Superligas de usinagem:especialistas dão dicas para materiais difíceis de cortar

Ganhar vantagem no competitivo mundo da usinagem de hoje exige que as oficinas estejam a par da tecnologia de ferramentas de corte. Aqui estão algumas soluções para superligas – metais que são notoriamente difíceis de usinar, mas comuns nas indústrias aeroespacial, de energia e médica.

Inconel está entre as menos usináveis ​​de todas as ligas metálicas. O mesmo vale para Hastelloy, Nimonic, Waspaloy e Rene. Todos contêm quantidades relativamente altas de níquel, cobalto ou cromo (às vezes todos os três) e metais refratários, como molibdênio e tântalo.

Dada a sua extrema tenacidade, dureza e resistência ao calor e ao desgaste, não é de surpreender que esses importantes metais tenham o elevado título de “superligas”.



O Inconel 718, por exemplo, é amplamente utilizado para fabricar os componentes de seção quente encontrados em motores de turbina a gás, razão pela qual é rotulado como superliga resistente ao calor (HRSA).

Monel K-500 é altamente resistente ao vapor e à água do mar, tornando-o o favorito para aplicações marítimas.

O cromo cobalto (CoCR), por outro lado, é usado para tudo, desde pontes dentárias e joelhos artificiais até turbinas eólicas e alianças de casamento.

Existem três classes gerais de superligas:à base de níquel, à base de cobalto e à base de ferro. A maioria é proprietária, desenvolvida por empresas como Haynes International e Special Metals Corporation (SMC) para uso aeroespacial e para ambientes extremamente quentes, frios ou corrosivos. Conforme observado, todos são difíceis de usinar, exigindo equipamentos rígidos e ferramentas de corte projetadas para esses materiais exigentes.

Fresas de topo, brocas e pastilhas de torneamento

Felizmente, as oficinas mecânicas dispostas a lidar com HRSAs e outras superligas têm muitas ferramentas de corte para escolher atualmente.

Os três fabricantes de ferramentas de corte com quem falamos para este artigo oferecem fresas de topo, brocas e pastilhas de torneamento projetadas especificamente para esses materiais desafiadores, assim como outros fornecedores. A ressalva em cada caso, no entanto, é que diferentes táticas de usinagem podem ser necessárias para que as oficinas aproveitem essas ferramentas em todo o seu potencial.

Por exemplo, a KYOCERA SGS Precision Tools Inc. tem suas fresas de topo da série Multi-Carb, que o engenheiro de aplicações Jacob Rak observa que estão disponíveis com 7, 9 ou 11 canais e possuem um núcleo muito pesado para rigidez.

“Anos atrás, a abordagem convencional com superligas era usar fresas de topo com menos canais e atacá-las agressivamente”, diz ele. “Mas vimos com testes internos, bem como com nossos clientes aeroespaciais, que ferramentas com maior número de canais, quando aplicadas em profundidades de corte bastante leves e velocidades de corte baixas a moderadas, são extremamente eficazes em superligas.”

Dependendo do material específico, a Rak geralmente recomenda começar com uma profundidade de corte radial (DOC) não superior a 5% do diâmetro da ferramenta. Isso supondo, é claro, que uma estratégia de usinagem de alta eficiência (HEM) ou de fresamento dinâmico seja usada, pois servem para afinar o cavaco e reduzir o calor na zona de corte.

“Chegamos a 20% de DOC com uma ferramenta de 9 flautas e funcionou muito bem”, diz ele. “A chave é utilizar esses percursos de usinagem de alta eficiência para distribuir as forças de corte e evitar picos na carga da ferramenta.”

Usando uma ferramenta de núcleo pesado

Rak reitera a necessidade de uma ferramenta de núcleo pesado, pois isso reduz a deflexão comum na usinagem de superligas. O mesmo acontece com Derek Nading, engenheiro de aplicações da M.A. Ford Mfg. Co. Inc., que normalmente começa com o TuffCut XT9 (série 380) da empresa quando se depara com uma aplicação de superliga difícil.

“A XT9 é uma fresa de topo helicoidal de 9 canais, passo variável e 37 graus que projetamos para uma grande conta aeroespacial como especial há vários anos”, diz ele. “Descobrimos rapidamente que ele oferece desempenho inigualável em superligas resistentes ao calor, então, após alguns ajustes adicionais – um revestimento baseado em TiAlSiN (ALtima Xtreme) entre eles – o transformamos em uma oferta padrão.”

