Maximize o Sucesso da Usinagem de Alto Desempenho: Por Que Porta-Ferramentas Importam

Entre materiais de metal duro, altas velocidades e avanços — e balanceamento de ferramentas — porta-ferramentas são muito mais importantes para o sucesso da sua peça em uma máquina de alto desempenho do que você imagina. Saiba por quê.

Sua oficina acabou de comprar um novo centro de usinagem de alto desempenho. Ele ostenta especificações impressionantes, incluindo um fuso de 20.000 rpm, taxa de avanço rápido de 2.400 ipm e avanços correspondentes. É muito mais rápido do que qualquer outro no chão de fábrica. Todos estão gostando do som estacato de cavacos contra a chapa metálica e do zumbido baixo do motor do fuso em um corte profundo.

Há apenas um problema: nessas novas e melhoradas velocidades de fuso mais altas, o chatter faz todos procurarem protetores auriculares. A vida útil da ferramenta está se deteriorando. Ao cortar peças aeroespaciais de 17-4 PH e titânio Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Triple 5) que o chefe começou a trazer recentemente, a extração da ferramenta (tool pullout) tem sido um grande problema. O resultado? As pilhas de peças que deveriam ser feitas todos os dias a partir do investimento em um HPMC simplesmente não estão aparecendo.

Com justiça, você também pode ter essas reclamações sobre os centros de usinagem mais antigos e menos capazes. De fato, pode ter sido um dos motivadores para uma nova máquina em primeiro lugar. Sinto informar, mas o problema provavelmente é que os porta-fresas de travamento lateral e mandris tipo ER que você usa há décadas não são apropriados para a tecnologia de usinagem moderna.

“Você tem a máquina-ferramenta capaz de altas velocidades e avanços, a ferramenta de corte com as geometrias e revestimentos mais recentes, e com o porta-ferramenta sendo a interface entre os dois, por que economizar?” diz Ronald West, gerente sênior de produto global da Kennametal. “Com as máquinas-ferramenta atuais capazes de velocidades e avanços mais altos, a fixação de ferramentas tornou-se mais importante do que nunca para aproveitar as capacidades de ferramentas de corte de alto desempenho.”

Alguns fabricantes colocam seus investimentos na máquina e na mais recente tecnologia de ferramentas e corte, mas não é incomum ver muitas empresas usarem um porta-ferramentas genérico que não é adequado para o trabalho. No entanto, é um dos elementos mais importantes nos ambientes de alto desempenho de hoje — especialmente em aplicações aeroespaciais onde você trabalha com materiais avançados, explica West.

“Porta-ferramentas de travamento lateral ainda são proeminentes na indústria, mas na verdade fazem um desserviço ao investimento em ferramentas de corte de metal duro que as empresas estão comprando agora”, diz West. “O porta-ferramentas precisa corresponder ao tipo de máquina de alto desempenho usada hoje.”

Pare o Movimento da Ferramenta, Evite Sucata Extra, Salve a Vida da Ferramenta

Considere a extração da ferramenta (tool pullout). A usinagem de titânio e outras superligas resistentes ao calor gera altas forças de corte não apenas nas direções axial e radial, mas também na direção axial, o que pode resultar em extração da ferramenta. É ainda mais importante usar o tipo certo de porta-ferramentas para evitar falha da ferramenta e sucata de peça. Pode não ser muito — talvez apenas alguns milésimos de polegada por vez, mas as chances são boas de que seja suficiente para sucatear peças muito caras. Faça todos os sulcos e achatamentos que quiser no corpo da ferramenta, ela ainda vai se mover, mais provavelmente quando você menos espera.

A melhor solução é um porta-ferramentas especificamente projetado para eliminar a extração. Muitos fornecedores licenciam a tecnologia Safe-Lock patenteada da Haimer. Todos superam de longe um porta-ferramentas de travamento lateral tradicional, melhorando as características de runout (desvio radial). Aqui está uma pequena amostra de algumas soluções disponíveis:

• O porta-fresas hidráulico CoroChuck 930 da Sandvik Coromant usa um mecanismo de dois pontos estilo “fulcro” para impedir movimento.
• O mandril hidráulico HydroForce™ da Kennametal para fresamento pesado alega runout e precisão excepcionais — e uma luva SAFE-LOCK opcional ajuda a evitar extração em materiais difíceis de usinar (como os usados nas indústrias aeroespacial e de energia).
• O Mega Perfect da Big Kaiser aceita fresas de topo com chanfro Weldon, mas diz-se que elimina escorregamento e extração.

