Reduza o tempo de produção com HPC e HSM:uma solução de corte completa

Resumo:

• O corte de alto desempenho (HPC) maximiza as taxas de remoção de metal para reduzir os tempos de ciclo, enquanto a usinagem de alta velocidade (HSM) depende de cortes rápidos em altas velocidades. Ambos exigem ferramentas, controles e máquinas estáveis o suficiente para suportar seu uso.
• HPC requer máquinas que possam evacuar cavacos rapidamente, geralmente centros de usinagem horizontais, máquinas de cinco eixos ou máquinas invertidas. Controles adaptativos e simulações também ajudam os usuários a evitar picos de força ou outros problemas que possam danificar a ferramenta de corte, o fuso ou a peça. As oficinas também devem usar geometrias modernas de ferramentas de corte desenvolvidas para oferecer estabilidade e maximizar a vida útil e o desempenho da ferramenta.
• O HSM se beneficia de altas velocidades do fuso, mas realmente requer alta aceleração do fuso. A maioria dos pacotes CAM modernos inclui funções que permitem aos usuários aplicar rapidamente técnicas HSM a recursos de peças. As ferramentas de corte para essas técnicas avançadas devem usar revestimentos modernos para resistir melhor ao calor gerado por esses caminhos de ferramenta.

O corte de alto desempenho (HPC) e a usinagem de alta velocidade (HSM) podem não ter padrões formais, mas, na prática, esses tipos de ferramentas e caminhos de ferramentas trazem melhorias significativas nos tempos de ciclo e na lucratividade. Os métodos abordam diferentes variáveis, com HPC se referindo a ferramentas e caminhos de ferramentas que utilizam cortes pesados ​​e agressivos para aumentar a taxa de remoção de material, enquanto HSM se refere a ferramentas e caminhos de ferramentas que realizam movimentos rápidos e leves para manter taxas de avanço médias altas e reduzir o tempo sem corte.

A Sandvik Coromant fabrica ferramentas para ambas as extremidades dessa dicotomia de alto desempenho, e o especialista em soluções de produção em massa da Sandvik, Chris Monroe, tem experiência em como as oficinas podem usar essas ferramentas para obter o melhor efeito. Em última análise, tudo se resume a usar o controle e o sistema CAM corretos; aproveitando ao máximo revestimentos e geometrias modernas; e máquinas de separação com rigidez, velocidade de fuso e folga de cavacos corretas para sua aplicação.

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Embora geralmente as ferramentas HSM deixem um acabamento superficial mais suave do que as ferramentas HPC focadas em desbaste, Monroe diz que não é uma divisão estrita. Ferramentas como as fresas de topo Plura HD da Sandvik são qualificadas como ferramentas HPC no sistema de classificação do OEM, mas ainda deixam um acabamento superficial respeitável. Imagens cortesia da Sandvik Coromant.

HPC versus HSM

O maior benefício dos caminhos de ferramentas de HPC, diz Monroe, é que eles incentivam o envolvimento contínuo com a peça. Embora isso exija rigidez e fixação muito melhores na máquina, especialmente quando os programadores realizam cortes mais pesados ​​que exercem mais torque na configuração, isso pode aumentar drasticamente as taxas de remoção de metal.

Os caminhos da ferramenta HSM, diz ele, mostram seus pontos fortes através da melhoria da qualidade do movimento e da espessura constante dos cavacos. Eles mantêm o engate radial pequeno enquanto a fresa se move continuamente, reduzindo as forças de corte e melhorando a consistência da vida útil da ferramenta. Com esta vida útil da ferramenta, Monroe diz que os caminhos da ferramenta HSM são adequados para usinagem sem luz. Esses caminhos de ferramenta são bem dimensionados com RPMs mais altas, mas exigem principalmente aceleração suficiente da máquina e suporte para uma antecipação significativa no controle.

CAM e controle

Monroe diz que o CNC é um pré-requisito para caminhos de ferramentas HPC e HSM modernos, já que a operação manual não pode aproveitar os recursos das ferramentas HPC e HSM. Um controle com grande antecipação é necessário para rastrear os movimentos rápidos do HSM e controlar a aceleração para que os movimentos sejam suaves e livres de degraus ou solavancos. Enquanto isso, os controles adaptativos são adequados para caminhos de ferramentas de HPC, pois permitem ajustes de velocidade e avanço em tempo real para evitar problemas com força repentina ou picos de calor.

O CNC também permite o uso de CAM e software de simulação, o que atenua muitas das dificuldades na configuração de caminhos de ferramentas avançados. Monroe aponta que os ciclos fixos no software CAM são capazes de agilizar a programação de recursos difíceis, como cantos apertados, que exigem um gerenciamento cuidadoso da velocidade para evitar que a ferramenta bata contra a peça. Ele também diz que o software CAM pode permitir caminhos de ferramentas adaptáveis ​​em peças forjadas ou fundidas, ajustando-se ligeiramente quando as peças para o mesmo trabalho apresentam pequenas flutuações dimensionais antes da usinagem. Os recursos de simulação ajudam as oficinas a controlar os cavacos e monitorar a carga, garantindo que possam atingir os limites superiores de produtividade de suas ferramentas sem obstruir a zona de trabalho ou danificar o fuso.

A Monroe não recomenda um CAM ou marca de controle em detrimento de outro, apenas que as lojas usem versões atualizadas como parte de seu fluxo de trabalho de HPC ou HSM. Mesmo quando diferentes tipos de software contêm recursos diferentes, todos eles reduzem o tempo que uma oficina ficará sem ar. Ao manter o torque e o uso de energia consistentes, eles reduzem a instabilidade térmica, melhoram a vida útil da ferramenta e, em última análise, aumentam a produtividade.



