MEP Aprimora Manufatura Aeroespacial Eliminando Rebarbas e Arestas Cortantes

Introdução

Fabricantes empregam operações de torneamento, fresamento e furação para usinar características em peças. No entanto, esses mesmos processos também podem produzir rebarbas e arestas cortantes indesejadas nas bordas das características. Estas condições de aresta podem resultar em quebra do material quando a peça está em uso, podem enfraquecê-la estruturalmente e podem representar perigo para quem a manuseia. Estas condições negativas são o motivo pelo qual muitos usuários finais consideram rebarbas ou arestas extremamente cortantes como razões para rejeitar peças de fornecedores.

Fabricantes tradicionalmente removem rebarbas e arestas cortantes usando retificadoras manuais e outros processos manuais. Tais métodos são lentos e exigem que a peça seja retirada da máquina-ferramenta e refixada para as operações de desbaste ou chanfro. E mesmo quando realizados por artesãos habilidosos, estas operações carecem da consistência de processo necessária ao passar de peça para peça.

Uma alternativa produtiva ao desbaste manual é o Perfilamento de Aresta Mecanizado (MEP). O MEP elimina condições de aresta inaceitáveis aplicando uma ferramenta projetada e o mesmo equipamento que usinou as características da peça. O processo MEP oferece inúmeros benefícios. Ele permite que a condição final da aresta seja exatamente definida e programada através do sistema CAM da máquina, resultando em máxima repetibilidade. O tempo total de produção da peça é reduzido porque a peça não precisa ser removida da máquina e refixada, e o acúmulo de tolerâncias e outras inconsistências que ocorrem de configuração para configuração são eliminados. Em resposta a esta tendência, os fabricantes de ferramentas de corte atuais continuam a desenvolver ferramentas novas e produtivas que aprimoram os benefícios do processo MEP.

Principais Candidatos para MEP

Considerando as demandas cada vez mais rigorosas da indústria aeroespacial por precisão e consistência de peças, componentes de aeronaves a jato são candidatos ideais para a aplicação de MEP.

Componentes de motores de turbina de aeronaves, por exemplo, são geralmente categorizados como não rotativos e rotativos. Para MEP de peças de motor não rotativas, como tambores e carcaças, o perfilamento de aresta geralmente consiste em ferramentas de chanfro padrão e quebra-aresta, aplicadas no equipamento que usinou a peça.

Para peças rotativas críticas, como discos de ventilador e compressor, os usuários finais têm padrões mais altos e exigem eliminação completa de imperfeições superficiais. As condições de aresta normalmente devem passar por aprovação e certificação em laboratório. Para desbastar estas peças, fabricantes de ferramentas desenvolveram ferramentas MEP personalizadas de alta precisão e totalmente repetíveis.

Desenvolvimento de Ferramentas MEP

Ferramentas padrão de desbaste e perfilamento, como as aplicadas em componentes não rotativos, incluem fresas de topo de metal duro revestido para chanfro com arestas de corte de 45° e 60°, bem como ferramentas que usam inserts indexáveis para produzir chanfros de 45° e 60°.

Para as aplicações mais críticas, fabricantes fornecem ferramentas personalizadas para perfilar arestas e remover rebarbas especificamente na entrada ou saída de um furo. Algumas ferramentas combinam essas capacidades e podem remover rebarbas tanto do lado de entrada quanto de saída.

Estas ferramentas personalizadas frequentemente apresentam geometrias de corte complexas. As mais sofisticadas têm designs de aresta que produzem um chanfro com aresta arredondada precedida por ângulos de entrada e saída projetados para prevenir a formação de rebarbas secundárias.

O desenvolvimento especializado de ferramentas vai além das arestas de corte. Para perfilamento de rebarbas e arestas na entrada de um furo, ou superfície superior de um componente, pesquisas revelaram que a combinação de corte à direita com hélice à direita é mais eficaz porque serve para remover o material cortado da peça. Por outro lado, para rebarbas de saída na superfície inferior de uma peça, um corte à direita combinado com hélice à esquerda funciona melhor, novamente porque essa configuração move cavacos para longe do componente.

