Técnicas de fresamento para melhorar a taxa de remoção de metal

Especialistas compartilham táticas que permitem que os maquinistas usem novas ferramentas e técnicas para aumentar a taxa de remoção de metal (MRR).

As oficinas interessadas em maximizar a taxa de remoção de metal (MRR) em operações de fresamento podem escolher entre uma série de ferramentas e técnicas que não vão quebrar o banco e não exigem sacrifícios inaceitáveis ​​na vida útil da ferramenta ou na qualidade da usinagem.

Uma inovação de material introduzida recentemente visa aumentar as velocidades e taxas de alimentação durante o fresamento de ligas de alta temperatura, um grupo de materiais de alta resistência que inclui titânio, Inconel e aço inoxidável PH. Esta nova classe de fresamento, KCSM40, melhora a resistência térmica das pastilhas de ferramentas de corte usadas para usinar ligas de alta temperatura, de acordo com a Kennametal, de Latrobe, Pensilvânia, que desenvolveu o material da pastilha de metal duro.

Introdução da Fresadora Ti-6Al-4V

Os usuários de pastilhas feitas de KCSM40 estão agora usinando Ti-6Al-4V a 160 pés de superfície por minuto quando poderiam ter alcançado apenas 140 SFM no passado, enquanto também obtêm uma vida útil mais longa da ferramenta, diz Scott Etling, diretor de gerenciamento global de produtos da Kennametal para fresagem indexável.

Etling aponta que os corpos da fresa têm diferentes “densidades” com base no número de pastilhas na fresa. Um cortador de 4 polegadas de diâmetro, por exemplo, poderia ter 8, 12 ou 15 dentes, com um cortador de 15 dentes desse tamanho considerado de densidade muito alta.

“Se você é capaz de operar um cortador de 15 dentes, está melhorando sua produtividade porque terá mais dentes no corte”, diz ele.

Quanto mais dentes no cortador, no entanto, mais potência do fuso será necessária, portanto, algumas fresadoras podem não fornecer a potência necessária para um cortador de alta densidade. E mesmo que o façam, a fixação de fresamento pode não ser rígida o suficiente para lidar com o aumento da força que essas fresas produzem.

“Dizemos a todos para se certificarem de que entendem seu fuso, fazem seus cálculos de força de corte e depois usam o cortador de maior densidade possível”, diz Etling.

Os proprietários de máquinas rígidas equipadas com um fuso de baixa velocidade podem usar uma fresa “helicoidal”, como a nova Harvi Ultra 8X da Kennametal, projetada para oferecer uma vida útil mais longa da ferramenta do que as fresas tradicionais com alto MMR. Fresas helicoidais apresentam várias fileiras de pastilhas.

Por exemplo, uma fresa helicoidal de 3 polegadas de diâmetro pode ter cinco linhas equipadas com 11 pastilhas cada. “Com 55 pastilhas com engate radial, você está usinando em uma taxa de avanço tradicional, mas removendo muito mais material”, diz Etling.

Também é importante usar o fluxo de refrigerante, pressão e viscosidade corretos para maximizar o MRR nas operações de fresamento. “Os fabricantes de máquinas-ferramenta projetaram máquinas fantásticas, e os usuários devem operar suas ferramentas de corte nas velocidades e taxas de avanço mais altas que sua máquina permite”, diz Etling.

Melhore a formação de cavacos e o MRR com refrigerantes  

Tanto a velocidade de produção quanto a qualidade do componente podem diminuir quando um processo de fresamento sofre com o escoamento de cavacos. Projetada para fresar canais de até 6 milímetros de largura, a fresa CoroMill QD da Sandvik Coromant, de Fair Lawn, Nova Jersey, usa geometria e um novo sistema de fornecimento de refrigeração para resolver problemas relacionados a cavacos.

A geometria da pastilha do QD produz cavacos mais finos do que a ranhura que está sendo usinada. Esses cavacos são liberados pela refrigeração fornecida através do corpo da fresa para cada aresta de corte. Além de aumentar o MRR, esse sistema aumenta drasticamente a vida útil da ferramenta e a qualidade da superfície dos componentes fresados, diz Joseph DeRoss, especialista em fresamento de produtos da Sandvik Coromant.

A Sandvik Coromant aponta para dados do usuário que mostram que o QD pode remover metal cerca de 20 vezes mais rápido do que as fresas concorrentes. Além disso, a empresa relata que em um caso a QD usinava 75 peças antes que as pastilhas se desgastassem, em comparação com apenas 10 peças para a ferramenta de um concorrente.

