Um torno-moinho tem que girar?

LeanWerks desenvolveu um processo que combina ferramenta de corte, fixação e tecnologias de apalpação de peças para permitir que seu torno-fresador usine cinco lados dessa peça de microfusão em uma configuração. Créditos da foto:LeanWerks

Alguns anos atrás, as condições de negócios do campo petrolífero em declínio estimularam a LeanWerks de Ogden, Utah, a buscar trabalho em outros setores (incluindo aeroespacial e automação de alta velocidade) para estabelecer uma base de clientes mais equilibrada e um fluxo de trabalho mais estável. A oficina contratada, agora registrada no padrão aeroespacial AS9100C, também começou a adaptar parte de sua capacidade de usinagem existente para se adequar melhor aos trabalhos de usinagem que encontraria nessas novas indústrias.

Reid Leland, presidente e cofundador da empresa, aponta para um exemplo:uma fundição de alumínio para a carcaça do filtro de combustível de um motor a jato. Quando a LeanWerks foi apresentada a este trabalho, seu cliente de fundição aeroespacial estava quase um ano atrasado no cronograma de entrega porque seu processo de usinagem interno, portanto, a taxa de produção, era lento. Como resultado, seu cliente - o OEM do motor a jato no qual esta carcaça está instalada - estava perdendo a paciência, e o atraso causado pelos atrasos neste trabalho estava decepcionando outros clientes. Portanto, em um esforço para aliviar alguma carga em seus recursos internos de usinagem, a fundição entrou em contato com a LeanWerks para considerar a usinagem desses fundidos.

Embora muitos engenheiros especifiquem fundições de investimento para seus projetos de peças porque oferecem complexidade de forma com boa precisão dimensional em relação a outros processos de fundição, esses componentes ainda exigem usinagem para obter ajuste e função precisos em montagens de alto desempenho. No entanto, a variabilidade desses tipos de peças fundidas e seus requisitos de fixação complicados associados fazem com que algumas oficinas evitem esse tipo de trabalho de usinagem.

Por exemplo, a carcaça do filtro de combustível requer várias operações de usinagem, incluindo fresamento de furos profundos, mandrilamento, faceamento, furação, rosqueamento, canal de diâmetro interno e contorno 3D. Originalmente, a LeanWerks pensou que poderia completar o trabalho usando várias configurações em uma fresadora de três eixos e uma configuração em um centro de torneamento. Em última análise, decidiu que essa não era a melhor estratégia, porque as tolerâncias de posição apertadas da peça com esquema de dados complicado não seriam atingíveis devido às várias configurações.

Em vez disso, a LeanWerks considerou como poderia aproveitar a capacidade de fresamento de seu torno-fresamento Mazak Integrex i200S para minimizar o número de vezes que a peça é tocada durante a usinagem. A oficina usou essa máquina principalmente para produzir insertos de válvula macho cônico para operações de bombeamento de alta pressão na indústria de petróleo e gás, como as necessárias para fraturamento hidráulico e aplicações de flexitubo. O Integrex era adequado para a peça de inserção de válvula porque podia girar o diâmetro externo cônico da peça e fresar seus orifícios de fluxo de eixo transversal interno. A máquina também pode fresar o O-ring associado ao furo, o que exigia uma operação de contorno de cinco eixos devido à superfície cônica do furo.

Dito isso, usinar a parte do alojamento do filtro de combustível no torno-fresador, um trabalho que não exigia torneamento, apresentou uma variedade de desafios. Por exemplo, o alumínio fundido para aeronaves A356.0 tem um alto teor de sílica e pode ser difícil para ferramentas de corte. Além disso, a geometria da peça tem vários recursos em vários ângulos em todas as faces (incluindo um encaixe crítico dentro da parte inferior da fundição de 13 polegadas de profundidade) e as áreas de paredes finas criam problemas de vibração durante a usinagem. Além disso, a peça com estrutura de referência complexa requer tolerâncias rígidas, incluindo tolerância de posição real de 0,25 mm em alguns recursos amplamente separados e tolerâncias de tamanho de ±0,01 mm e tolerâncias de posição real de 0,05 mm para outros recursos menos separados.

Como resultado, a LeanWerks basicamente deu três passos para permitir que seu torno-fresador usinasse efetivamente cinco faces da microfusão em uma configuração. O primeiro passo foi projetar um acessório para segurar a peça fundida para permitir a usinagem em cinco lados da peça. Um componente-chave deste projeto de fixação é um berço que se encaixa no corpo principal da fundição enquanto oferece acesso a recursos entre e ao lado das pernas do berço. Para prender a fundição ao berço, um mecanismo de corrente e polia foi instalado entre as pernas do berço para fornecer uma força de fixação uniformemente distribuída.

