Estratégias de ferramentas e usinagem para peças automotivas

À medida que o boom de veículos elétricos acelera, novos materiais estão sendo usados ​​para fabricar componentes de veículos, apresentando um desafio de usinagem para fornecedores automotivos. Veja por que as ferramentas de corte de diamante policristalino estão se tornando rapidamente as melhores amigas de uma montadora.

Desde que existem carros, as montadoras usam alumínio para construí-los. De fato, o pioneiro automotivo Carl Benz introduziu as primeiras peças de motor de alumínio em 1901, seguidas pelo uso de chassis e componentes de carroceria de alumínio pela Bugatti em 1908 e o motor superalimentado da Alfa Romeo em 1934, também de alumínio.

Desde então, o alumínio e suas muitas ligas continuaram a crescer em popularidade, sendo um dos exemplos mais recentes e notáveis ​​a introdução de uma picape F-150 em alumínio em 2015 pela Ford Motor Co. um salto maciço à frente, no entanto, dado o plano da General Motors de oferecer 30 novos modelos de veículos elétricos (EV) até 2025, seguido pela eliminação total dos motores de combustão interna (IC) 10 anos depois disso. Outras montadoras certamente seguirão o caminho inovador da GM.

O que a eletrificação do veículo tem a ver com o alumínio? Bastante. Onde esse metal forte e leve já era o queridinho da indústria automotiva por seu papel útil no cumprimento dos rigorosos padrões de eficiência de combustível, uma pesquisa recente da empresa de pesquisa DuckerFrontier sugere que o alumínio médio usado em veículos elétricos e não elétricos na América do Norte é esperado aumentar 24% até 2030. 



Parte desse consumo será devido às rodas, corpos de bombas, cabeçotes e caixas de transmissão já em uso, mas será gradualmente expandido para incluir bandejas de bateria e componentes de motores elétricos, como estatores e carcaças. Porém, há apenas um problema:onde a maioria das ligas de alumínio forjadas e forjadas são relativamente fáceis de usinar, os materiais fundidos usados ​​em algumas dessas peças podem ser muito abrasivos, levando a uma vida útil ruim da ferramenta e maior tempo de inatividade. À luz dos volumes de produção notoriamente altos do setor, isso parece representar uma séria preocupação para as montadoras e seus fornecedores de nível.

Enfrentando questões difíceis

Felizmente, existe um material de ferramenta de corte à altura da tarefa. Chama-se diamante policristalino (PCD) e, como destaca Gerald Fitch, especialista em aplicações automotivas da Kyocera Precision Tools, há uma ampla variedade de brocas e fresas de topo de PCD brasadas disponíveis, bem como fresas intercambiáveis ​​e soluções personalizadas, que servem para reduzir custos e aumentar a produtividade de qualquer oficina que usina alumínio rotineiramente.

“Para uma montadora, o custo por aresta é tudo, e mesmo que uma ferramenta de PCD possa custar 10 vezes o equivalente em metal duro, o tempo de ciclo mais curto e a vida útil da ferramenta muito maior que ela oferece mais do que compensa a diferença de preço”, diz ele.

A Fitch aponta as fresas MFAH e MEAS da empresa como duas soluções possíveis. Ambos fornecem forças de corte baixas que minimizam rebarbas e lascamento da peça enquanto geram um acabamento de alta qualidade, os quais são críticos na usinagem de alumínio de alto volume. Ferramentas indexáveis ​​como essas também são adequadas para fresar os topos dos blocos do motor onde estão presentes camisas de cilindro de ferro fundido ou metal em pó, uma ocorrência comum, mas desafiadora no mercado automotivo.

Aborrecimento profundo

Rick With vê muitos dos mesmos desafios. O gerente de produto e supervisor de engenharia da divisão PCD/PCBN da Guhring Inc., ele ressalta que as tolerâncias de peças automotivas e acabamentos de superfície são muitas vezes bastante rigorosos e, no caso de furos de estator de motores elétricos, longas relações comprimento-diâmetro podem também ser esperado.

“Um exemplo seria o furo do estator em um motor elétrico, que normalmente pode medir bem mais de 200 milímetros de diâmetro (7,87 polegadas) e talvez 1 a 1,5 vezes em profundidade”, diz With. “A abordagem de usinagem é bastante semelhante à de uma caixa de transmissão convencional, que pode realmente exigir um alcance significativamente maior. Isso requer um processo de usinagem de três etapas com operações de mandrilamento de desbaste, semi-acabamento e acabamento. A diferença aqui é o material do corpo da ferramenta e o sistema de ajuste.”

A solução de Guhring para esta peça em particular foi um cortador personalizado cujo corpo é, um tanto ironicamente, feito de alumínio. A ferramenta de mandrilamento possui uma interface de fuso HSK e é equipada com seis ou mais pastilhas de PCD, cada uma montada em um cartucho ajustável para controle de tamanho. “Como é comum com muitas ferramentas de corte automotivas, este foi um especial completo, onde você pode usinar vários diâmetros e recursos de peças com uma ferramenta”, diz With.

Alimentação mais rápida com PCD

Chad Hefflinger é gerente de produto PCD/PCBN da Kennametal Inc. Ele explica que, embora as montadoras usem ferramentas PCD por décadas para melhorar suas operações de usinagem de alumínio, seus fornecedores Tier ficaram para trás por muito tempo. Isso tudo mudou nos últimos anos, dada a ampla disponibilidade de máquinas CNC de custo relativamente baixo que possuem as maiores velocidades de fuso e taxas de alimentação necessárias para PCD, trazendo sua maior produtividade ao alcance até mesmo das menores oficinas.

Outra coisa que mudou é o desenvolvimento do chamado ferramental PCD “veado”. “O PCD na maioria das ferramentas de corte é produzido a partir de um disco plano que é cortado e soldado em um substrato de metal duro”, diz Hefflinger. “A desvantagem aqui é que você não pode fazer uma forma curva como com ferramentas de corte de metal duro. Com ferramentas com veios, no entanto, o PCD é sinterizado em ranhuras curvas dentro de um bloco de metal duro preparado, permitindo que ele seja usado em brocas helicoidais e fresas de topo.”

Hefflinger também sugere que o alumínio não é o único jogo na cidade automotiva. Um número crescente de fabricantes está recorrendo ao plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) e outros compostos para painéis de carroceria, componentes de estrutura, pára-choques e, no caso de veículos elétricos, bandejas de bateria. Aqui, novamente, o ferramental PCD é a primeira e às vezes a única escolha para usinar esses materiais aeroespaciais.

“O CFRP não é apenas bastante abrasivo, mas também propenso a lascamento e delaminação”, diz ele. “Isso é parte do motivo pelo qual as ferramentas de PCD com veios são frequentemente preferidas para esses materiais, principalmente na indústria aeroespacial, mas também na indústria automotiva até certo ponto. Você obtém a extrema resistência ao desgaste do PCD junto com opções de geometria mais flexíveis, o que ajuda a eliminar alguns dos problemas encontrados na usinagem de compósitos, bem como algumas ligas de alumínio.”



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Usando as melhores estratégias de ferramentaria e usinagem para peças automotivas

À medida que o boom de veículos elétricos (VE) acelera, novos materiais estão sendo usados ​​para fabricar componentes de veículos, apresentando um desafio de usinagem para fornecedores automotivos. Felizmente, existe um material de ferramenta de corte à altura da tarefa:diamante policristalino ou PCD. Que medidas você está tomando para acelerar seus recursos de produção de EV? Participe da nossa enquete para compartilhar suas ideias sobre este tópico.

Como você está conseguindo usinar ligas de alumínio?