Superando os principais desafios técnicos na metalurgia

Quando se trata de cortar metal, o tempo e a qualidade geralmente estão em desacordo, infelizmente. Surgirão problemas de qualidade de peças e máquinas que podem exigir uma mudança no status quo, dizem os especialistas em metalurgia da área. Veja como três especialistas diagnosticam e tratam desafios sistêmicos.

Craqueamento térmico. Deformação. Desgaste da cratera. Não, estes não são termos de ficção científica sobre luas e planetas estéreis e desolados, naves espaciais danificadas ou uma descrição de alienígenas estranhos e sobrenaturais. Estes são termos sobre as falhas relacionadas ao calor de ferramentas de corte quando vistas de perto em níveis microscópicos. Mas existem muitos outros tipos de danos de ferramentas por aí, alguns dos quais têm a ver com falhas mecânicas.

Então, o que você diz? As ferramentas de corte devem fazer seu trabalho e depois serem trocadas e descartadas. Você coloca uma nova ferramenta, volta ao trabalho e esquece, certo? Se fosse assim tão simples. O dano extenso da ferramenta é frequentemente um sintoma de fatores sistêmicos e interconectados maiores – e requer o diagnóstico adequado para o tratamento.

Os especialistas em metalurgia da MSC Ray Gavin, Brian Laffey e Mac Allsup conversaram recentemente conosco sobre os desafios técnicos comuns e incomuns das ferramentas de corte que eles observam e investigam regularmente. É absolutamente verdade que se espera que as pastilhas das ferramentas de corte se desgastem e sejam substituídas, eles explicam. A questão é como os fabricantes usam suas ferramentas de corte em máquinas para entregar peças de qualidade em um cronograma de produção - ou seja, um número específico de peças feitas diariamente.

“Quando se trata de clientes, começamos a avaliar onde eles estão e onde precisam estar”, diz Gavin. No nível mais básico, trata-se de entender seus objetivos, “como eles precisam fazer mais peças por dia ou querem produzir peças de maior qualidade?”

Muitas vezes, a resposta é ambas, mas então os problemas começam e, com o tempo, isso afeta os negócios. Tempo e qualidade estão em desacordo um com o outro, infelizmente. As ferramentas precisam ser trocadas com maior frequência - o que pode não parecer grande coisa nas primeiras vezes -, mas o tempo de inatividade da máquina pode realmente começar a afetar a entrega do produto, explicam eles. Entender como tratar o problema subjacente pode exigir uma análise mais profunda da causa raiz.

Preocupado com os custos de ferramentas? Saiba como medir melhor o valor do ferramental com orientação técnica.

Ferramentas de corte diárias e áreas problemáticas de usinagem

Que tipos de problemas eles veem no trabalho todos os dias? Coletivamente, esses técnicos de campo descobrem que as ferramentas estão sendo danificadas e as peças não estão saindo corretamente por não ter a aplicação de refrigeração correta ou porque o ângulo de corte ou a “geometria” da pastilha não está definida corretamente – ou a máquina não está funcionando em a velocidade certa para o material a ser cortado e tipo de ferramenta.

Curiosamente, o tipo de falhas que eles mais veem são mais mecânicos, em oposição às falhas de muito ou pouco calor, e incluem:Desgaste de flanco, lascamento, profundidade de entalhes de corte e fratura. A temperatura, no entanto, é quase sempre um fator em tudo o que tem a ver com o corte de metal – portanto, agrupar as coisas em termos de calor versus falha mecânica pode ser muito simplista.

A falha de causa raiz não é tão binária quanto a temperatura ou o desgaste mecânico, o que mostra a complexidade do diagnóstico de problemas de metalurgia. Quando se trata de cortar metal, os problemas térmicos e mecânicos estão intimamente ligados. Isso significa principalmente que a causa da falha pode ser atribuída mais a uma área do que a outra, explicam os especialistas.

Das falhas relacionadas ao calor, uma das mais comuns é o craqueamento térmico. Por que é que? “O refrigerante não é aplicado corretamente no ponto de corte”, diz Gavin. “Como os cavacos são criados a partir do corte e a refrigeração está sendo aplicada, os próprios cavacos podem atrapalhar. O resfriamento através da ferramenta pode ajudar.”

Essa tecnologia “no ponto de corte” permite que a refrigeração seja aplicada em duas posições diferentes, acima e abaixo do porta-ferramentas. Quando usado, o resultado geralmente é um controle de cavacos muito melhor e menos chance de lesões relacionadas a cavacos quando os maquinistas removem longos fios de cavacos e são cortados, diz Gavin.

Todos os três especialistas dizem ver muito pouco desgaste ou deformação da cratera, mas isso acontece em aplicações que usam titânio, ferro e ligas de alta temperatura e em algumas operações de super alta velocidade. Para ilustrar melhor algumas das áreas de problemas técnicos mais comuns, aqui estão várias situações do mundo real que os especialistas encontraram e como eles resolveram os problemas.



Desafio: Fratura

Exemplo do mundo real :Um grande fabricante aeroespacial estava usinando com Iconel (de força “50 Rockwell”) usando uma fresa de facear. A peça que está sendo construída tem 50 a 60 polegadas de diâmetro, e os maquinistas estavam usando cortadores de metal duro e almofadas de face (almofadas de usinagem na peça). Levava 20 horas para fresar uma peça porque o material era super resistente, e eles tiveram que operar a máquina muito devagar e depois pará-la porque as ferramentas deixaram de ser eficazes. A vida útil da ferramenta era terrível e a produtividade era previsivelmente baixa.