Embora cavacos mais finos sejam desejáveis ​​neste caso, cavacos muito finos indicam que a ação de corte e o calor resultante estão restritos a uma porção relativamente pequena da aresta da pastilha, o que pode levar a crateras, desgaste de flanco e trincas térmicas. Na verdade, cavacos finos são uma causa comum de baixa produtividade de fresamento e redução da vida útil da ferramenta.

Por outro lado, cavacos muito espessos são uma indicação de forças de corte muito altas que podem causar quebra da pastilha. A chave é determinar a taxa de avanço que produz a espessura máxima do cavaco, mas não sobrecarrega as pastilhas.

“Se você engrossar os chips, você os colocará no chão mais rápido; além disso, você obtém uma vida útil mais longa da ferramenta”, diz DeRoss. Alcançar a espessura adequada do cavaco pode aumentar a produtividade do fresamento em 20% ou mais, acrescenta.

Os cavacos devem ser sempre espessos quando uma fresa entra no material da peça e finos na saída. Quando uma fresa é programada para entrar diretamente no material, no entanto, cavacos grossos serão produzidos na saída até que a fresa esteja totalmente engatada no material. Os resultados indesejados disso incluem acabamento superficial ruim na entrada e vida útil reduzida da ferramenta, bem como ruído de choque e vibração excessiva.

De acordo com DeRoss, existem duas maneiras de evitar as consequências do corte de entrada reta . Uma é reduzir a taxa de avanço em 50% até que a fresa esteja totalmente engatada. A outra é programar um “rolo” no movimento do cortador. Essa técnica curva a fresa no sentido horário, o que facilita as pastilhas no corte, explica DeRoss. A espessura de cavaco resultante na saída é sempre zero, diz ele, eliminando problemas de entrada reta sem reduzir a taxa de avanço.

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Mover para técnicas de alta alimentação

Uma das técnicas mais populares para aumentar o MRR é o fresamento de alto avanço, que combina o fresamento em taxas de avanço rápido com profundidades de corte relativamente rasas. Um pequeno ângulo de ataque na parte inferior das pastilhas usadas para fresamento de alto avanço reduz a espessura média dos cavacos, o que, por sua vez, aumenta as taxas de avanço, diz Tim Aydt, gerente de produto de fresamento intercambiável do fornecedor de ferramentas de corte Seco Tools, de Troy, Michigan.

“Agora, você está olhando possivelmente alimentando de 200 a 300 polegadas por minuto, em oposição a 30 a 60 polegadas por minuto”, diz Aydt.

No lado negativo, a alimentação nessas taxas elevadas torna o fresamento de alto avanço uma técnica de desbaste, de modo que os usuários podem ter que seguir com uma operação secundária para obter o acabamento da peça necessário.

Considere adotar o desbaste otimizado

Outra operação de desbaste popular, muitas vezes chamada de desbaste otimizado, remove o material ainda mais rápido do que o fresamento de alto avanço para produzir geometrias de peças próximas às formas desejadas. Então, uma operação de acompanhamento pode produzir a geometria final e o acabamento da superfície.

O desbaste otimizado combina profundidades de corte profundas com engate radial leve. As forças de corte radiais baixas reduzem o estresse e o desgaste nos fusos da máquina. Além disso, a vida útil da ferramenta aumenta porque menos calor é produzido durante o corte. Sob as condições certas, de fato, as ferramentas de corte usadas para desbaste otimizado podem durar até oito horas na usinagem de titânio, em comparação com 30 minutos quando os métodos de corte convencionais são usados, diz Aydt.

Calor reduzido e profundidade de corte radial também são responsáveis ​​pelo aumento dramático nas velocidades de usinagem. Bolsos, por exemplo, podem ser usinados até quatro vezes mais rápido do que com métodos convencionais. O desbaste otimizado também é adequado para usinagem de paredes retas que exigem grandes profundidades de corte axial.

A técnica pode ser usada em qualquer material, diz Jay Ball, gerente de produtos sólidos de moagem da Seco. “Descobrimos que o desbaste otimizado de ligas com alto teor de níquel é muito benéfico”, relata ele. “Também vemos clientes usando a estratégia em aço inoxidável, ferro fundido, aços ferramenta modelo e até alumínio.”

Ball diz que a mudança para o desbaste otimizado é provavelmente a principal tendência que ele vê entre aqueles que tentam aumentar suas taxas de remoção de metal. “É a maior coisa desde o pão fatiado agora.”

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