Dominando a Metalurgia: Estratégias Comprovadas para Superar Desafios Técnicos Principais

Quando se trata de cortar metal, tempo e qualidade estão frequentemente em conflito, infelizmente. Problemas de qualidade de peça e de máquina surgirão que podem exigir uma mudança no status quo, dizem especialistas em metalurgia da área. Veja como três especialistas diagnosticam e tratam desafios sistêmicos.

Trinca térmica. Deformação. Desgaste de cratera. Não, estes não são termos de ficção científica sobre luas e planetas áridos e desolados, naves espaciais danificadas ou uma descrição de estranhos alienígenas de outro mundo. Estes são termos sobre falhas relacionadas ao calor de ferramentas de corte quando vistas de perto em níveis microscópicos. Mas há muitos outros tipos de dano de ferramenta por aí — alguns dos quais têm a ver com falhas mecânicas.

E daí, você diz? Ferramentas de corte devem fazer seu trabalho e então ser trocadas e descartadas. Você coloca uma ferramenta nova, volta ao trabalho e esquece, certo? Se fosse tão simples. Dano extensivo de ferramenta é frequentemente um sintoma de fatores sistêmicos maiores e interconectados — e requer o diagnóstico adequado para tratamento.

Os especialistas em metalurgia da MSC Ray Gavin, Brian Laffey e Mac Allsup conversaram conosco recentemente sobre desafios técnicos comuns e incomuns de ferramentas de corte que observam e investigam regularmente. É absolutamente verdade que inserto de ferramentas de corte são esperados para desgastar e ser substituídos, eles explicam. A questão é como os fabricantes usam suas ferramentas de corte em máquinas para entregar peças de qualidade em um cronograma de produção — significando um número específico de peças feitas diariamente.

"Quando se trata de clientes, começamos avaliando onde eles estão e onde precisam estar", diz Gavin. No nível mais básico, é sobre entender seus objetivos, "como se eles precisam fazer mais peças por dia, ou se querem produzir peças de maior qualidade?"

Frequentemente, a resposta é ambas, mas então os problemas começam — e com o tempo impacta o negócio. Tempo e qualidade estão em conflito um com o outro, infelizmente. Ferramentas estão tendo que ser trocadas com frequência maior — o que pode não parecer grande coisa nas primeiras vezes — mas então o tempo de inatividade da máquina pode realmente começar a impactar a entrega do produto, eles explicam. Entender como tratar a questão subjacente pode exigir análise de causa raiz mais profunda.

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Áreas de Problemas Comuns de Ferramentas de Corte e Usinagem

Que tipos de problemas eles veem no trabalho todos os dias? Coletivamente, estes técnicos de campo descobrem que ferramentas estão sendo danificadas e peças não estão saindo corretamente por não ter a aplicação correta de refrigeração ou porque o ângulo de corte ou "geometria" do inserto não está definido corretamente — ou a máquina não está sendo rodando na velocidade certa para o material sendo cortado e tipo de ferramenta.

Anecdoticamente, o tipo de falhas que eles veem mais são mais mecânicas em oposição às falhas de muito ou pouco calor, e incluem: Desgaste de flanco, lascamento, entalhes de profundidade de corte e fratura. Temperatura, no entanto, é quase sempre um fator em tudo que tem a ver com corte de metal — então agrupar coisas em termos de calor vs. falha mecânica pode ser simplista demais.

Falha de causa raiz não é tão binária como temperatura ou desgaste mecânico, o que fala da complexidade de diagnosticar problemas de metalurgia. Quando se trata de cortar metal, calor e questões mecânicas estão intimamente conectados. Significa principalmente que a causa da falha pode ser atribuída mais a uma área do que a outra, explicam os especialistas.

Das falhas relacionadas ao calor, uma das mais comuns experimentadas é trinca térmica. Por que isso? "Refrigeração não é aplicada corretamente no ponto de corte", diz Gavin. "À medida que cavacos são criados do corte e refrigeração está sendo aplicada, os próprios cavacos podem atrapalhar. Refrigeração através da ferramenta pode ajudar."

Esta tecnologia "no-ponto-do-corte" permite que refrigeração seja aplicada em duas posições diferentes de cima e abaixo do porta-ferramenta. Quando usada, o resultado é geralmente controle de cavaco muito melhor e menos chance de lesões relacionadas a cavacos quando torneiros entram para remover fios longos de cavaco e são cortados, diz Gavin.

Todos os três especialistas dizem que veem muito pouco desgaste de cratera ou deformação, mas acontece em aplicações usando titânio, ferro e ligas de alta temperatura e em algumas operações de ultra-alta velocidade. Para ilustrar melhor algumas das áreas de problemas técnicos mais comuns, aqui estão várias situações reais que os especialistas encontraram — e como resolveram os problemas.

Desafio: Fratura

Exemplo Real: Um grande fabricante aeroespacial estava usinando com Iconel (de resistência "50 Rockwell") usando uma fresa de facear. A peça sendo construída tem 50 a 60 polegadas de diâmetro, e torneiros estavam usando cortadores de metal duro e pastilhas de facear (pastilhas de usinagem na peça). Levava 20 horas para fresar uma peça porque o material era super resistente, e eles tinham que rodar a máquina muito devagar, então pará-la quando as ferramentas paravam de ser eficazes. Vida da ferramenta era terrível e a produtividade era previsivelmente ruim.

Solução: Laffey aconselhou usar uma fresa de facear cerâmica e fez um pequeno ajuste no caminho de corte para que o material pudesse ser melhor cortado. A peça agora podia ser feita em quatro horas.

