Torque de Aperto: Entendendo a Pergunta Certa para Segurança da Ferramenta

Torque de Aperto: A Resposta para a Pergunta Errada.

Parte 2 de uma Série de 2 Partes

(veja Torque de Aperto: Esta é a Maneira Certa de Medir a Eficácia da Ferramenta/Porta-Ferramenta?).

À medida que máquinas para metalurgia evoluíram, tornando-se cada vez mais rápidas, a busca pelo que chamamos de "segurança da ferramenta" continuou também. À medida que novas formas de porta-ferramentas entraram em uso, o torque de aperto continuou a ser o método preferido de julgar e comparar diferentes métodos para manter ferramentas no lugar para a melhor produtividade.

Mandris de Expansão Lateral (Sidelock)

O mandril de expansão lateral foi uma solução inicial (quase 100 anos atrás) para garantir a segurança da ferramenta. Esta interface envolve apertar um parafuso no lado do porta-ferramenta em conjunto com um plano retificado no lado da ferramenta. Embora a segurança da ferramenta seja assegurada, a solução de ajuste de forma cria uma série de outros problemas que a tornam um sistema menos que ideal para métodos de usinagem modernos.

Primeiro, a natureza do aperto unilateral via parafuso de ajuste cria um problema óbvio de concêntrica. À medida que força é aplicada perto da base do corpo, ela causa a extremidade de corte da ferramenta a mover na direção oposta; portanto, ocorre um problema de runout que diminui a vida útil da ferramenta e precisão dimensional. Segundo, o parafuso em um lado do porta-ferramenta acoplado com uma ferramenta de corte faltando um pedaço de material de um lado cria um problema óbvio de desequilíbrio. O resultado é vibração aumentada que impacta vida útil da ferramenta, acabamento e vida útil dos mancais do fuso. A solução comum para superar ambos estes inconvenientes é velocidades e avanços mais lentos para melhorar vida, acabamento ou som de usinagem. O detrimento final no fim, muitas vezes nunca percebido desde que muitos processos de usinagem são herdados, é produtividade diminuída.

Como mencionado em nosso artigo anterior, mandris de expansão lateral ainda estão sendo usados hoje, em parte porque eles oferecem uma medida de segurança da ferramenta. No entanto, sua falta inerente de precisão de runout e equilíbrio levou à evolução do igualmente popular sistema de mandril de pinça. Mas o que este sistema ganhou em precisão, deu em segurança da ferramenta.

Mandris de Pinça (Collet Chucks)

Mandris de pinça evoluíram da necessidade de maior precisão que a do porta-ferramenta tradicional de expansão lateral. Neste aspecto, a marca de precisão foi grandemente melhorada. Além disso, a versatilidade do design foi outro atributo tremendo, reduzindo o custo adicionado de um porta-ferramenta inteiramente novo quando um diâmetro de ferramenta diferente era requerido. A precisão e versatilidade melhoradas tornaram este mandril provavelmente um dos métodos de fixação de ferramenta mais populares na indústria. No entanto, o que o mandril de pinça ganhou em precisão, perdeu em torque de aperto. A natureza mecânica desta solução fez a extração da ferramenta um problema real para aqueles que tentaram qualquer tipo de operação de fresamento pesado com ele. Muitos operadores tentariam compensar apertando demais a porca, mas infelizmente isso apenas resultou em perda de precisão de runout e segurança da ferramenta que ainda era insuficiente. Assim, avanço adicional continuou.

Mandris de Fresa (Mill Chucks)

A próxima evolução em fixação de ferramenta veio na forma de mandris de fresa. Estes são uma solução mecânica desenvolvida 50 anos atrás para fornecer maior torque de aperto versus mandris de pinça (mais segurança) com precisão similar para que fabricantes pudessem ter um sistema tipo pinça capaz de fresamento pesado. Mandris de fresa foram considerados superiores ao de expansão lateral no sentido que eles forneciam precisão melhorada com torque de aperto aumentado para segurança melhorada... se apertados corretamente. O aumento na precisão veio da interface de pinça, que apertava uniformemente 360° ao redor do corpo da fresa enquanto a pista de rolamento fornecia transmissão de torque aumentada durante o aperto. Além disso, eles podem ter buchas de redução, limitando o número de diferentes porta-ferramentas necessários para cada diâmetro de ferramenta.

