra característica desejável em uma fresa é um sistema de fixação da cunha da pastilha para que a pastilha intercambiável possa ser encaixada com precisão e segurança em seu assento. Com este design, a cunha de fixação gira para o lado após apenas algumas voltas do parafuso de fixação para permitir acesso rápido e fácil à pastilha intercambiável.

"O manuseio é de importância crucial para uma ferramenta com muitas arestas de corte utilizáveis", explica Vötsch. "Se as pastilhas intercambiáveis ​​não puderem ser viradas ou indexadas com rapidez e facilidade manualmente, muito tempo valioso será perdido."