Aumente Vida da Ferramenta e Produtividade com Balanceamento Especializado de Ferramentas

Runout de ferramenta de corte e desbalanceamento de porta-ferramenta tornam usinagem desafiadora. Aqui está o que você precisa saber sobre técnicas de balanceamento de ferramentas e como acertar este procedimento pode minimizar vibrações, melhorando acabamentos superficiais e vida da ferramenta igualmente.

Balanceamento de ferramentas é obrigatório para usinagem de alta velocidade, onde velocidades de fuso alcançam 20.000 rpm ou mais. Mas muitos especialistas dirão que a necessidade de balanceamento começa em meros 6.000 rpm e que pular este passo crítico reduz tanto vida da ferramenta quanto produtividade.

Brendt Holden, presidente da Haimer Inc., é um desses. Ele gosta de relatar história de 15 anos atrás sobre oficina de máquinas em Wisconsin lutando com operação de alargamento. Após instalar um dos balanceadores de ferramentas da Haimer, a oficina conseguiu aumentar significativamente throughput naquele trabalho, junto com muitos outros.

"Aquela oficina em particular não tinha nenhuma máquina mais rápida que 6.000 rpm", recorda Holden. "Foi um testemunho maravilhoso da importância do balanceamento de ferramentas, independentemente da velocidade do fuso."

Não estavam sozinhos. Um grande fabricante de motores dos EUA economizou $250.000 anualmente em tempo de inatividade não planejado após implementar solução de balanceamento de ferramentas. A K&G Manufacturing em Minneapolis descobriu que conjuntos de porta-ferramentas pré-ajustados offline cortavam no tamanho certo na primeira vez quando balanceados. Até a indústria de retífica conhece o valor do balanceamento, como o fabricante de ferramentas de corte OSG pode atestar: após balancear pacotes de rodas, a empresa descobriu que saída aumentou 20 por cento, vida do fuso subiu 30 por cento e consumo de energia declinou 18 por cento.

Se estas anedotas falham em convencer os céticos por aí, aqui está exemplo mais científico — um que ajuda a explicar a eficácia do balanceamento de ferramentas.

Engenheiros da Haimer montaram fresas de topo em dois porta-ferramentas, um balanceado, o outro não. Ambos foram verificados em uma das unidades de pré-ajuste de ferramentas da empresa e tinham menos de 2 mícrons de runout. Então giraram cada conjunto de porta-ferramentas a 18.000 rpm enquanto analisavam com acelerômetro. Os resultados? Onde o conjunto balanceado manteve o mesmo nível próximo de zero de runout, o desbalanceado aumentou para 11 mícrons (0,0004") — aumento de cinco vezes.

Se runout matador de vida da ferramenta não basta para convencer, tente isto: Pergunte a qualquer reconstrutor de fuso de máquina-ferramenta a causa primária de falha prematura. A maioria sugerirá que é either a) colisões, ou b) desbalanceamento de porta-ferramenta. Para muitos centros de usinagem — especialmente aqueles com fusos de alta velocidade — uma substituição pode facilmente custar mais que uma unidade de balanceamento de ferramentas, e isso sem contabilizar tempo de inatividade da máquina e atrasos de produção resultantes.

Você pode estar pensando: "Entendi. Por isso compramos porta-ferramentas balanceados." E enquanto Holden e outros dirão que isso é bom começo, é equivalente a comprar pneus de alta qualidade para seu carro — eles ainda precisam ser balanceados, e como com ferramentas de corte e porta-ferramentas, deve ser feito como conjunto completo.

Alinhando Porta-Ferramentas

De forma algo irônica, o processo não é tudo que diferente. Assim como mecânico de auto adiciona pequenos pesos a um lado da roda para compensar desbalanceamento, também atendente de crib de ferramentas pode adicionar parafusos de metal pesado ou anéis de formato estranho ao porta-ferramenta, ajustando cuidadosamente cada um até que condição fora-de-balance seja cancelada. Também é possível furar ou fresar o próprio porta-ferramenta, removendo pequenas quantidades de metal até que balance seja alcançado, embora esta seja obviamente abordagem mais custosa (e permanente).

Pneus e porta-ferramentas também sofrem dos mesmos tipos de desbalanceamento, nomeadamente estático e dinâmico. Remova porca de roda da roda da sua F-150 e criará desbalanceamento estático, que pode ser pensado simplesmente como peso demais de um lado. Acerte uma pedra com hélice do seu barco de pesca e provavelmente está enfrentando desbalanceamento dinâmico, ou desbalanceamento em dois planos rotacionais. É esta última condição que é mais comum em centros de usinagem CNC, especialmente com ferramentas e porta-ferramentas mais longos.

