Como otimizar a usinagem de alumínio na indústria automotiva

Com o setor automotivo aumentando seu uso de peças de motor, trem de força, bomba d'água e sistema de freio fabricadas em alumínio, o desafio para OEMs e seus parceiros da cadeia de suprimentos é fornecer operações de fresamento mais produtivas. A seleção de ferramentas é a chave para uma verdadeira diferenciação de mercado neste segmento, onde a aplicação correta de fresas otimizadas em toda a gama de operações de usinagem de componentes do motor pode render dividendos significativos.

Continua a haver um aumento ano a ano no número de motores de alumínio produzidos, tanto para carros de passeio convencionais quanto híbridos. Na verdade, cerca de 100 milhões estão sendo fabricados a cada ano. Esses motores abrigam peças muitas vezes de formato complexo e, após a fundição, exigem uma sequência de operações de fresamento variadas, mas essenciais.

A Sandvik Coromant agora tem uma oferta completa para usinagem de alumínio na indústria automotiva, desde o primeiro estágio de cubagem, passando pelo desbaste, semi-acabamento e acabamento. Cada ferramenta de fresamento projetada, cinco no total, é projetada para oferecer qualidade e custo otimizados por peça. Para ajudar a alcançar o último, certas ferramentas da linha cumprem uma combinação de tarefas, como realizar o desbaste e o acabamento em uma única operação para reduzir os tempos de ciclo.

Um exemplo é a M5C90, uma fresa inovadora que combina desbaste e semi-acabamento em uma ferramenta. A M5C90 é uma ferramenta de fresamento de faceamento de alta velocidade feita sob medida para eliminar longos tempos de configuração nas instalações do cliente. A M5C90 trabalha com um número reduzido de dentes em comparação com as fresas convencionais, principalmente devido ao posicionamento radial e axial exclusivo da pastilha em sua linha de acabamento/diâmetro interno (sem necessidade de ajuste da pastilha). Este posicionamento garante um fresamento sem rebarbas e um ótimo acabamento superficial em cabeçotes, blocos de cilindros, peças do sistema de freio e todos os componentes de alumínio, onde o amplo engate da fresa pode ser alcançado (não aplicável em peças de parede fina).

Para fornecer um exemplo dos ganhos potenciais oferecidos ao usar o M5C90, considere um teste de caso de cliente em andamento envolvendo uma válvula do corpo do sistema de freio feita de AlSi12Cu1. Apresentando uma matriz de diâmetro externo de 10 pastilhas de metal duro e um diâmetro interno de quatro pastilhas (mais uma pastilha alisadora), a ferramenta está sendo implantada a uma velocidade do fuso de 8.000 RPM, uma velocidade de corte de 4.021 m/min. (13.192 pés/min.) e um avanço de 0,25 mm/dente (0,009 pol./dente). Além disso, a profundidade de corte axial é de 2 mm (0,078 pol.) com uma profundidade de corte radial de 140 mm (5,51 pol.), produzindo uma taxa de remoção de metal de 5600 cm ³ /min. (342 pol. ³ /min.). Embora a vida útil total da ferramenta ainda não tenha sido determinada, a mesma ferramenta ainda está dentro da máquina após 18 meses de serviço.

Para aqueles que precisam de uma fresa que também pode dar acabamento em peças de alumínio de paredes finas, como caixas de engrenagens e carcaças, a Sandvik Coromant tem outra fresa igualmente eficaz, a M5F90. A M5F90 é outra ferramenta de desbaste e acabamento de uma só vez. Dedicado à usinagem de peças de alumínio de parede fina e operações de faceamento, o corpo da fresa (25-80 mm, 0,98-3,15 polegadas de diâmetro) abriga pontas de PCD soldadas. Cada ponta contém uma aresta de desbaste e uma aresta de acabamento. A área de desbaste funciona como uma ferramenta de fresamento convencional, com todas as arestas de corte no mesmo diâmetro e altura, enquanto a área de acabamento é composta por arestas de corte escalonadas radiais e axiais. Este conceito permite um passo próximo para fornecer usinagem sem rebarbas e excelente acabamento superficial. No pequeno vídeo abaixo, a Sandvik apresenta as fresas da série M5 para usinagem de alumínio automotivo.

Uma economia de tempo impressionante é possível, como visto em um teste de caso de cliente que envolveu o fresamento de faceamento de um cabeçote de cilindro de alumínio (alto teor de Si). Aqui, o uso de M5F90 contra um cortador de PCD especial fabricado por um concorrente, não apenas reduziu o tempo de ciclo de 150%, mas eliminou a geração de rebarbas. Dados de corte incluídos:velocidade do fuso de 15.915 RPM; 2000 m/min. (6562 pés/min.) velocidade de corte; uma taxa de alimentação de 0,16 mm/dente (0,006 pol./dente); e 1,5 mm (0,06 pol.) de profundidade de corte.

Em outro exemplo M5F90, reduções de tempo de ciclo de 44% foram alcançadas em uma caixa de corrente de alumínio em comparação com o uso de uma fresa intercambiável de 63 mm (2,48 pol.) de diâmetro da concorrente com seis pastilhas de PCD. Além disso, a solução eliminou uma operação de rebarbação com escova anteriormente necessária.

Outra nova ferramenta de engenharia é a M610, que foi desenvolvida para fresar a face/topo do deck dos blocos de cilindros do motor com interfaces bimetálicas, normalmente alumínio e ferro fundido cinzento (CGI).

