Usinagem de HRSAs:saber quando o metal duro não é suficiente

Superligas resistentes ao calor (HRSAs), como o Inconel 718, são projetadas para manter a resistência e a estabilidade sob calor extremo e estresse mecânico. Esses materiais são comumente usados ​​nas indústrias aeroespacial, médica, de geração de energia e de petróleo e gás, nas quais são encontradas temperaturas extremas e/ou a resistência à pressão, ao desgaste e a ambientes cáusticos é crítica. No entanto, as mesmas características que tornam os HRSAs valiosos também os tornam extremamente difíceis de usinar.

Por muitos anos, as ferramentas de metal duro têm sido a solução padrão para usinar esses materiais. O metal duro continua sendo uma opção eficaz e amplamente utilizada porque é econômico, versátil e compatível com a maioria das máquinas-ferramentas. No entanto, quando a redução do tempo de ciclo se torna uma prioridade, os materiais de corte avançados, como a cerâmica e o nitreto cúbico de boro (CBN), oferecem vantagens significativas.

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Ao combinar estrategicamente metal duro, cerâmica e CBN, os fabricantes podem aumentar drasticamente as velocidades de corte, reduzir os ciclos de usinagem e manter a integridade superficial necessária para componentes críticos.

Carbide:uma opção versátil e econômica

As pastilhas de metal duro continuam sendo uma escolha confiável para usinagem de ligas de alta temperatura. Sua tenacidade lhes permite lidar com cortes interrompidos e condições instáveis ​​melhor do que muitos materiais de corte avançados. As ferramentas de metal duro também costumam ser mais baratas que as pastilhas de cerâmica ou CBN, tornando-as atraentes para oficinas que precisam gerenciar cuidadosamente os custos de ferramentas.

No entanto, o metal duro tem limitações na usinagem de HRSAs. Como materiais como o Inconel 718 geram calor significativo e endurecem facilmente durante a usinagem, as pastilhas de metal duro devem operar em velocidades de corte relativamente conservadoras para manter a vida útil da ferramenta. Isto geralmente resulta em ciclos de usinagem mais longos durante operações de desbaste.

Apesar desta limitação, o metal duro continua a desempenhar um papel importante nas estratégias de usinagem HRSA. Na verdade, para algumas aplicações, ferramentas de metal duro são usadas para o passe de acabamento final quando são necessários acabamento superficial de alta precisão e qualidade.

Ferramentas de cerâmica para desbaste em alta velocidade

As ferramentas de corte de cerâmica podem melhorar significativamente a produtividade no desbaste de HRSAs. Ao contrário do metal duro, a cerâmica é capaz de operar em velocidades de corte extremamente altas, mantendo a estabilidade em temperaturas elevadas.

Em vez de evitar o calor, as ferramentas de cerâmica têm melhor desempenho quando o calor está concentrado no cavaco e não na aresta de corte. Isso permite que as pastilhas de cerâmica operem várias vezes mais rápido que as de metal duro, mantendo um desempenho consistente.

As cerâmicas são particularmente eficazes para operações de desbaste porque podem lidar com profundidades de corte mais profundas em comparação com pastilhas de CBN. Isto permite que grandes quantidades de material sejam removidas rapidamente, reduzindo significativamente os tempos do ciclo de desbaste.

Diversas classes de cerâmica são projetadas especificamente para usinagem de ligas de alta temperatura. Por exemplo, os compósitos cerâmicos avançados BIDEMICS da NTK e as classes de cerâmica SiAlON SX7, SX3, SX9 e SX5 são projetados para usinagem em alta velocidade de superligas à base de níquel.

Dentro desta faixa, o SX9 oferece maior tenacidade e é frequentemente usado para desbaste e cortes mais pesados, enquanto o SX7 e o SX3 suportam torneamento em alta velocidade e aplicações de semiacabamento onde condições de corte estáveis facilitam velocidades mais altas. Essas classes de cerâmica permitem que os maquinistas aumentem drasticamente as velocidades de corte e reduzam o tempo de usinagem durante as operações de desbaste.

No entanto, as ferramentas cerâmicas requerem condições de usinagem estáveis. A rigidez da máquina, a fixação segura e o engate consistente da ferramenta são essenciais. Além disso, algumas máquinas podem não ser capazes de atingir as velocidades do fuso necessárias para utilizar totalmente as ferramentas cerâmicas.

CBN para acabamento em alta velocidade

As pastilhas de CBN são comumente usadas para operações de acabamento em ligas de alta temperatura nas quais o acabamento superficial e a precisão dimensional são críticos. O CBN é um dos materiais de corte mais duros disponíveis e oferece excelente resistência ao desgaste em temperaturas elevadas. No acabamento de materiais como o Inconel 718, as pastilhas de CBN podem operar em velocidades de corte semelhantes às ferramentas de cerâmica, mas com profundidades de corte mais leves, normalmente na faixa de 0,1 a 0,5 mm. Esta combinação permite acabamento em alta velocidade, mantendo excelente qualidade de superfície.

