Estratégias Inovadoras de Ferramentas para Usinagem Superior de Ferro Fundido

Este material desafiador faz demandas únicas em ferramentas de corte, mas uma combinação de P&D, testes de laboratório e resultados de aplicações do mundo real está levando a soluções efetivas.

Ferro fundido permanece um dos materiais mais difíceis de usinar. Isso é principalmente porque tem inconsistências em sua composição e sua estrutura varia, particularmente na superfície externa. Isso leva a variações significativas em usinabilidade. Cortes interrompidos ou condições de máquina instáveis também podem ter que ser considerados ao usinar ferro fundido. Estes fatores são particularmente desafiadores para as ferramentas de corte, especialmente para ferramentas de desbaste usadas em produção de alto volume, onde vida da ferramenta e confiabilidade do processo têm grande influência nos custos.

Ferro fundido ainda é pesadamente usado, apesar do aumento de uso de ligas de metal leve. A ascensão de ligas de metal leve significa, por exemplo, que blocos de motor em carros pequenos e médios hoje são frequentemente feitos de alumínio. No entanto, em carros maiores com motores maiores de cerca de dois litros ou mais, blocos de motor de alumínio precisariam ser consideravelmente maiores. Neste caso ferro fundido permite paredes mais finas e motor mais compacto. Este é um fator importante particularmente para motores de carros montados transversalmente.

A questão de "ferro fundido ou alumínio" não se aplica a motores diesel ou veículos comerciais. Nesta área, não há competição por causa dos efeitos de amortecimento de vibração do ferro fundido, normalmente na forma de ferro fundido grafite compactado. Sua resistência fica entre a de ferro cinzento e ferro dúctil.

"Usinagem de ferro fundido é uma área de aplicação muito importante para nós", diz Gerd Kussmaul, gerente sênior de produto para torneamento na Walter. É um sentimento compartilhado por outras empresas líderes de ferramentas, especialmente em anos recentes, já que a indústria auto tem pressionado por formas mais eficientes e confiáveis de usinar este material vital mas difícil. "Dentro dela temos vários setores de foco, como indústria automotiva, indústria geral e construção, com componentes como blocos de motor, cubos de roda, bombas, e carcaças de diferencial ou caixa de câmbio", ele adicionou.

O uso de ferro fundido para permitir paredes de motor mais finas foi mencionado anteriormente. Usinar estas paredes mais finas, no entanto, tipicamente induz vibração. Por isso ferramentas que são tanto de corte suave quanto robustas são necessárias. Para atingir essa mistura estas ferramentas precisam ter certas características, a primeira das quais é revestimento de alta performance. Por quê?

"O revestimento deve ter microestrutura otimizada que habilita resistência a desgaste térmico aumentada, e fornece vida máxima da ferramenta e velocidades de corte", ele responde. "Adicionalmente, um tratamento de superfície especial que converte tensões de tração no revestimento em tensões de compressão." Isso é projetado para aumentar a tenacidade do material da ferramenta de corte, o que impulsiona confiabilidade da aresta de corte, particularmente ao usinar carepa de fundição. Tanto a resistência ao desgaste quanto a tenacidade são portanto maiores que com revestimentos convencionais.

Kussmaul enfatiza que a geometria de insert adequada também é crucial já que a macro e microgeometria de uma aresta de corte têm influência significativa na formação de cavaco e, portanto, nas forças de corte resultantes. Escolher a geometria certa para a aplicação, preferencialmente uma com superfície de contato usinada para assegurar assento seguro do insert indexável, é crucial. "Um revestimento avançado junto com geometrias otimizadas e os novos graus de material de ferramenta de corte de hoje podem levar a performance de corte máxima e aumento de vida da ferramenta de até 75 por cento", ele diz.

Múltiplas arestas para fresamento

Talvez a maioria das peças encontradas em usinagem de ferro fundido, e geralmente também as maiores, são cúbicas em forma e são portanto trabalho para fresadora ou centro de usinagem. Uma das operações mais comuns é fresamento de face de superfícies de vedação e fixação, como superfícies de cabeçote de cilindro em blocos de motor.

"Na indústria automotiva, é importante processar o máximo de superfícies possível no menor tempo e com confiabilidade de processo. Fresas grandes com múltiplas arestas de corte são requeridas para as taxas de remoção de metal apropriadas", diz Wolfgang Vötsch, especialista em fresamento em gestão de produto na Walter.

Vötsch aponta para F4045 de sua empresa como exemplo principal do tipo de ferramenta requerida para maximizar produtividade e confiabilidade de processo em usinagem de ferro fundido. Os inserts do F4045 fornecem 14 arestas de corte usáveis porque os inserts indexáveis simétricos não são apenas indexados radialmente, mas também reversíveis. Estas características fazem um cortador de ferro fundido altamente eficiente, que reduz custos de aresta de corte. Adicionalmente, geometria geral positiva fornece forças de corte baixas e consumo de energia reduzido.

Outra característica desejável em fresa é sistema de fixação por cunha de insert para que o insert indexável possa ser ajustado precisamente e seguramente em seu assento. Com este design a cunha de fixação pivota para o lado após apenas algumas voltas do parafuso de fixação para habilitar acesso rápido e fácil ao insert indexável.

"Manuseio é de importância crucial para uma ferramenta com muitas arestas de corte usáveis", explica Vötsch. "Se os inserts indexáveis não podem ser virados ou indexados rápida e facilmente à mão, muito tempo valioso é perdido."