Resultado: Produtividade decolou: O tempo de usinagem foi reduzido em 80% de 20 horas para quatro horas.

"Apesar do preço individual da ferramenta custando o dobro, era bem difícil argumentar com o tempo ganho — e que a ferramenta simplesmente funcionava melhor com o material", diz Laffey.

Desafio: Aresta Acumulada por Mau Controle de Cavaco, Entalhe de Profundidade de Corte

Exemplo Real: Um grande fabricante de automação e geração de energia tinha uma máquina grande com mandril de 36 polegadas de diâmetro para peças de aço inoxidável muito grandes que tinham cavacos enrolando ao redor do mandril, causando muito tempo de inatividade e queimando ferramentas. Toda vez que acontecia, havia 20 minutos de trabalho improdutivo para cada 30 minutos de tempo de ciclo. E, o fabricante estava subalimentando a ferramenta de torneamento de inserto indexável de metal duro, o que causava acúmulo na aresta. Também era um risco de segurança, pois torneiros estavam alcançando dentro da máquina e sendo cortados. Estavam usando luvas de couro, não luvas resistentes a corte.

"Um bom lugar para olhar é na sucata reciclada do cliente para ver todos os problemas que uma ferramenta pode estar experimentando", diz Allsup. "Uso uma lupa de 30x para ver exatamente o que está acontecendo. Neste caso, eles tinham muito acúmulo de aresta por irem muito devagar. Era como se estivessem tentando cortar manteiga congelada com uma faca de manteiga. Então, o material estava grudando no revestimento da ferramenta."

Solução: Allsup recomendou mudar os parâmetros, ajustar a profundidade de corte e a velocidade de corte, usar uma geometria mais afiada, e aumentar velocidade e taxas de avanço.

"Eles tinham o grau certo, mas sua profundidade de corte era menor que o nível recomendado para aquele tipo de quebra-cavaco", diz Allsup.

Resultado: Níveis de produção voltaram ao normal, e tempo de inatividade foi completamente eliminado.

"A economia de custos foi de US$ 2.500, mas a principal economia foi parar a máquina e puxar os cavacos da máquina a cada 15 minutos", diz Allsup. "As mudanças de processo permitiram que o cliente rodasse a peça completa sem parar a máquina e eliminando o risco de segurança."

Desafio: Lascamento, Fratura

Exemplo Real: Um subcontratado aeroespacial estava fresando uma grande peça de motor que tinha 30 polegadas de diâmetro com 36 bolsões em uma máquina CNC horizontal de 5 eixos. Esses bolsões eram de um material de liga à base de níquel muito duro, Rene 41, que Laffey descreve como "nojento e quase se recusa a ser usinado". Com a fresa de topo que estavam usando, os torneiros só conseguiam cortar quatro bolsões antes que ela fosse destruída — e tinham pouca maneira de medir a condição da fresa de topo. O fabricante teria que parar a máquina, resetar uma nova ferramenta, então fazer um corte de teste para garantir que a nova funcionava — o que era muito demorado e frustrante.

Solução: Laffey aconselhou usar uma fresa de topo de cabeça intercambiável que tem um grampo de ferramenta com extremidade roscada que pode ser facilmente rosqueada e desrosqueada para troca e configuração de ferramenta mais fáceis. O fabricante agora conseguia fazer 10 bolsões por execução sobre os quatro que estava fazendo.

Resultado: O fabricante ganhou 24 horas por semana de volta. A economia de tempo rende ao cliente três turnos de oito horas.

"O preço por ferramenta foi de US$ 25 para US$ 75 para ganhar 24 horas de volta", diz Laffey. "A matemática foi óbvia, assim como o aumento de bolsões criados na peça com a ferramenta. E eles não tiveram que re-medir, não houve corte de teste necessário, e nenhuma nova medição necessária — apenas mudando o mecanismo de fixação, eles puderam trabalhar com a peça melhor … Eles não sabiam que a tecnologia de fixação existia."

Desafio: Acabamento de Peça Ruim, Vida da Ferramenta Fraca

Exemplo Real: Uma grande empresa aeroespacial fazendo peças especiais com aço inoxidável 17-4 PH tinha material sendo cortado a aproximadamente 40 polegadas por minuto em uma célula de quatro máquinas que trabalham em operação 24/7. O fabricante estava realizando usinagem de alta velocidade com fresas de topo esféricas usando uma máquina de 4 eixos rotacionando no eixo A em alto volume. A coisa mais importante era fazer o máximo de peças possível, mas o acabamento da peça era de má qualidade e a vida da ferramenta era fraca.

Solução: Gavin aconselhou mudar para fresas de alto avanço e usar uma abordagem de perfilamento diferente. Ele trabalhou com o fabricante para reprogramar o caminho da ferramenta de uma maneira completamente nova.

"Fomos 180 graus diferente neste e pensamos fora da caixa", diz Gavin. "Conseguimos reduzir drasticamente o 'tempo no corte'."

Resultado: Tempo de ciclo reduzido de aproximadamente 18 minutos por peça para 4,5 minutos. O corte de material foi de 40 ipm para 300 por minuto. O custo por peça foi reduzido em quase 300%.

O outro resultado: Outra divisão no campus deste fabricante ouviu sobre as melhorias, e a mesma abordagem foi então implementada em outras oito máquinas.

Suas máquinas estão cortando tão otimamente quanto você gostaria? Como sua oficina está lidando com problemas de saída acontecendo na máquina? Compartilhe sua experiência.