Ironicamente, porta-ferramentas estilo CAT — favoritos de fabricantes de máquinas-ferramenta aqui nos EUA — são inerentemente desbalanceados devido aos slots não-simétricos do flange. São também porta-ferramentas Weldon-style com seu parafuso de fixação de um lado. Mesmo ferramentaria HSK, especialmente a forma A mais comum, sofre de algum nível de desbalanceamento, embora não esteja nem perto do de porta-ferramentas de cone steep taper. Fabricantes de ferramentaria tentam compensar estas condições infelizes, mas anexe botão de retenção a uma extremidade do porta-ferramenta, broca ou fresa de topo na outra, e todas apostas estão fora. Daí o conselho de sempre balancear porta-ferramentas como conjunto completo.

Provas do Balanceamento de Ferramentas no Pudim

Este desbalanceamento é quantificável. É referido como valor G, e a maioria dos especialistas da indústria sugere que ferramentas devem ser balanceadas para 2,5 G ou melhor (significando valor menor que 2,5). Para os matematicamente inclinados, o site da Haimer oferece fórmulas alucinantes sobre ciência do balanceamento de ferramentas aqui, junto com razões adicionais por que é importante para qualquer um interessado em melhorar suas operações de fresamento, furação e alargamento.

Então o que fazer sobre isso? A resposta deve ser óbvia agora: Invista em máquina de balanceamento de ferramentas, assim como outro dos clientes de Brendt Holden fez vários anos atrás quando comprou seu primeiro centro de usinagem de 20.000 rpm. Os resultados foram tão bons que ele começou a balancear tudo na oficina, até para suas máquinas mais antigas limitadas a 8.000 rpm.

"A vida da ferramenta melhorada e acabamento superficial foram nota de rodapé", diz Holden. "O que ele notou mais foram as taxas de remoção de metal melhoradas. Onde antes ele podia cortar uma peça a 3.000 rpm, descobriu que geralmente podia dobrar isso balanceando, com aumento correspondente na taxa de avanço. Ficou emocionado."

Indo Além do Balanceamento de Ferramentas

Matt Brothers, gerente do Industry 4.0 Tech Center na Zoller Inc., pode compartilhar histórias de sucesso similares de clientes que implementaram uma das soluções de balanceamento de ferramentas da empresa. Ainda assim, é rápido em apontar que máquina de balanceamento é apenas uma peça de estratégia de crib de ferramentas muito maior. Igualmente importante é necessidade de pré-ajustar ferramentas offline, eliminando chance de erro do operador ao tocar off na máquina-ferramenta e aumentando muito disponibilidade da máquina para começar.

Devido às capacidades avançadas de imagem óptica da maioria dos pré-ajustadores, eles também permitem que atendentes de crib de ferramentas inspecionem ferramentas completamente antes do uso, e meçam o runout tão importante mencionado antes. E para oficinas usando ferramentaria shrink-fit, Zoller (e Haimer) oferecem máquinas combo capazes de fazer ambos em operação única.

Brothers sugere que, quando implementado com solução de gestão de ferramentas (TMS), pré-ajustadores offline de ferramentas fornecem visibilidade cradle-to-grave de uso de ferramentas, enquanto também melhoram todo fluxo de processo de programação e setup.

"TMS da Zoller pode comunicar diretamente com a máquina-ferramenta", diz ele. "Pode interfacear com sistema CAM da oficina, seu software de simulação, ou seu sistema de monitoramento de vida de ferramenta. Há muitas vantagens em armazenar informação de ferramenta de corte e porta-ferramenta dentro de banco de dados único, incluindo precisão de dados melhorada, inventários de ferramentas reduzidos, menos tempo de inatividade, e fluxos de processo mais eficientes. É por isso que sentimos que TMS deve ser parte integral de qualquer oficina focada em Indústria 4.0."

Para oficinas interessadas em qualquer destas tecnologias de aumento de produtividade, agora é hora de investigar. A Dedução de Equipamento Seção 179 termina em dezembro. Contate a MSC — ou qualquer das empresas listadas neste artigo — para saber mais.

Você Está Colhendo os Benefícios do Balanceamento de Ferramentas?

Balanceamento de ferramentas é frequentemente pensado como necessário apenas para usinagem de alta velocidade, mas muitas oficinas podem se beneficiar dele.

Especialistas dirão que a necessidade de balanceamento começa em meros 6.000 rpm e que pular este passo crítico reduz tanto vida da ferramenta quanto produtividade.

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