Escolhendo a Ferramenta Certa: Aço Rápido (HSS) vs. Metal Duro para Usinagem de Precisão

À medida que sua oficina se expande para usinagem de alta precisão, pode ser hora de trocar suas ferramentas de corte de aço rápido (HSS) por brocas, alargadores e barras de mandrilar de metal duro sólido. Aqui está o porquê.

Há lugar na oficina para brocas de aço rápido de comprimento jobber e alargadores de pinça, mas provavelmente não em tornos CNC e centros de usinagem de modelo recente.

Essas ferramentas de corte permanecem populares por sua durabilidade e baixo custo. Qualquer um interessado em maximizar a vazão, no entanto, seria melhor servido com ferramentas projetadas para ferramentas de corte de máquinas modernas, não para máquinas de parafusos, fresadoras de joelho e tornos estilo chucker inventados antes de 1950, diz Aaron Schade, gerente de programa do Knowledge Center Americas da Kennametal Inc.

Isso porque brocas jobber de HSS vagueiam (wander). Elas não têm capacidade de refrigeração interna, o que significa muita picotagem (pecking) e vida de ferramenta encurtada. Elas também são pelo menos quatro vezes mais lentas que brocas de metal duro.

Ferramentas HSS funcionam bem para aplicações manuais, prototipagem e trabalho de reparo, e onde a qualidade do furo não é crítica. Mas usá-las em um CNC relativamente novo é como colocar pneus baratos de faixa branca em um carro esportivo.

O mesmo vale para alargadores HSS. É verdade, você pode avançar bastante com eles, mas eles fornecem acabamentos superficiais e taxas de produção muito inferiores aos seus equivalentes de metal duro.

Por que a Mudança para Brocas e Alargadores de Metal Duro Faz Sentido

Por que, então, mais oficinas não adotam brocas e alargadores jobber de metal duro? A razão principal, diz Schade, é simples: Fabricantes frequentemente adotam a mentalidade "sempre fizemos assim".

Se algo funciona, muitas vezes não há ímpeto para fazer uma mudança, mesmo que faça sentido tanto para velocidade quanto para qualidade do produto, ele diz.

"Um trabalho chega, o pessoal do chão de fábrica descobre como produzi-lo, e tendem a deixar assim porque 'Ok, funcionou. Hora de ir para o próximo trabalho'", diz Schade. "É fácil cair nessa rotina, por isso a Kennametal gasta tanto tempo tentando divulgar avanços em tecnologia de ferramentas."

Entre esses avanços estão brocas de metal duro sólido. Na Kennametal, estas incluem brocas de uso geral GOdrill microbrocas e brocas de alto desempenho SGL.

Ambas as séries têm diâmetros até 20 mm (0,787"), refrigeração interna e outros avanços não encontrados em brocas HSS.

Veja a microbroca GOdrill em ação:

Dependendo do material da peça, método de fixação da ferramenta, rigidez do equipamento e assim por diante, brocas de metal duro sólido podem manter tolerâncias dentro de alguns milésimos de polegada, e acabamentos superficiais que eliminam a necessidade de alargamento ou mandrilar.

"É difícil quantificar expectativas de precisão porque cada aplicação é diferente", diz Joe Slusarcyk, engenheiro sênior do grupo Global Machining Technology da Kennametal. "Mas dado um bom setup e runout mínimo da ferramenta, qualidade de furo IT8 é certamente alcançável com broca de metal duro sólido. Então, em vez de dizer 'depende' quando perguntam qual tolerância podemos alcançar, minha sugestão é sempre: tente, porque você provavelmente ficará encantado com os resultados."

Além desta faixa de tamanho estão brocas modulares de ponta substituível, como as brocas KenTIP FS da Kennametal, disponíveis em diâmetros de 6 a 26 mm (0,236 a 1,023") e profundidades até 12xD. Embora a precisão do furo com brocas modulares possa ser menor que a possível com ferramentas de metal duro sólido, ainda é superior ao que pode ser feito com broca HSS, a um preço que a maioria das oficinas pode arcar.

Talvez mais importante, o desempenho superior dessas ferramentas e a capacidade de trocar rapidamente as pontas fazem um forte argumento para aposentar brocas jobber, silver and deming e brocas de haste cônica de HSS.

O que o Metal Duro Entrega para Alargamento e Mandrilar

E onde isso deixa o alargamento? E o outro verbo no título deste artigo: mandrilar? Se um trabalho requer qualidade de furo superior ao que uma broca de metal duro pode produzir, um alargador de metal duro sólido pode ser o próximo passo lógico.

"Na maior parte, pessoas fazendo furos se preocupam com diâmetro seguido de acabamento superficial, e alargadores fazem um ótimo trabalho em ambos", diz Schade. "Se você busca um nível mais alto de cilindricidade, retidão e posicionamento, mandrilar é uma opção melhor, mas à custa de tempos de ciclo mais longos."

Keith Hoover, engenheiro líder de aplicações na Kennametal, concorda. "Um alargador é uma ferramenta de acabamento de furo multi-canal, o que tipicamente significa melhoria de produtividade de 4 a 10 vezes em relação ao mandrilar, dependendo do número de canais", diz ele. "O outro lado é que uma ferramenta de mandrilar fornece maior flexibilidade no controle de tamanho e pode cortar múltiplos diâmetros. Alargadores também podem fazer isso, mas requer uma ferramenta personalizada de múltiplos passos."

Ferramentas de metal duro reinam aqui também. Kennametal e outros fabricantes oferecem todo tipo de geometrias de alargadores de metal duro sólido — muitos com refrigeração interna — então simplesmente não há razão para sacrificar tempo de ciclo para economizar alguns dólares.

Para diâmetros maiores, uma gama de opções modulares também está disponível, incluindo alargadores estilo disco RHR da Kennametal.

Naqueles casos onde mandrilar é necessário, os três especialistas sugerem que as oficinas olhem para uma das barras de mandrilar tunáveis DeVibrator da empresa. A linha possui cabeças de mandrilar substituíveis, refrigeração interna e capacidade de amortecer vibração em relações comprimento-diâmetro de até 14xD.

Não deixe os cavacos voarem onde quiserem. Em vez disso, leia nossas "8 Dicas Vitais para Melhorar o Controle de Cavacos ao Furar".

Papel Crítico dos Porta-Ferramentas em Furação, Alargamento e Mandrilar

Apesar das muitas vantagens de brocas, alargadores e ferramentas de mandrilar modernas, Hoover alerta que elas podem não ser para todos.

"Se você está rodando uma de nossas brocas em um mandril ER ou porta-ferramentas Weldon, você é menos propenso a ver a vida da ferramenta ou qualidade do furo que teria com um mandril hidráulico", diz ele. "Situação similar existe com ferramentas de alargamento, por isso um porta-ferramentas flutuante ou mandril hidráulico direcionável pode ser necessário para reduzir o runout o máximo possível."

A configuração da máquina, os porta-ferramentas e adaptadores devem ser do mesmo calibre das brocas e alargadores de metal duro de altíssimo desempenho que os fabricantes produzem hoje, diz Slusarcyk.

"Se essas ferramentas não estão sendo colocadas em adaptadores de alto desempenho, a máquina está gasta ou o setup menos que rígido, então elas nunca vão alcançar os benefícios que de outra forma alcançariam", diz ele. "Dito isso, mesmo um metal duro de uso geral superará HSS em virtualmente todas as aplicações CNC, independentemente do porta-ferramentas."

Sua oficina mudou para metal duro sólido? Como você decide quando usar ferramentas HSS e quando ir para alto desempenho?