Solução: Laffey aconselhou o uso de uma fresa de cerâmica e fez um pequeno ajuste no caminho de corte para que o material pudesse ser cortado melhor. A peça agora poderia ser feita em quatro horas.

Resultado: A produtividade decolou:O tempo de usinagem foi reduzido em 80% de 20 horas para quatro horas.

“Apesar do preço da ferramenta individual custar o dobro, era muito difícil argumentar com o tempo ganho – e que a ferramenta funcionava melhor com o material”, diz Laffey.



Desafio: Borda acumulada devido ao controle de cavacos insatisfatório, profundidade do entalhe de corte

Exemplo do mundo real: Um grande fabricante de automação e geração de energia tinha uma máquina grande com um mandril de 36 polegadas de diâmetro para peças de aço inoxidável muito grandes que tinham cavacos envolvendo o mandril, causando muito tempo de inatividade e queimando ferramentas. Toda vez que isso acontecia, havia 20 minutos de trabalho improdutivo para cada 30 minutos de tempo de ciclo. E, o fabricante estava subalimentando a ferramenta de torneamento intercambiável de metal duro, o que fez com que a aresta se acumulasse. Também era um risco de segurança, já que os maquinistas estavam alcançando a máquina e sendo cortados. Eles estavam usando luvas de couro, não luvas resistentes a cortes.

“Um bom lugar para procurar é na sucata reciclada do cliente para ver todos os problemas que uma ferramenta pode estar enfrentando”, diz Allsup. “Eu uso uma lupa de 30x D para ver exatamente o que está acontecendo. Nesse caso, eles tinham muita vantagem acumulada por irem muito devagar. Era como se eles estivessem tentando cortar manteiga congelada com uma faca de manteiga. Então, o material estava grudado no revestimento da ferramenta.”

Solução: Allsup recomendou alterar os parâmetros, ajustar a profundidade de corte e a metragem da superfície, usar uma geometria mais nítida e aumentar a velocidade e as taxas de avanço.

“Eles tinham a classe certa, mas sua profundidade de corte era inferior ao nível recomendado para esse tipo de quebra-cavacos”, diz Allsup.

Resultado: Os níveis de produção voltaram ao normal e o tempo de inatividade foi completamente eliminado.

“A economia de custos foi de US$ 2.500, mas a principal economia foi parar a máquina e retirar os chips da máquina a cada 15 minutos”, diz Allsup. “As mudanças no processo permitiram que o cliente executasse a peça completa sem parar a máquina e eliminando o risco de segurança.”



Desafio: Lascar, Fraturar

Exemplo do mundo real :Um subcontratado aeroespacial estava fresando uma grande peça de motor que tinha 30 polegadas de diâmetro com 36 cavidades em uma máquina horizontal CNC de 5 eixos. Esses bolsos eram um material de liga à base de níquel muito duro, Rene 41, que Laffey descreve como “desagradável e quase se recusa a ser usinado”. Com a fresa de topo que estavam usando, os maquinistas só conseguiram cortar quatro bolsões antes que ela fosse destruída – e tinham poucas maneiras de avaliar a condição da fresa de topo. O fabricante teria que parar a máquina, redefinir uma nova ferramenta e depois fazer um teste de corte para garantir que a nova funcionasse – o que consumia muito tempo e era frustrante.

Solução: Laffey aconselhou o uso de uma fresa de topo de cabeça intercambiável que possui um grampo de ferramenta com uma extremidade rosqueada que pode ser facilmente aparafusada e desparafusada para facilitar a troca e configuração da ferramenta. O fabricante agora era capaz de fazer 10 bolsos por corrida ao longo dos quatro que vinha fazendo.

Resultado: O fabricante ganhou 24 horas por semana de volta. A economia de tempo rende ao cliente três turnos de oito horas.

“O preço por ferramenta passou de US$ 25 para US$ 75 para ganhar 24 horas de volta”, diz Laffey. “A matemática foi um acéfalo, assim como o aumento de bolsos criados na peça com a ferramenta. E eles não precisaram recalibrar, não houve necessidade de corte de teste e nenhuma nova medição necessária – apenas mudando o mecanismo de fixação, eles puderam trabalhar melhor com a peça... Eles não sabiam que a tecnologia de fixação existia. ”



Desafio: Acabamento ruim da peça, vida útil ruim da ferramenta

Exemplo do mundo real: Uma grande empresa aeroespacial que fabrica peças especiais com aço inoxidável 17-4 PH teve o material cortado a aproximadamente 40 polegadas por minuto em uma célula de quatro máquinas que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana. O fabricante estava realizando usinagem de alta velocidade com fresas de topo esféricas usando uma máquina de 4 eixos girando no eixo A em alto volume. O mais importante era produzir o máximo possível de peças, mas o acabamento da peça era de baixa qualidade e a vida útil da ferramenta era fraca.

Solução: Gavin aconselhou a mudança para moinhos de alta alimentação e o uso de uma abordagem de perfil diferente. Ele trabalhou com o fabricante para reprogramar o percurso de uma maneira completamente nova.

“Fomos 180 graus de forma diferente neste e pensamos fora da caixa”, diz Gavin. “Conseguimos reduzir drasticamente o ‘tempo de corte’.”

Resultado: O tempo do ciclo de corte foi reduzido de aproximadamente 18 minutos por peça para 4,5 minutos. O corte do material passou de 40 ipm para 300 por minuto. O custo por peça foi reduzido em quase 300%.

O outro resultado:Outra divisão no campus deste fabricante ouviu falar sobre as melhorias, e a mesma abordagem foi implementada em outras oito máquinas.

Suas máquinas estão cortando da maneira que você gostaria? Como sua oficina está lidando com os problemas de saída que ocorrem na máquina? Compartilhe sua experiência.