O monitoramento de carga é vital ao trabalhar com caminhos de ferramentas de HPC, pois podem ocorrer picos de força ao pressionar as ferramentas com muita força.

Geometria eficiente da ferramenta

Os avanços na geometria das ferramentas de corte permitiram ferramentas mais resilientes para operações de HPC, com Monroe capaz de apontar vários exemplos na linha da Sandvik. A empresa criou ferramentas com núcleos cônicos, que incluem um cone em direção à base da ferramenta. Monroe afirma que esses cones melhoram a rigidez e reduzem as vibrações, prolongando a vida útil da ferramenta e se mostrando úteis para fresamento lateral com alto avanço e usinagem de bolsões profundos. A OEM de ferramentas também começou a lançar ferramentas com hélices desiguais, tanto simétricas quanto assimétricas. O último limita a ressonância no corte usando hélices de diferentes ângulos de inclinação, enquanto o primeiro simplesmente emparelha suas hélices de modo que nenhuma hélice adjacente use o mesmo ângulo de inclinação. Em ambos os casos, as oficinas experimentam uma melhor estabilidade da ferramenta, o que lhes permite trabalhar em avanços e velocidades mais agressivos para concluir os trabalhos mais rapidamente.

Monroe compartilhou o exemplo de um cliente comparando suas ferramentas padrão para desbaste e acabamento da superfície de uma caixa de rolamento de aço 1030 com as ferramentas WhisperKut de hélice desigual da Sandvik. Com a ferramenta mais antiga, a oficina podia usinar quatro peças com avanço de mesa de 214 mm/min. Com a ferramenta mais recente da Sandvik, a oficina poderia produzir 40 peças com uma ferramenta a uma velocidade de mesa de 835 mm/min. Além desse aumento significativo na vida útil da ferramenta, as ferramentas da Sandvik também eliminaram uma etapa adicional de acabamento superficial manual pós-processamento para corrigir pontos fora das tolerâncias.

Revestimentos resistentes ao calor

As ferramentas HSM, por sua vez, se beneficiaram dos avanços na tecnologia de revestimento que podem resistir ao maior calor no corte à medida que a velocidade da ferramenta aumenta. No caso da Sandvik, essas melhorias não se concentram tanto em novas formulações de revestimentos, mas em novas maneiras de aplicar e aplicar revestimentos comprovados para melhor desempenho. Monroe diz que o OEM desenvolveu recentemente vários processos de revestimento PVD que ajudam os revestimentos a aderirem aos seus substratos e geram estruturas cristalinas nos revestimentos para resistir melhor ao desgaste e à descamação.

Para um cliente, o revestimento de uma ferramenta Sandvik DURA era resistente ao calor o suficiente para que a oficina pudesse usá-lo em um trabalho de aço inoxidável 304 a uma velocidade de mesa de 43,45 ipm em comparação com os 25,12 ipm de um concorrente. Mesmo com um avanço por dente um pouco menor, a ferramenta Sandvik produziu 50 peças em 7,4 horas antes de precisar ser substituída, enquanto a ferramenta do concorrente produziu 20 peças em 5,1 horas antes de precisar ser substituída. A Sandvik calculou um aumento de produtividade de 73% para o cliente, com uma redução de 42% no tempo de ciclo e uma redução de custos de 48%.



Uma das maiores vantagens das ferramentas avançadas é o envolvimento constante e controlado, diz Monroe. Ao permanecerem no corte, as fábricas gastam mais tempo produzindo chips, resultando em tempos de ciclo mais baixos e maior produtividade.

Ferramentas avançadas requerem máquinas-ferramentas avançadas

Monroe diz que máquinas verticais e horizontais de três e quatro eixos são boas opções para caminhos de ferramentas HSM, mas alerta que o HPC tem melhor desempenho com máquinas horizontais devido às necessidades de evacuação de cavacos. Mesmo assim, ele recomenda garantir que a máquina tenha sistemas de refrigeração e ar de alta pressão prontos para ajudar com os cavacos. As máquinas de cinco eixos são geralmente compatíveis com caminhos de ferramentas HPC e HSM, embora Monroe diga para prestar atenção à taxa de aceleração do eixo rotativo, pois isso pode ser um fator limitante se as oficinas não conseguirem reorientar a peça com rapidez suficiente para acompanhar a taxa de avanço. A gravidade também auxilia no escoamento de cavacos em máquinas de cinco eixos, ajudando as oficinas a executar taxas de avanço mais agressivas, pois os cavacos podem ser liberados dos bolsões. Este mesmo princípio se aplica a fresas e tornos invertidos, que, segundo Monroe, normalmente têm estabilidade para lidar com caminhos de ferramentas HPC e HSM.

O lançamento de máquinas com fusos de alta RPM (40.000 RPM) e construções suficientemente estáveis para usar todos os canais das ferramentas sob carga sustentada sem vibração tornam os caminhos das ferramentas HPC e HSM mais viáveis, diz Monroe, com maior vida útil da ferramenta mesmo em velocidades e avanços agressivos. Muitas máquinas modernas oferecem velocidades de fuso 20 a 40% mais altas do que as normalmente disponíveis há cinco anos, diz Monroe, com taxas de remoção de material 100 a 300% mais altas. Juntamente com geometrias e revestimentos de ferramentas modernos, eles permitem o uso de caminhos de ferramentas que apresentam melhorias drásticas nos tempos de ciclo, ao mesmo tempo em que ampliam o tempo entre as trocas de ferramentas.