Lições de usinagem de alto desempenho:não se esqueça dos porta-ferramentas

Entre materiais de metal duro, altas velocidades e avanços—e balanceamento de ferramentas—os porta-ferramentas são muito mais importantes para o sucesso da construção de peças em uma máquina de alto desempenho do que você imagina. Saiba por quê.

Então, sua loja acabou de comprar um novo centro de usinagem de alto desempenho. Possui algumas especificações impressionantes, incluindo um fuso de 20.000 rpm, uma taxa de deslocamento rápido de 2.400 ipm e taxas de alimentação correspondentes. É muito mais rápido do que qualquer outra coisa no chão. Todo mundo está curtindo o som staccato das lascas contra a chapa de metal e o zumbido baixo do motor do eixo no fundo de um corte.

Há apenas um problema:nessas novas e aprimoradas velocidades de eixo mais altas, a conversa faz com que todos lutem por tampões de ouvido. A vida útil da ferramenta está se deteriorando. Ao cortar as peças aeroespaciais de titânio 17-4 PH e Triple 5 de titânio que o chefe começou a trazer recentemente, a retirada da ferramenta tem sido um grande problema. O resultado? As pilhas de peças que deveriam ser feitas todos os dias a partir do investimento em um HPMC simplesmente não estão aparecendo.

Com toda a justiça, você também pode ter essas reclamações sobre os centros de usinagem mais antigos e menos capazes. Na verdade, pode ter sido um dos drivers para uma nova máquina em primeiro lugar. Desculpe lhe dizer isso, mas o problema é mais provável que os porta-fresas de topo com trava lateral e os mandris de pinça estilo ER que você usa há décadas não sejam apropriados para a tecnologia de usinagem moderna.

“Você tem a máquina-ferramenta capaz de altas velocidades e avanços, a ferramenta de corte com as mais recentes geometrias e revestimentos, e com o porta-ferramentas sendo a interface entre os dois, por que cortar cantos?” diz Ronald West, gerente de produto global sênior da Kennametal. “Com as máquinas-ferramenta de hoje capazes de velocidades e avanços mais altos, o suporte de ferramentas se tornou mais importante do que nunca para aproveitar os recursos das ferramentas de corte de alto desempenho.”

Alguns fabricantes investem na máquina e na mais recente tecnologia de ferramentas e corte, mas não é incomum ver muitas empresas usarem um porta-ferramentas commodity que não é adequado para o trabalho. No entanto, é um dos elementos mais importantes nos ambientes de alto desempenho de hoje, especialmente em aplicações aeroespaciais em que você trabalha com materiais avançados, explica West.

“Os suportes de trava lateral ainda são proeminentes no setor, mas estão realmente prestando um desserviço ao investimento em ferramentas de corte de metal duro que as empresas estão comprando agora”, diz West. “O porta-ferramentas precisa combinar com o tipo de máquina de alto desempenho que está sendo usada hoje.”

Pare o movimento da ferramenta, evite sucata extra, salve sua vida útil da ferramenta

Considere a retirada da ferramenta. A usinagem de titânio e outras superligas resistentes ao calor geram altas forças de corte não apenas na direção axial e radial, mas também na direção axial, o que pode resultar em arrancamento da ferramenta. É ainda mais importante usar o tipo certo de porta-ferramentas para evitar falhas de ferramentas e refugos de peças. Pode não ser muito – talvez apenas alguns milésimos de polegada de cada vez, mas as chances são boas de que seja suficiente para descartar algumas peças muito caras. Retifique todas as ranhuras e planos que você deseja na haste da ferramenta, ela ainda se moverá, provavelmente quando você menos esperar.

A melhor solução é um porta-ferramentas projetado especificamente para eliminar o arrancamento. Muitos fornecedores licenciam a tecnologia Safe-Lock patenteada da Haimer. Todos vão bater as calças em um suporte tradicional de trava lateral, melhorando as características de excentricidade. Aqui está uma pequena amostra de algumas das soluções disponíveis:

• O suporte de fresa hidráulica CoroChuck 930 da Sandvik Coromant usa um mecanismo de dois pontos estilo “fulcro” para evitar movimento.
• O mandril hidráulico HydroForce™ da Kennametal para fresamento pesado reivindica excentricidade e precisão excepcionais, e uma luva SAFE-LOCK opcional ajuda a evitar a remoção em materiais difíceis de usinar (como os usados ​​nas indústrias aeroespacial e de energia).
• A Mega Perfect da Big Kaiser aceita fresas de topo plano Weldon, mas diz-se que elimina o deslizamento e o arrancamento.