No entanto, mandris de fresa têm muitos componentes separados. Como notado anteriormente, a ferramenta é apertada usando uma gaiola de rolamento de roletes, que é então apertada com uma grande porca externa para comprimir o mandril ao redor da ferramenta. Embora o torque de aperto seja aumentado significativamente sobre o de uma pinça, o tamanho puro da gaiola de rolamento de roletes requer uma porca grande para abrigá-los, portanto um perfil de porta-ferramenta que é muito volumoso e tem capacidade de alcance pobre.

Também aludido antes, é a efetividade do mandril de fresa sendo muito dependente do operador. Aperto adequado requer que a porca seja apertada até onde vai e então solta ¼ volta. Isso é porque os rolamentos rolam um pouco sobre si mesmos quando apertados, causando runout. Ao soltar, você libera pressão nos rolamentos. Mas muitos operadores, devido a falta de conscientização, restrições de tempo ou outras razões, tendem a apertar demais a porca sem soltar.

Outro inconveniente deste sistema é que os rolamentos de agulha nunca localizam no mesmo lugar cada vez após o aperto, e frequentemente são rolados uns sobre os outros. O resultado é incapacidade de alcançar equilíbrio repetível. Em velocidades mais baixas, os detrimentos do desequilíbrio nem sempre são imediatamente visíveis, mas à medida que velocidades são aumentadas, precisão de runout e vida útil da ferramenta cairão rapidamente.

Finalmente, o mandril de fresa é uma solução de fixação cara. Além do custo inicial, há um custo de manutenção a considerar, já que a maioria deve ser desmontada e engraxada a cada 6 meses. Como isso leva tempo e dinheiro, operadores frequentemente pulam este passo vital. Como resultado, torque de aperto diminui e precisão de runout é comprometida.

Outras Opções

Quais são algumas outras alternativas a mandris de fresa ou mandris de fresa que operadores usaram em uma tentativa de alcançar segurança da ferramenta?

Ajuste por contração (Shrink fit) leva o método de ajuste por fricção a outro nível. Ele usa as propriedades de expansão térmica para acomodar alto torque de aperto com precisão adicionada e repetibilidade de equilíbrio. Também pode ser usado com o sistema Safe-Lock™. Não apenas este sistema tem alto torque de aperto, precisão e equilíbrio; é também um dos sistemas mais fáceis para operadores aprenderem.

O sistema de ajuste por prensa (press fit) usa uma prensa mecânica para deformar temporariamente uma pinça/manga a fim de inserir uma ferramenta de corpo redondo. O porta-ferramenta tem um leve ângulo combinando com o da manga da pinça. Uma prensa hidráulica movendo-se através de um furo reto no meio prensa a pinça e ferramenta juntas. Torque de aperto é alto e precisão de runout é boa, mas o corpo do porta-ferramenta carece de massa física tornando-o menos que ideal para cargas laterais pesadas, portanto não apropriado para desbaste pesado. Flexibilidade também falta pois ferramentas devem ter um certo tamanho de corpo ou a pinça pode rachar. E como o sistema é proprietário, você se torna muito dependente de apenas um fabricante para preço, disponibilidade de estoque e variedade de opções de oferta.

Mandris hidráulicos são bons para trabalho vertical reto (furação/alargamento), mas não para fresamento. Eles usam fluido sob pressão para expandir uma bexiga interna que finalmente engata a ferramenta. É adequado para usinagem de alta velocidade com baixas profundidades de corte e forças de corte, mas não é ideal para desbaste pesado ou qualquer cenário no qual maiores forças radiais ou calor são encontrados. Por quê? O fluido no mandril é flexível demais para fornecer transmissão de torque de aperto suficiente. Além disso, fresamento de alto desempenho em alguns casos pode gerar temperaturas que realmente causam a evaporação do óleo interno, causando falha. Similar ao mandril de fresa, manutenção também é requerida de tempos em tempos para garantir que bexigas internas não se desgastem demais e comecem a vazar.

Como este artigo mostra, a busca por torque de aperto máximo continuou por décadas sem nenhuma satisfação real porque a necessidade não estava sendo propriamente definida. Torque de aperto era a resposta para a pergunta errada.

Publicado anteriormente em Haimer-USA.com.