Outras análises de aplicação indicaram que ferramentas MEP projetadas para remover rebarbas no topo ou entrada de um furo proporcionam maior vida útil da ferramenta do que ferramentas destinadas a remover rebarbas na parte inferior ou extremidade de saída de um furo passante. Isso ocorre porque uma ferramenta de desbaste projetada para alcançar através de uma peça para acessar a saída do furo será mais longa e menor em diâmetro do que uma destinada a fazer seu trabalho a partir de apenas um lado do furo. Uma ferramenta mais longa e de menor diâmetro é mais propensa a instabilidade e vibração, ambas podendo lascar ou quebrar uma ferramenta de metal duro. Como resultado, a maioria das oficinas opta por usar ferramentas separadas para desbastar as arestas de entrada e saída de um furo em vez de uma única ferramenta que faça ambas.

Ferramentas mais longas e de menor diâmetro também exigem mais cuidado na escolha de parâmetros de corte. Uma ferramenta curta e robusta pode rodar mais rápido sem vibração ou outros problemas. A geometria e características da peça também fazem diferença. Quando as condições de corte são estáveis e os cortes são suaves e ininterruptos, parâmetros de corte mais agressivos podem ser aplicados. Por outro lado, características da peça, como furos de acesso que interrompem os caminhos de corte MEP, forçam o uso de parâmetros mais conservadores para minimizar o desgaste da ferramenta e prevenir falha prematura.

Parte do desenvolvimento contínuo de ferramentas MEP envolve ferramentas que combinam usinagem de uma característica com desbaste. Por exemplo, a aresta de corte MEP seria localizada no topo da fresa de topo para que pudesse simultaneamente usinar o diâmetro do furo e desbastar as arestas de entrada.

Desafios de Materiais

Muitos materiais aeroespaciais, em relação às suas características de usinagem, apresentam desafios adicionais quando se trata de remover rebarbas e chanfrar suas arestas cortantes. Ligas à base de níquel usadas em componentes de motor, por exemplo, são tenazes e maus condutores de calor. Assim, a ferramenta de corte absorve o calor gerado no processo de corte, o que acelera o desgaste da ferramenta.

Consequentemente, ao determinar a metalurgia e geometria de uma ferramenta, fabricantes precisam encontrar um equilíbrio entre nitidez da aresta e resistência da aresta. Um substrato de metal duro duro pode resistir muito bem ao desgaste térmico e abrasivo, mas lhe faltará a resistência ao impacto de um substrato que apresenta adições de cobalto ou outro material de liga para aumentar sua tenacidade. Da mesma forma, uma aresta de corte extremamente afiada pode ser mais propensa a quebra em comparação com uma que tem um fio ou outro preparo de arredondamento de aresta. Fabricantes também ajustam ângulos de ataque e hélice, bem como revestimentos de ferramentas, para alcançar os melhores resultados com materiais de peça específicos.

Tamanho da Ferramenta

Para processar furos e arestas grandes, fabricantes podem projetar ferramentas de qualquer tamanho para o qual fornecedores possam fornecer um blank grande o suficiente. No lado pequeno do espectro, no entanto, existem limites. Atualmente, o menor raio que pode ser retificado é cerca de 0,2 mm, com ângulos de entrada e saída proporcionalmente menores.

Ferramentas MEP personalizadas têm raios, chanfros, ângulos e combinações dessas características específicos. As ferramentas comumente têm arestas de corte quadradas. No entanto, ferramentas do tipo ballnose e lollipop também estão disponíveis para perfilar características de um componente cujos contornos restringem o acesso de uma ferramenta MEP de aresta quadrada. Aplicadas em uma máquina de cinco eixos, estas ferramentas podem escanear a linha de um perfil de peça complexo e criar um raio em arestas longas e contornadas.

MEP em Operação

Para maximizar precisão e consistência e economizar o tempo gasto movendo uma peça de máquina para máquina, fabricantes geralmente realizam MEP como parte da operação de usinagem da característica da peça.

Tipicamente, o desbaste ocorre após a conclusão de todas as operações de usinagem. O programa CAM direciona as ferramentas MEP para desbastar todos os furos e quebrar arestas cortantes em sequência. Algumas ferramentas MEP podem ser usadas para desbastar uma variedade de furos, e algumas ferramentas de perfilamento podem ser aplicadas em três ou quatro locais ou características diferentes, como o fundo de um furo e o fundo de um contorno scallop.

Para garantir que o perfilamento de aresta ocorra no local correto e com a quantidade adequada, o furo ou característica envolvida deve ser definido ou medido antes do início da operação MEP. Quando as tolerâncias da peça são muito apertadas, a localização da superfície da peça é bem definida e a medição em processo pode ser desnecessária. No entanto, quando as tolerâncias são generosas, a medição é necessária após a usinagem inicial para determinar a localização da aresta ou característica a ser perfilada.