Assim como a SGS e outros fabricantes de ferramentas de corte, M.A. Ford também sugere que uma estratégia de fresamento trocoidal é o caminho claro para a usinagem de superligas.

“Com os avanços nas máquinas-ferramenta e seus sistemas de controle nos últimos anos, a tecnologia de fresamento dinâmico, juntamente com metal duro revestido, oferece a melhor vida útil da ferramenta e taxa de remoção de metal”, diz Dirk Dietsch, gerente regional de negócios da região dos Grandes Lagos da M.A. Ford .

“No entanto, essas não são as únicas vantagens do fresamento dinâmico”, acrescenta. “Ele também fornece forças de corte mais baixas, melhor qualidade da superfície da peça, redução do calor crítico na peça de trabalho, além do processo mais consistentemente seguro contra falhas catastróficas da ferramenta de corte.”

Mantendo sua ferramenta legal

Ambos os especialistas em ferramentas de corte enfatizam a necessidade de uma configuração rígida e uma máquina-ferramenta igualmente robusta, assim como Steve Archambault, gerente regional de produtos da Kennametal Inc. destacou o HARVI 1 TE como sua primeira escolha.

“Existem alguns truques em seu design que permitem que o HARVI 1 TE funcione de forma mais suave e com menos atrito”, diz ele. “Nessas ligas de alta temperatura, esta última parte – calor e atrito – é um grande problema. Com um relevo facetado excêntrico, corte de cavacos especial e um núcleo parabólico para maior resistência, esta ferramenta tem todos os atributos necessários para um corte eficiente de superligas.”

Greg Sage, gerente regional de produtos para torneamento da Kennametal, é rápido em apontar que o metal duro não é o único jogo na cidade para usinagem de superligas; também tem cerâmica.

Sage segue o conselho dos outros sobre rigidez, mas acrescenta que isso é especialmente necessário com ferramentas como as fresas de topo totalmente cerâmicas da Kennametal e em aplicações de torneamento onde cerâmica ou PCBN (nitreto de boro cúbico policristalino) são usados.

“Dada uma configuração rígida, classes como nossa cerâmica KYS25 podem atingir velocidades de corte de 700 sfm ou mais em superligas, aumentando muito o rendimento”, diz Sage. “E para operações de acabamento, as pastilhas de torneamento KB1630 PCBN da Kennametal fazem um trabalho fantástico. O importante, no entanto, é que as lojas se lembrem de que existem muitas opções por aí e devem entrar em contato com seu fornecedor de ferramentas de corte para obter suporte ao decidir quais usar e como aplicá-las. ”

Superando as configurações

Os fabricantes de ferramentas de corte lhe dirão que uma classe e geometria específicas do material, configuração rígida e a máquina-ferramenta correta são todos necessários para a usinagem bem-sucedida de superligas resistentes ao calor, como Inconel e Hastelloy.

Eles estão corretos, é claro, mas há mais na história da HRSA do que isso.

Se a broca ou fresa de topo permitir, também é aconselhável usar refrigerante filtrado e bem conservado através da ferramenta a pressões de 70 bar ou mais (1.000 psi). É claro que esta afirmação se aplica igualmente bem a materiais menos exigentes, assim como para a maioria das operações de torneamento.

A construção do porta-ferramentas também merece consideração cuidadosa. Como o arrancamento da ferramenta é uma preocupação no desbaste de superligas, titânio e até mesmo alumínio, um porta-ferramentas antiderrapante Haimer Safe-Lock ou comparável é um bom investimento. Assim é um sistema de balanceamento de ferramentas. Como qualquer maquinista sabe, eliminar o batimento e a vibração são fundamentais para prolongar a vida útil da ferramenta e melhorar a qualidade das peças; uma das melhores maneiras de conseguir isso—além de usar porta-ferramentas hidráulicos, mecânicos ou de ajuste termoencolhível de alta qualidade—é balancear o conjunto completo do porta-ferramentas antes do uso.

Siga estas etapas e logo você descobrirá que as superligas não são tão difíceis, afinal.



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Como você gerencia a usinagem de materiais difíceis de cortar?

À medida que os fabricantes buscam obter vantagem em um mercado global desafiador, é vital entender como usinar determinados metais.

Técnicas para usinagem de superligas – metais que são notoriamente difíceis de usinar, mas comuns nas indústrias aeroespacial, de energia e médica – são, portanto, úteis para se conhecer.

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