Domine a Usinagem Médica de Precisão: 8 Técnicas Essenciais para Titânio, Cobalto-Cromo e Aço Inoxidável

Descubra as técnicas preferidas para trabalhar com titânio grau médico, cobalto-cromo e ligas de aço inoxidável à base de níquel.

Parafusos ósseos, placas de fixação, implantes de quadril e joelho — estes são apenas alguns dos difíceis componentes médicos que alguns operadores enfrentam diariamente. Não apenas as geometrias são complexas e as tolerâncias apertadas, mas os metais nestes componentes também podem fazer até o operador mais ambicioso se arrepender de ter aceito horas extras.

Infelizmente, as coisas não estão ficando mais fáceis. Empresas médicas e seus parceiros metalúrgicos estão continuamente desenvolvendo materiais novos e inovadores, incluindo Ti-6Al-4V ELI (intersticiais extra-baixos), Phynox e MP35N, junto com uma série de ligas proprietárias.

A maioria desses materiais se enquadra na categoria de superliga resistente ao calor (HRSA). Tradução: Esses metais estão igualmente à vontade em uma coluna vertebral quanto em um escapamento de turbina a gás vermelho-quente.

Ferramentas de corte desgastam rapidamente, e entalhe na linha de profundidade de corte é comum. Aresta de acúmulo (BUE) — um globo de metal que gruda no topo da ferramenta, e geralmente lasca a aresta de corte quando se solta — também é um problema frequente.

Fabricantes de Ferramentas de Corte Enfrentam o Desafio Médico

A boa notícia é que os fabricantes de ferramentas de corte estão acompanhando essas demandas extenuantes. Desenvolvendo novas geometrias ousadas de plaquetas, graus de metal duro resistentes e revestimentos superlubrificantes, os operadores devem ser capazes de domar até os mais combativos dos metais. Claro, há mais na usinagem bem-sucedida de HRSA do que bom metal duro.

Os operadores também devem aplicar práticas de usinagem sólidas e trajetórias de ferramenta adequadamente programadas. Aqui estão as técnicas mais importantes para remoção eficaz de metal ao trabalhar com ligas grau médico:

1. Mantenha afiado e use revestimento PVD para suas ferramentas.

Como regra, ferramentas afiadas revestidas com PVD funcionam melhor em toda a gama de superligas grau médico. Não se contente com graus de metal duro ou revestimentos de uso geral. Fornecedores de ferramentas de corte desenvolveram graus específicos para cada material grau médico, e você deve aproveitá-los, especialmente em trabalhos de longa duração ou repetidos.

Reserve tempo para alguns cortes de teste em qualquer material novo. Traga seus fornecedores no local para ajudar com isso, e siga seus conselhos. Acima de tudo, desenvolva um processo previsível: É muito melhor programar substituições prematuras de ferramentas do que esperar até que quebrem, danificando a peça, a máquina-ferramenta ou ferindo seu operador.

2. Seja agressivo com velocidade de corte e avanço para reduzir aresta de acúmulo.

Quando os plaquetes não duram tanto quanto gostaríamos, muitos de nós tendem a aliviar a velocidade de corte ou reduzir o avanço. Isso pode ser exatamente o oposto do que é necessário.

Como regra, fornecedores de ferramentas de corte recomendam uma abordagem agressiva quando as operações de usinagem não estão indo bem. Isso porque empurrar a ferramenta com mais força muitas vezes melhora a formação do cavaco, e velocidades de fuso mais altas levam mais calor ao corte, reduzindo BUE.

3. Evite cortar fundo com táticas como fresamento trocoidal.

Profundidades de corte leves em avanços mais altos são tipicamente mais eficazes do que abordagens tradicionais de "desbaste pesado" para remoção de metal.

Trajetórias trocoidais com engajamento total no comprimento (eixo Z) são preferidas. Entre e saia do corte em arco sempre que possível. Evite enterrar a ferramenta no canto. Você saberá que há um problema porque a máquina vai gemer em sofrimento.

Programe um raio ligeiramente maior que o da ferramenta, e volte com uma ferramenta menor para limpar os cantos. Certifique-se de tirar os cavacos do caminho. Se você ouvir o barulho crocante que vem com recorte de cavaco, é hora de verificar se há ferramenta lascada ou quebrada.

4. Mantenha-se verdadeiro (e rígido) com a configuração para aplicações médicas.

Configurações rígidas são sempre óbvias, mas são duplamente importantes com materiais difíceis. Evite excentricidade da ferramenta abandonando porta-ferramentas do tipo collet e side-lock em favor de shrink-fit ou hidráulicos.

Mantenha as ferramentas o mais curtas possível, e considere substituir tornos e mandris mecânicos por seus primos hidráulicos. Afaste ligeiramente as garras do mandril em conicidade reversa, e use garras de torno com aresta de faca para aumentar a aderência. (Mesmo a menor quantidade de movimento ao desbastar um bloco de cobalto-cromo ou titânio pode resultar em um corte ruim.)

Lembre-se que porta-ferramentas devem ser substituídos a cada poucos anos, e mais frequentemente com uso pesado.

5. Seja positivo com seu ângulo de ataque.

A maioria das ferramentas revestidas com PVD e retificadas de precisão têm arestas de corte "afiadíssimas". Ótimo, mas um ângulo de ataque positivo na ferramenta também é vantajoso — como o lado não usado de um diamante de 80 graus ou um plaquete redondo, se viável. Isso reduzirá o entalhe na profundidade de corte, mas muitas vezes o força a voltar com uma ferramenta capaz de usinar o canto quadrado. Ainda assim, pode valer muito a pena, especialmente ao torneiar alguma superliga de níquel super-resistente ou titânio "triplo 5".

6. Mantenha-se frio e mantenha esses fluidos de corte.

É um fato triste, mas algumas oficinas negligenciam seus fluidos de corte. Você pode se safar ao cortar alumínio ou aço doce (embora mesmo então seja mal aconselhado). Com metais ricos em cromo, níquel ou cobalto, fluido de corte cansado leva a vida útil ruim da ferramenta e resultados imprevisíveis.

Toda máquina-ferramenta CNC deve ser equipada com um desoleador para remover óleos estranhos. Fluidos de corte devem ser verificados regularmente para concentração adequada e níveis de pH.

Se sua oficina não possui um aspirador de sump, é hora de considerar um. Ele não apenas reduzirá o tempo de inatividade associado à limpeza do sump, mas também reduzirá custos de reciclagem. Além disso, considere um investimento adicional: fluido de corte de alta pressão e filtração. Tudo funciona melhor com fluido de corte de alta pressão.

7. Olhe alternativas ao usar plaquetas revestidas de metal duro.

Se você está lutando com metal duro revestido, pode ser hora de "ficar nu". Plaquetas não revestidas frequentemente produzem melhores resultados com superligas, especialmente em cortes de acabamento.

Também dê uma chance às cerâmicas. Muitas dessas plaquetas têm "bigodes" reforçados de carboneto de silício, e oferecem velocidades de corte 10 vezes maiores que o metal duro. Sempre execute-as a seco, e nunca use cerâmica com titânio, pois os dois reagem quimicamente.

8. Compartilhe suas melhores práticas de superliga.

Mantenha bons registros do que funciona e do que não funciona — e compartilhe o que você sabe com seus pares. Usinagem médica de precisão é um trabalho importante, e oficinas que têm sucesso nela podem facilmente enfrentar trabalhos aeroespaciais igualmente desafiadores.

Confesse: Você alivia a pressão nas ferramentas quando um plaquete não dura tanto quanto você gostaria? Compartilhe sua experiência.