Além disso, a própria ferramenta deve ser medida e localizada para garantir que ela perfilará a peça corretamente. Como os raios da ferramenta são tão pequenos — e para fins práticos, impossíveis de medir —, o comprimento da ferramenta é especificado no programa CAM. O operador pode confirmar o comprimento da ferramenta longe da máquina com um pré-ajustador ou na máquina via laser ou sonda de toque. As taxas de avanço são calculadas em relação às dimensões medidas das características da peça e da ferramenta. As ferramentas de desbaste personalizadas mais sofisticadas são 100% medidas por seu fabricante com uma tolerância de 40 mícrons no perfil da ferramenta, incluindo runout.

A operação de desbaste ou chanfro deve ser considerada como um passe de acabamento, com foco principal na qualidade. Produtividade é sempre importante, mas especialmente no caso de componentes aeroespaciais custando centenas de milhares de dólares, forçar a ferramenta para maximizar a produção pode ter repercussões negativas e caras. Consistência, confiabilidade e eliminação de peças sucateadas são primordiais.

Conclusão

Peças com arestas cortantes e rebarbas fora de especificação são cada vez mais consideradas sucata cara. Isso é fortemente evidente na indústria aeroespacial, mas é uma tendência crescente em algumas aplicações críticas nas indústrias médica, energética e outras. Fabricantes precisam de um método para desbastar componentes e perfilar arestas de peças que seja consistente, documentável e eficiente em custo. O Perfilamento de Aresta Mecanizado (MEP) preenche essa necessidade porque substitui operações manuais que, não importa quão habilmente realizadas, podem ser inconsistentes de peça para peça e são caras em termos de mão de obra, configuração e manuseio de peças. Alguns usuários finais já proibiram o desbaste manual porque não pode ser documentado e certificado.

O MEP mais eficiente e custo-efetivo representa uma combinação de desenvolvimento de engenharia e expertise de aplicação. Fabricantes de ferramentas que oferecem tal solução total ajudarão a simplificar o processo de manufatura aeroespacial (bem como processos similares em outras indústrias críticas) e produzirão novos níveis de qualidade e produtividade.

MEP em Ação

O Perfilamento de Aresta Mecanizado está beneficiando fabricantes em uma variedade de aplicações.

Em uma situação, um fabricante estava produzindo um componente de aço inoxidável 303 em uma máquina de duplo fuso. À medida que o volume de peças e tamanhos de lote cresciam, crescia também a necessidade de maior produtividade. As operações estavam desequilibradas e consumiam tempo — 90% da usinagem ocorria no fuso principal, e o desbaste manual da parte inferior da peça era necessário, exigindo uma configuração adicional. Quando o fabricante aplicou uma ferramenta MEP de metal duro sólido personalizada no subfuso da máquina, isso permitiu o perfilamento de ambos os lados dos furos de parafuso da flange da peça ao mesmo tempo. O tempo de usinagem entre os dois fusos tornou-se mais equilibrado, e o tempo de ciclo diminuiu significativamente. O uso da ferramenta MEP também eliminou a necessidade de desbaste manual e a configuração extra e tempo que ela exigia.

Outro caso envolveu uma escolha entre um tratamento de aresta chanfrado (plano) versus arredondado (raio). Algumas peças não têm requisitos específicos de que uma aresta seja processada por qualquer estilo de ferramenta. Um fabricante, no entanto, descobriu que ao aplicar um raio em vez do chanfro, a vida da peça era três vezes maior do que uma peça chanfrada. Uma diferença aparentemente pequena na escolha da ferramenta aumentou significativamente a qualidade da peça.

Finalmente, uma operação de manufatura aeroespacial em um disco de ventilador TiAl-4V fornece um exemplo da aplicação de uma ferramenta de contorno MEP. Um fabricante estava usando uma ferramenta de forma de metal duro mantida em um suporte de came para usinar o disco. O acabamento superficial era ruim em locais aleatórios ao redor do disco e raio do slot, e o problema era inconsistente e variava em gravidade e frequência. O fabricante aplicou uma fresa lollipop de metal duro revestido de 10 mm de diâmetro, 10 dentes, corte central, com hélice à direita de 30°. A ferramenta eliminou os problemas de acabamento superficial, e conseguiu acabar ambos os lados do disco em um tempo consideravelmente menor.

Publicado anteriormente em SecoTools.com.