Elimine o Chatter: Estratégias Comprovadas para Otimizar Configurações de Máquinas para Produção Mais Rápida e Limpa

O chatter está retardando a produtividade da sua oficina? Conversamos com especialistas sobre uma nova abordagem para minimizar vibrações na fabricação de peças usinadas, o que significa que você pode levar mais peças ao mercado em um ritmo mais rápido e com menos desperdício.

A vibração excessiva de usinagem, também chamada de chatter, é inimiga de todas as operações eficientes de metalurgia.

A vibração indesejada — que corresponde ao movimento relativo entre a peça e a ferramenta de corte — causa desgaste indevido em suas ferramentas e máquinas, e aumenta a chance de um processo de usinagem produzir um produto fora das especificações corretas, diz Tony Schmitz, professor de engenharia mecânica, aeroespacial e biomédica na Universidade do Tennessee, Knoxville.

Nos últimos dois anos, Schmitz e seu colega Dave Barton, veterano da indústria de manufatura, trabalharam com uma equipe de engenheiros no Laboratório Nacional de Oak Ridge para introduzir uma ferramenta que ajuda as oficinas a otimizar melhor a vibração da máquina.

"Na fresagem, você tem uma fresa rotativa — que remove os cavacos", explica Schmitz, que também é Professor Conjunto no ORNL. A força de corte cresce e diminui com cada engate de dente, ele adiciona. "Pense como um batimento cardíaco — com o dente entrando e saindo de contato. É essa força subindo e descendo que causa vibração."

Encontrar uma maneira inteligente de reduzir o chatter e manter um "batimento cardíaco" de usinagem rítmico não é apenas sobre controle de velocidade, mas também sobre otimizar uma máquina entendendo a vibração na ponta da ferramenta relativa ao material trabalhado e à configuração específica de cada máquina, explica Barton.

O desafio vem do fato de que cada configuração máquina-porta-ferramenta-fuso tem seu próprio conjunto de frequências de vibração únicas. Isso torna o teste de cada configuração para um produto crítico, e frequentemente um trabalho demorado para as oficinas. No entanto, essa informação é necessária para encontrar os parâmetros ideais de usinagem sem tentativa e erro custoso.

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Como as Oficinas Tipicamente Minimizam o Chatter

Para a maioria dos maquinistas e oficinas, gerenciar chatter é um processo de tentativa e erro — é, mais ou menos, apenas adivinhação, diz Barton.

É bastante comum que maquinistas confiem nas configurações recomendadas pelos fabricantes de ferramentas para reduzir chatter, ou em tabelas densas de velocidades e avanços, diz Schmitz. Então, ajustam as configurações conforme necessário: "O desafio é que essas velocidades e avanços em um livro ou online não levam em conta a dinâmica da sua máquina e configuração."

Tipicamente, fabricantes de máquinas e ferramentas publicam parâmetros em velocidades alta, média e baixa para velocidade de corte e avanço, diz Jamie Goettler, diretor de Inovação em Metalurgia da MSC.

Baseado nisso, a maioria dos maquinistas "vai direto no meio", diz Goettler. "Se há problemas ou chatter, eles reduzem até encontrar uma taxa de operação estável."

Usando essa abordagem, as oficinas geralmente conduzem um teste para cada novo material ou peça, ele adiciona. Um maquinista começa rodando a ferramenta na velocidade, avanço e profundidades de corte recomendados pelo fabricante, depois precisa ajustar intuitivamente cada parâmetro em múltiplas passadas de teste.

Não é incomum uma oficina gastar a melhor parte de um turno inteiro tentando otimizar sua configuração antes de iniciar a produção de peças, diz Goettler. É fácil ver por que as empresas dedicam esse tempo: buscam máxima produtividade, controle de desperdício e extensão da vida de ferramentas e máquinas.

Algumas oficinas mantêm logs detalhados e planilhas para diferentes combinações de configurações de ferramentas para peças específicas, apenas para descobrir que na próxima vez que usam aquela combinação, ela pode chatter porque os achados originais não foram robustos ou repetíveis. Outras lutam contra chatter diariamente usando sobrescritas manuais ou testando ferramentas diferentes.

Nova Tecnologia de Ferramentas para Reduzir Chatter

Barton e Schmitz dizem que o MSC MillMax, a ferramenta de seleção de parâmetros de fresamento que desenvolveram, pode tornar a otimização um processo mais rápido.

A maior preocupação é como a ferramenta está cortando em sua ponta, explica Schmitz. Medir o "comportamento de vibração específico na ponta da ferramenta" fornece os dados vitais que as oficinas precisam para aperfeiçoar cada combinação de configuração, ele adiciona. "Você pode pensar em cada combinação ferramenta-porta-ferramenta-fuso-máquina como tendo uma impressão digital dinâmica única. O MillMax permite medir essa impressão digital e fazer o melhor uso dessa combinação."

O MillMax é um pequeno kit que usa um sensor para coletar dados de frequência de vibração e apresentá-los em tempo real em um painel digital. Com essa informação, uma oficina pode construir uma configuração que permita aos maquinistas produzir peças na velocidade mais rápida possível e maximizar a remoção de metal, diz Barton.

"Anexamos um pequeno sensor na ponta da ferramenta, então batemos na ferramenta com um martelo instrumentado para obter os dados de vibração", ele explica. Existem "bilhões de combinações potenciais de sistemas de fresamento no sistema MillMax."

Uma vez que você tem a configuração para uma peça específica em uma máquina específica, não há necessidade de rebater, adiciona Schmitz. Você só rebate se mudar o comprimento da ferramenta ou a máquina que planeja usar.

"Não estamos tentando vender uma ferramenta específica, mas ajudá-los a encontrar a ferramenta certa", diz Barton. Essencialmente, "somos o detector de verdade" que pode mostrar a uma oficina dados reais sobre o que está acontecendo com a frequência de vibração em suas configurações únicas ou comparar múltiplas configurações. "E podemos fazer isso em questão de minutos", ele adiciona.

Você está usando a fresa de topo certa para o trabalho? Leia nosso artigo "Quando Atualizar suas Fresas de Topo" para descobrir.