Por exemplo, a classe BX815 CBN da Tungaloy é adequada para operações de acabamento em Inconel 718. A classe foi projetada para usinagem em alta velocidade de superligas e oferece resistência substancial ao desgaste e estabilidade de acabamento superficial durante passes de acabamento.

Em ambientes de produção, isso permite que os fabricantes concluam as operações de acabamento mais rapidamente do que com metal duro, ao mesmo tempo em que alcançam melhor qualidade superficial.

Estratégias de usinagem híbrida

Mas em vez de depender de um único material de ferramenta de corte, muitos fabricantes combinam múltiplas soluções de ferramentas para otimizar a produtividade e a qualidade da superfície.

Uma estratégia típica de usinagem para HRSAs pode incluir:

1. Desbaste com ferramentas cerâmicas. Classes de cerâmica como BIDEMICS, SiAlon ou soluções semelhantes permitem a remoção agressiva de material em altas velocidades de corte.
2. Semiacabamento com cerâmica ou metal duro PVD resistente ao calor. Em situações em que as máquinas não conseguem atingir velocidades ideais de cerâmica, classes avançadas de metal duro PVD, como AH8005 e AH8015, podem fornecer uma alternativa durável para operações de semiacabamento.
3. Finalizando com CBN. Classes de CBN como BX815 permitem acabamento em alta velocidade com acabamento superficial de qualidade e controle dimensional.
4. Passagem de limpeza final com metal duro (quando necessário). Em algumas aplicações, um passe de acabamento leve de metal duro pode ser usado quando alta precisão, acabamento superficial de qualidade e características da peça exigem geometrias especiais.

Considerações sobre programação

Ao fazer a transição de ferramentas de metal duro para cerâmica ou CBN, as estratégias de programação também podem precisar de ajustes. As ferramentas de cerâmica têm melhor desempenho com engate consistente da ferramenta e condições de corte estáveis. Os caminhos da ferramenta devem minimizar as interrupções, manter o engate estável e permitir uma entrada suave no corte. Mudanças repentinas de carga ou interrupções intensas podem levar à falha prematura da ferramenta. Como as ferramentas de cerâmica operam em velocidades de corte significativamente mais altas que as de metal duro, os avanços e as velocidades devem ser ajustados cuidadosamente para manter condições de corte estáveis.

As operações de acabamento CBN também se beneficiam do engate estável e das profundidades de corte controladas para maximizar o acabamento superficial e a precisão dimensional.

A capacidade da máquina é outro fator importante. Alguns equipamentos podem não ser capazes de atingir as velocidades de fuso necessárias para que a cerâmica ou o CBN atinjam o desempenho ideal. Nessas situações, as ferramentas de metal duro continuam sendo uma solução prática e eficaz.

Caso em questão:curva Inconel 718

Considere uma operação de torneamento em Inconel 718 em que uma quantidade significativa de material deve ser removida antes da passada de acabamento final. Um processo típico pode envolver:

• Desbaste de cerâmica usando uma classe como SX3 ou BIDEMICS para remover a maior parte do material em altas velocidades de corte.
• Semiacabamento com uma classe de metal duro resistente ao calor, como AH8005 ou AH8015, se as limitações de velocidade da máquina impedirem a usinagem contínua da cerâmica.
• Acabamento em alta velocidade com uma pastilha de CBN como a BX815 para obter tolerâncias estreitas e excelente acabamento superficial.

Em comparação com um processo somente de metal duro, esta abordagem multiferramenta pode reduzir significativamente o tempo total do ciclo, mantendo a alta qualidade da peça.

Melhorando a produtividade na usinagem HRSA

Os materiais HRSA continuarão a desafiar os maquinistas devido à sua resistência, resistência ao calor e tendência ao endurecimento por trabalho. No entanto, os avanços nos materiais das ferramentas de corte agora permitem que os fabricantes melhorem drasticamente a eficiência da usinagem.

O metal duro continua sendo uma solução confiável e econômica para muitas aplicações. Mas quando a produtividade se torna crítica, as ferramentas de cerâmica e CBN oferecem a capacidade de aumentar significativamente as velocidades de corte e reduzir o tempo de usinagem. Ao combinar desbaste cerâmico, acabamento CBN e passes de limpeza de metal duro, quando necessário, os fabricantes podem desenvolver estratégias de usinagem altamente eficientes para materiais como o Inconel 718.