Quer aproveitar ao máximo seus esforços de metalurgia? Leia “Como maximizar a produtividade da máquina com porta-ferramentas.”

Controle os harmônicos, a vibração e o fuso

Você está girando ferramentas mais rápido do que nunca, e a excentricidade com a qual você convive há anos vai rapidamente superar até mesmo a melhor fresa. Como se a vida útil da ferramenta não fosse ruim o suficiente, a rotação mais alta gera os harmônicos que levam à vibração, possivelmente seguida por danos no fuso devido a uma situação de desequilíbrio.

Você tem várias opções para gerenciar essas velocidades mais altas, vibração de alimentação e problemas de harmônicos, incluindo:porta-ferramentas com ajuste retrátil, mandris hidráulicos e mandris de fresamento mecânico . Você deve testar cada um por si mesmo, documentando os resultados e tomando sua decisão com base no desempenho de suas máquinas, não no preço.

Suporte de ferramenta ajustável

Você precisará de uma máquina de encolhimento e gastará um ou dois minutos extras aquecendo e resfriando o suporte a cada troca de ferramenta, mas muitas oficinas juram pela extrema precisão e equilíbrio inerente do porta-ferramentas de encolhimento. Haimer diz que são menos de 40 segundos no total.

Porta-ferramentas e mandris hidráulicos

Os mandris hidráulicos são precisos, simples de usar e oferecem recursos robustos de fixação de ferramentas. O HydroForce™ da Kennametal é usado para fresamento pesado, por exemplo, que exige três vezes a força de fixação dos sistemas convencionais de mandril hidráulico e não precisa de nada mais do que uma chave Allen para operar. Os mandris HydroForce têm uma capacidade de amortecimento que melhora a vida útil da ferramenta, especialmente ao usinar titânio e outras ligas de alta temperatura.

Mandris de Fresamento Mecânico

Schunk, Iscar, Guhring e outros comercializam mandris de fresamento mecânico classificados para 20.000 rpm e excentricidade de 0,0002 polegada ou melhor (assim como Sandvik Coromant, Big Kaiser e outros). Novamente, a operação é simples, com rigidez e forças de fixação muito maiores do que o Weldon flat de 100 anos.

Falando em suporte de ferramentas herdado, esperamos que sua nova máquina venha com um HSK, Capto, KM4X ou um fuso comparável. Os flanges CAT e BT são perfeitos para trabalhos menos exigentes, mas arar materiais HRSA ou revestir uma cavidade de matriz em altas velocidades do fuso exige uma interface de fuso moderna.

Com essas taxas de máquina, você precisa de equilíbrio de ferramentas

A maioria dos especialistas em ferramentas diz que os conjuntos de porta-ferramentas balanceados são obrigatórios para velocidades de fuso de 20.000 rpm ou mais, enquanto outros sugerem que a barra é mais baixa.

“Quando você está operando máquinas-ferramentas tão rápido, geralmente acima de 12.000 rpms, é recomendável sempre equilibrar o sistema completo (ou seja, porta-ferramentas com a ferramenta de corte)”, diz West. “Isso apenas aumenta a vida útil da ferramenta e diminui o desgaste do fuso… É um pouco mais difícil com um mandril de pinça ou adaptador de fresa de topo manter o equilíbrio devido ao seu design e hardware necessário, mas normalmente os mandris hidráulicos e os adaptadores de ajuste por contração são muito mais fáceis de equilibrar para aplicações de alta velocidade.”

A 6.000 rpms você não notará tanto o desequilíbrio, observa West, mas com as velocidades mais altas, o equilíbrio da ferramenta é crucial – e algo que pode ser mal interpretado quando se fala em porta-ferramentas.

Para ajudar, é necessária uma máquina de balancear especial, assim como um esforço adicional durante o processo de pré-ajuste da ferramenta. Certifique-se de que está predefinindo. Os porta-ferramentas pré-balanceados não serão suficientes, pois todo o conjunto, incluindo a ferramenta de corte e o botão de retenção (para máquinas CAT e BT), deve ser balanceado como uma peça. Seguir essas recomendações e incluir a manutenção de rotina para prolongar a vida útil da ferramenta reduz o tempo de inatividade e ajuda você a fazer peças melhores.

“Você pode mostrar melhorias no desempenho da peça com os porta-ferramentas certos”, diz West. “É algo que é fácil de ignorar, mas faz uma enorme diferença.”

Você notou a diferença que um porta-ferramentas pode fazer em um centro de usinagem de alto desempenho? Compartilhe sua experiência.