Quer tirar o máximo proveito de seus esforços de metalurgia? Leia “Como Maximizar a Produtividade da Máquina com Porta-Ferramentas.”

Controle Harmônicos, Chatter e Fuso

Você está girando ferramentas mais rápido do que nunca, e o runout com o qual convive há anos vai destruir rapidamente até a melhor fresa de topo. Como se a vida útil ruim da ferramenta não bastasse, o rpm mais alto gera os harmônicos que levam ao chatter, possivelmente seguido por danos ao fuso devido a uma situação de desequilíbrio.

Você tem várias opções para gerenciar essas velocidades mais altas, avanços, chatter e problemas harmônicos, incluindo: fixação por contração (shrink-fit), mandris hidráulicos e mandris de fresamento mecânicos. Você deve testar cada um por si mesmo, documentando os resultados e tomando sua decisão com base no desempenho em suas máquinas, não no preço.

Fixação por Contração (Shrink-Fit)

Você vai precisar de uma máquina de contração, e gastará um ou dois minutos extras aquecendo e resfriando o porta-ferramentas a cada troca de ferramenta, mas muitas oficinas juram pela extrema precisão e equilíbrio inerente da fixação por contração. A Haimer diz que leva menos de 40 segundos no total.

Porta-Ferramentas e Mandris Hidráulicos

Mandris hidráulicos são precisos, simples de usar e oferecem capacidades robustas de fixação. O HydroForce™ da Kennametal é um usado para fresamento pesado, por exemplo, que alega três vezes a força de fixação de sistemas de mandris hidráulicos convencionais e precisa de nada mais que uma chave Allen para operar. Mandris HydroForce têm capacidade de amortecimento que melhora a vida útil da ferramenta, especialmente ao usinar titânio e outras ligas de alta temperatura.

Mandris de Fresamento Mecânicos

Schunk, Iscar, Guhring e outros comercializam mandris de fresamento mecânicos classificados para 20.000 rpm e runout de 0,0002 polegada ou melhor (assim como Sandvik Coromant, Big Kaiser e outros). Novamente, a operação é simples, com rigidez e forças de fixação muito superiores ao chanfro Weldon de 100 anos.

Falando em fixação legada, esperamos que sua nova máquina tenha vindo com uma interface de fuso HSK, Capto, KM4X ou comparável. CAT e BT-flange são perfeitamente bons para trabalhos menos exigentes, mas arar materiais HRSA ou fresar uma cavidade de molde em altas velocidades de fuso exige uma interface de fuso moderna.

Nessas Taxas de Máquina, Você Precisa de Balanceamento de Ferramentas

A maioria dos especialistas em ferramentas diz que conjuntos de porta-ferramentas balanceados são obrigatórios para velocidades de fuso de 20.000 rpm ou mais, enquanto outros sugerem que a barra é mais baixa.

“Quando você está rodando máquinas-ferramenta tão rápido, geralmente acima de 12.000 rpm, é recomendado sempre balancear o sistema completo (ou seja, porta-ferramentas com a ferramenta de corte)”, diz West. “Isso apenas aumenta a vida útil da ferramenta e diminui o desgaste do fuso… É um pouco mais difícil com um mandril tipo ER ou adaptador de fresa de topo manter o equilíbrio devido ao seu design e hardware necessário, mas tipicamente mandris hidráulicos e adaptadores de contração são muito mais fáceis de balancear fino para aplicações de alta velocidade.”

A 6.000 rpm você não vai notar o desequilíbrio tanto, observa West, mas com velocidades mais altas, o balanceamento da ferramenta é crucial — e algo que pode ser mal compreendido ao falar sobre porta-ferramentas.

Para ajudar, uma máquina de balanceamento especial é necessária, assim como esforço adicional durante o processo de pré-ajuste da ferramenta. Certifique-se de que você está pré-ajustando. Porta-ferramentas pré-balanceados não serão suficientes, pois o conjunto completo, incluindo a ferramenta de corte e o parafuso de retenção (para aqueles com máquinas CAT e BT), deve ser balanceado como uma única peça. Seguindo estas recomendações e incluindo manutenção rotineira para estender a vida útil da ferramenta, você reduz tempo de inatividade e faz peças melhores.

“Você pode mostrar melhorias de desempenho da peça com os porta-ferramentas certos”, diz West. “É algo fácil de ignorar, mas que faz uma enorme diferença.”

Você notou a diferença que um porta-ferramentas pode fazer em um centro de usinagem de alto desempenho? Compartilhe sua experiência.