Como o torno-fresador não oferecia deslocamento suficiente no eixo Y para alcançar todos os recursos, uma corrediça de cauda de andorinha Setco foi incorporada ao acessório para permitir que o suporte e a peça fossem deslizados e refixados em uma posição acessível sem refixar completamente a peça. Para garantir a rigidez, o berço foi montado e fixado a uma placa de base de aço com pinos-guia e soldas. Essa placa de base é montada na sela deslizante em rabo de andorinha e a base deslizante é montada nas garras principais no mandril de três garras existente da máquina.

Devido ao tamanho desta peça, o o deslocamento do eixo Y do torno-fresadora não permite que seu fuso alcance todas as áreas da peça a ser usinada. Para mitigar isso, o dispositivo de fixação desenvolvido pela LeanWerks usa uma corrediça em rabo de andorinha para permitir que a peça fixada seja deslizada e re-fixada em uma posição acessível. As rotinas de apalpação subsequentes determinam a verdadeira posição da peça reposicionada.

Em seguida, a loja integrou um sistema de sondagem por toque. A sondagem de toque foi necessária porque a forma de cada peça fundida varia ligeiramente e o acessório deslizante usado para mitigar o problema de deslocamento do eixo Y altera a localização da peça. O apalpamento permitiu que a nova posição da peça após o deslocamento fosse definida com precisão e que os caminhos da ferramenta subsequentes se ajustassem melhor à localização real da peça.

Na verdade, a oficina percebeu que precisava de uma sonda de comprimento padrão, bem como uma sonda de alcance estendido para acessar recursos localizados profundamente dentro da peça. Como o torno-fresadora apresentava apenas um canal de apalpador, a LeanWerks adaptou a máquina com um receptor de rádio Renishaw RMI-Q e instalou um cartão de controlador lógico programável (PLC) no painel de controle principal da máquina para lidar com um segundo sinal de apalpador. A sonda curta usa uma caneta de 25 mm de comprimento, enquanto a sonda longa usa uma caneta de 50 mm de comprimento montada em uma extensão de 200 mm. Ambos usam um corpo de apalpador Renishaw RMP-60.

As rotinas de apalpação foram programadas usando o software Inspection Plus da Renishaw e o código resultante foi adicionado ao programa da máquina nos locais apropriados. A rotina de apalpação inicial mede pontos na porta inferior dentro do alojamento e a abertura na frente do alojamento para definir o eixo central da peça. Outros recursos que são sondados incluem uma das pequenas portas próximas à face para definir a orientação rotacional da peça e uma parede dentro do flange lateral principal para definir a localização do eixo Z da peça. O módulo de software de compensação de erro de posição de trabalho (WPEC) da Mazak permite que desvios detectados através de cálculos de posição real derivados da rotina de apalpação inicial se movam com a peça através de movimentos de indexação do fuso. Após as rotinas de sondagem inicial, sondagem adicional é realizada para confirmar a localização de recursos relacionados e superfícies pós-usinadas.

Para sondar recursos profundamente dentro da caixa, LeanWerks usa uma caneta de 50 mm de comprimento montada em uma extensão de 200 mm.

Finalmente, as operações de usinagem de grande alcance necessárias para esta peça e o material abrasivo de alumínio levaram a oficina a empregar tecnologia avançada de ferramentas de corte. Para este trabalho, a oficina utiliza o sistema de porta-ferramentas powRgrip Rego-Fix. Uma alternativa ao encaixe por contração, o powRgrip é um sistema mecânico de encaixe por pressão que consiste em um porta-ferramentas, pinça de precisão e unidade de fixação hidráulica de bancada compacta usada para inserir a pinça e a ferramenta no porta-ferramentas. De acordo com Rego-Fix, o sistema é capaz de gerar altas forças de fixação, mantendo uma leitura total do indicador inferior a 0,0001 polegada. A rigidez deste sistema melhora a vida útil da ferramenta e a precisão de corte.

As ferramentas de corte usadas para este trabalho devem ter ângulos de saída positivos altos e ser executadas em velocidades muito altas com profundidades de corte leves. As fresas de topo Garr Alumistar são usadas, bem como uma fresa de faceamento pequena com pastilhas não revestidas, altamente polidas e altamente positivas.

O LeanWerks também predefine ferramentas para este trabalho usando um presetter Speroni STP Magis 400 disponível na Big Kaiser. O presetter não só permite o ajuste externo das ferramentas, mas, mais importante, auxilia na qualificação e resolução de problemas, pois facilita a inspeção da aresta de corte, validação do formato das ferramentas de forma e medição do batimento radial.

Ponto de mudança

O processo que a LeanWerks desenvolveu para usinar este trabalho de fundição de precisão em sua fresadora melhorou a taxa de produção de 10 horas por peça para menos de duas horas por peça. Como resultado, a fábrica continua a considerar outras maneiras de maximizar as capacidades de sua capacidade existente de maneiras semelhantes à medida que busca trabalhar em vários novos setores.