Corte de Alta Velocidade Explicado: Aumentando Eficiência e Precisão na Fabricação

O termo "Corte de Alta Velocidade" (também conhecido como usinagem de alta velocidade) é um que cresceu na indústria de manufatura significativamente nos últimos 5 a 10 anos. Apesar de seu novo status de "buzzword", a definição deste processo permanece um tanto elusiva, ou na melhor das hipóteses é definida vagamente como simplesmente fresar a um RPM suficientemente alto. A realidade do corte de alta velocidade é um pouco mais matizada, mas no entanto exige atenção devido às eficiências significativas que oferece. Neste post, daremos uma olhada na concepção e desenvolvimento do corte de alta velocidade como processo. Pesquisa e desenvolvimento de metodologia de corte de alta velocidade foi avançado mais significativamente no final dos anos 70 e início dos anos 80 por meio do Programa Avançado de Pesquisa de Manufatura, financiado pela DARPA. O objetivo deste programa era identificar um meio de remoção de material mais rápida pelo uso de RPM e taxas de avanço significativamente mais altas do que as tradicionalmente empregadas. Este programa testou velocidades de corte (Vc) que variaram de tão pouco quanto 0,05 pol/min a até 960.000 pol/min e além. Pesquisa similar estava sendo feita na Europa em meados dos anos 1980 na Universidade Técnica de Darmstadt. Os resultados destes esforços de pesquisa foi a realização de que o "ponto ideal" de um processo de corte de alta velocidade varia dependendo do material sendo fresado, bem como da geometria da ferramenta de corte. Em geral, esses pontos ideais são definidos da seguinte forma:

Uma vez que o limiar para a faixa HSM foi atingido, os benefícios deste método de corte começam a se mostrar. As vantagens do corte de alta velocidade são realizadas em quatro áreas principais:

1.) Aumento da precisão de usinagem

À medida que a velocidade de corte aumenta, a força de corte diminui devido a um fenômeno chamado tixotropia — ou a propriedade de um material ser "amolecido pelo trabalho" devido à tensão de cisalhamento impartida pela aresta de corte da ferramenta, e então reverter de volta às propriedades de dureza originais uma vez que o processo de corte é completo. Esta propriedade é particularmente verdadeira para ligas de alumínio, o que torna o alumínio um candidato ideal para processos de corte de alta velocidade.

2.) Melhorias no acabamento superficial

O conhecimento geral de usinagem nos diz que o calor de atrito em um processo de fresamento é gerado igualmente em cada lado da aresta de corte da ferramenta (respondendo por quase 80% de todo calor de atrito induzido) com outros 20% sendo gerados pela deformação ou curvatura do cavaco resultante. Em um processo de corte de alta velocidade, a carga de cavaco é evacuada a uma taxa tão alta que a maioria (aproximadamente 60%) deste calor baseado em atrito não tem tempo suficiente para conduzir para a peça de trabalho circundante ou para a ferramenta em si. Como resultado, o acabamento superficial usinado exibe qualidade superior com uma redução apreciável na degradação da peça de trabalho induzida por temperatura.

3.) Redução da formação de rebarbas

Baseado em estudos focados em melhores práticas de usinagem de alta velocidade, uma diminuição notável na formação de rebarbas é observada uma vez que uma velocidade de corte suficientemente alta foi alcançada. Esta redução na formação de rebarbas é uma função tanto da velocidade de corte em si, mas também do projeto geométrico adequado da aresta de corte. Em resumo, uma ferramenta de corte que foi projetada adequadamente para se adequar ao material de trabalho que é rotacionada a velocidade suficiente efetua um corte que é rápido o suficiente para cisalhar o material completa e limpa — reduzindo ou eliminando a formação de uma rebarba.

4.) Melhoria na Evacuação de Cavacos

Similar à redução na formação de rebarbas, a melhoria na evacuação de cavacos desfrutada por aqueles que empregam práticas de corte de alta velocidade é principalmente resultado da geometria da ferramenta de corte combinada com o estado de alta energia produzido pelo RPM aplicado. Com uma velocidade de corte acima de 500 m/min, e uma ferramenta de corte otimizada para evacuar um grande volume de cavacos em um curto período de tempo, a carga de cavaco resultante pode ser ejetada da área de processamento com alta velocidade, reduzindo grandemente a possibilidade de re-usinagem de cavacos ou dano à peça de trabalho devido a abundância de cavacos residuais. Com velocidades de fuso na faixa de 8.000 a 12.000 RPM se tornando muito comuns no mercado de máquinas-ferramenta, a capacidade de aproveitar as vantagens do corte de alta velocidade em aço, ferro fundido e ligas à base de níquel já está disponível para fabricantes dispostos a adaptar suas estratégias às que se encaixam com as melhores práticas de HSC. Corte de alta velocidade de materiais não ferrosos como latão, alumínio e plásticos de engenharia exige uma capacidade de RPM significativamente maior, e como tal aqueles que desejam aproveitar os benefícios do corte de alta velocidade para estes materiais devem focar em equipamentos de fresamento capazes de operar em velocidades de fuso de alta velocidade de 25.000 a 50.000 RPM ou mais. Com a necessidade de peças usinadas que exibam níveis cada vez maiores de precisão e qualidade, o corte de alta velocidade oferece um meio de trabalhar "de forma mais inteligente, não mais difícil" — aproveitando um sistema de fresamento CNC onde uma sinergia entre material, ferramenta de corte e velocidade de corte permite níveis de desempenho inéditos em práticas de usinagem tradicionais.