Uma variedade de propriedades térmicas e mecânicas torna a usinagem desafiadora quando se trata de materiais bimetálicos. As fresas existentes para esta aplicação são complexas e requerem ajustes, resultando em taxas de rendimento comprometidas. Além disso, essas ferramentas geralmente causam lascamento nas partes GCI do componente.

Em contraste, o M610 não requer configuração e nenhum ajuste, e resulta no potencial de implantar altas taxas de avanço sem lascamento, rebarbas ou arranhões nas peças. Essa capacidade é importante, pois as imperfeições da superfície têm o potencial de produzir vazamentos entre o bloco de cilindros e o cabeçote, o que, por sua vez, compromete a potência e o desempenho. Alguns OEMs automotivos globais já estão se beneficiando da adoção do M610.

Para fazer referência a um cliente em particular, obteve-se um enorme ganho competitivo ao terminar a face de combustão em blocos de motor bimetálicos. Em comparação com a fresa ajustável com cartuchos de um concorrente, a M610 obteve uma melhoria na vida útil da ferramenta de 833%, completando mais de 4.000 peças, em comparação com a fresa da concorrente 480. Além disso, a M610 teve um desempenho 10 vezes maior. Os dados de corte para o M610 de 15 insertos incluíam:3000 m/min. (9843 pés/min.) velocidade de corte; uma velocidade de alimentação de 5720 mm/min. (225 pol./min.); uma velocidade do fuso de 3820 RPM; uma taxa de alimentação de 0,15 mm/dente (0,006 pol./dente); e uma profundidade de corte em alumínio de 0,5 mm (0,02 pol.) e em ferro fundido de 0,05 mm (0,002 pol.).

Outras ferramentas da família incluem a fresa de desbaste tangencial M5Q90, que realiza cubagem de primeira fase (primeira usinagem de faces após a fundição) em uma única operação sem rebarbas. A ferramenta é equipada com pastilhas tangenciais de PCD que proporcionam uma ação de corte suave e estável para reduzir o consumo de energia e eliminar a vibração.

Cabeçotes e blocos de cilindro de alumínio estão entre os componentes que se beneficiam do M5Q90. A título de exemplo, a operação de cubagem em um cabeçote de cilindro fundido normalmente envolveria a usinagem da face da árvore de cames, face de entrada/saída e face de combustão. Em um estudo de caso de cliente, o faceamento em desbaste de cabeçotes de cilindro fundidos em liga de alumínio AS-9 em um centro de usinagem horizontal produziu resultados de vida útil da ferramenta altamente impressionantes. A 3000 m/min. (9843 pol./min.) velocidade de corte, avanço por dente de 0,2 mm (0,008 pol.) e 2,0 mm (0,079 pol.) de profundidade axial de corte (totalmente engatado a 40 mm (1,57 pol.), mais de 10.000 componentes foram concluídos.

Outra ferramenta é a M5R90 para desbaste/semi-acabamento de segundo estágio. Este cortador padrão funciona com cartuchos ajustáveis ​​e suporta uma profundidade de corte de até 8 mm (0,315 pol.) com um raio de 0,4 ou 0,8 mm (0,016 ou 0,031 pol.), dependendo do cartucho usado. Cartuchos fáceis de ajustar são benéficos em muitas aplicações automotivas, como pode ser visto em um recente teste de cliente envolvendo o faceamento de uma tampa de motor. Fundido em liga de alumínio MRHB Si12, o M5R90 teve um desempenho extremamente favorável em relação ao cortador concorrente. Com base em dados de corte idênticos, o M5R90 estendeu a vida útil da ferramenta de 8.000 para 10.000 peças. Além disso, o cortador concorrente precisava ser ajustado a cada 1.000 peças devido ao movimento do cartucho que comprometia o acabamento da superfície. Em contraste, o M5R90 produziu 8.000 peças antes que qualquer ajuste no cartucho fosse necessário.

Também incluída na família está a fresa de faceamento de superacabamento M5B90 com seu exclusivo posicionamento axial e radial das pastilhas. Esta configuração, juntamente com a pastilha alisadora, garante um corte sem rebarbas com excelente qualidade superficial, como um fabricante de cabeçotes para carros de passeio recentemente descoberto. A empresa estava enfrentando instabilidade no processo e problemas com rebarbas, enquanto outro problema era a vida imprevisível da pastilha, que dependia de ajustes do cartucho que diferiam de configuração para configuração. A mudança para a fresa M5B90 proporcionou uma operação de acabamento suave com desgaste previsível e sem rebarbas. A ferramenta produz apenas cavacos muito finos, que são facilmente removidos durante o processo de corte para evitar qualquer dano à face da peça. Além disso, mudar para M5B90 estendeu a vida útil da ferramenta de 30.000 para 45.000 peças em média.

CoroDrill ^® e CoroTap ^® as ferramentas de furação e rosqueamento da família também podem ser oferecidas aos clientes como parte da mesma família de soluções para usinagem de componentes automotivos de alumínio, assim como a CoroMill padrão ^® Fresa de acabamento de faceamento Century 590.

Em todos os casos, o potencial para reduzir os tempos de ciclo e custo por peça, ao mesmo tempo em que melhora a vida útil e a qualidade da ferramenta, é muito real, como pode ser visto nos exemplos de casos de clientes descritos. Na indústria automotiva, onde a produção de alto volume é predominante, mesmo uma pequena economia no tempo de ciclo pode equivaler a retornos financeiros significativos. Com esse pensamento em mente, é difícil ignorar qualquer tecnologia que possa demonstrar a capacidade de gerar ganhos maiores.