Cortando o profundo e estreito

A série de fresas de topo OSG EXOCARB® WXS® oferece uma alternativa confiável para usinagem de cavidades profundas

Magnus Hoyer, OSG Alemanha

Vários desafios, como baixa evacuação de cavacos, vibração, trepidação, instabilidade da ferramenta e baixa vida útil da ferramenta, são comumente associados à usinagem de cavidades profundas. Em aplicações profundas, as paredes laterais da peça de trabalho tornam-se barreiras para a remoção adequada de cavacos. A evacuação de cavacos só pioraria quanto mais fundo em uma peça um cortador avança. Além disso, porta-ferramentas e adaptadores podem colidir com a peça devido ao contorno alto e ao ambiente estreito da banda. Com ferramentas de corte padrão, as arestas de corte são totalmente engatadas na peça de trabalho, resultando em forças de corte laterais que podem desencadear vibração, trepidação e, portanto, falha da ferramenta. A usinagem por descarga elétrica (EDM) é frequentemente usada como uma alternativa para usinagem de cavidades profundas, mas é altamente demorada e cara.

A Meissner AG, um fabricante alemão de protótipos, ferramentas de produção e moldes, estava enfrentando esse desafio ao trabalhar com a produção de ferramentas de núcleo de camisa de água que exigem o processamento de bolsos apertados, almas estreitas e contornos altos. Como um fabricante que está sempre em sincronia com os mais recentes equipamentos e tecnologias de produção, a Meissner descobriu que, mesmo com a utilização de usinagem de 5 eixos, o desempenho ideal não pode ser alcançado para esse tipo de trabalho.

Fundada em 1922 e sediada em Biedenkopf-Wallau, Alemanha, a Meissner oferece serviços que incluem o desenvolvimento, projeto e fabricação de protótipos e ferramentas de produção e moldes para clientes em todo o mundo. As ferramentas do produto podem incluir ferramentas para a fundição de blocos de motor, cabeçotes de cilindro, peças de aro de carro de vários materiais, moldes de sopro para tanques de combustível e tubos de enchimento e muito mais.

A Meissner tem um total de 340 funcionários, dos quais aproximadamente 50 são engenheiros. Meissner coloca grande ênfase na excelência do produto, confiabilidade e inovação contínua. A Meissner emprega equipamentos e tecnologia modernos com praticamente todos os sistemas CAD da indústria automotiva e um gerenciamento de dados baseado em CAD para permitir uma comunicação eficaz e eficiente com seus clientes.

A Meissner é uma das primeiras empresas na Alemanha a introduzir a usinagem de 5 eixos. A redução do tempo de ciclo e o aumento da precisão são duas grandes vantagens dos centros de usinagem CNC de 5 eixos. No entanto, os engenheiros de produto da Meissner descobriram cada vez mais frequentemente que, para certos componentes, nem sempre faz sentido confiar na usinagem de 5 eixos.

De acordo com Christoph Schwarz, líder do grupo de produção mecânica da Meissner, a incapacidade de maximizar totalmente o potencial de um centro de usinagem de 5 eixos é especialmente aparente na usinagem de ferramentas com camisa de água.

“Com essas ferramentas, temos áreas apertadas, bolsos apertados, bandas estreitas e contornos altos”, disse Schwarz. “Os limites são colocados nos movimentos giratórios das máquinas, o que reduz as velocidades e os avanços.”

De acordo com Schwarz, os movimentos rotacionais também colocam mais estresse nas ferramentas. Assim, dependendo da geometria da peça, o centro de usinagem de 5 eixos nem sempre faz sentido. A Meissner também processa peças de cavidades profundas com EDM, mas é demorado e caro.

“Com as ferramentas certas, nossas comparações mostraram que, para certas peças, somos muito mais rápidos com um centro de usinagem de 3 eixos”, disse Schwarz.

Cavidades profundas e estreitas geralmente requerem ferramentas muito longas e finas. A deflexão da ferramenta é um problema comum durante o processamento. Por isso, a Meissner tem buscado uma alternativa, pois não queria fresar em ângulo em 5 eixos nem optar pela EDM.

Com as fresas de topo toroidais e esféricas de 2 canais da OSG, uma solução parece ter sido encontrada, principalmente para desbaste de contorno e acabamento de ferramentas de núcleo para camisas de água. A ideia de usar as fresas de topo toroidais e esféricas da OSG em conjunto com um centro de usinagem de 3 eixos surgiu no início do ano a partir de outro projeto. As fresas de topo toroidais e esféricas da série WXS® da OSG foram escolhidas por muitas razões, explica Schwarz.

“Primeiro, foi a experiência positiva. A OSG sempre mostrou boa vontade em responder às consultas, os prazos de entrega eram curtos e a assessoria competente”, disse Schwarz. “Mais importante, porém, foi o resultado obtido com essas ferramentas de corte.”

Enquanto as fresas das séries WXS® e WXS-C são originárias da sede da OSG no Japão, as ferramentas da série EPL são fabricadas nas instalações da OSG Alemanha em Göppingen. A série de fresas de topo WXS® é projetada com um revestimento superduro com nanotecnologia para alta resistência ao calor. Ele é projetado para se destacar em materiais de trabalho acima de 50 HRC. O revestimento WXL® original da OSG tem uma temperatura de oxidação de 1.300°C para permitir maiores velocidades do fuso e maior vida útil da ferramenta, mesmo em usinagem de alta velocidade ou a seco. Sua geometria de ferramenta exclusiva permite fresamento de alta qualidade e precisão, mesmo em condições de usinagem difíceis. Além da fresa de topo WXS®, a WXS-CRE é uma fresa de topo de metal duro de alto desempenho de 5 canais com um super raio e foi projetada para acomodar materiais de até 65 HRC. Por último, mas não menos importante, a EPL é uma série de fresas de topo de 2 canais, de alto desempenho, pescoço longo e ponta esférica projetada para se destacar em materiais de 45 HRC e até 60 HRC.

Os ensaios de usinagem foram realizados na ferramenta de núcleo de camisa d'água com cavidades profundas usando fresamento de 3 eixos. Ferramentas de diferentes fabricantes foram testadas em condições idênticas. De acordo com Matthias Bassler, Gerente Divisional de Produção da Meissner, a decisão foi tomada a favor da OSG.

“Não estamos olhando para o último segundo, mas o tempo também é um fator importante para nós”, disse Bassler.

“Temos muitas operações de acabamento que consomem muito tempo. A qualidade, a vida útil da ferramenta e a confiabilidade do processo são de enorme importância. Qualquer retrabalho que possa ser necessário – por qualquer motivo – teria um efeito enorme nos custos. Nossos testes mostraram que, com esse material, tivemos que executar uma etapa adicional ao utilizar ferramentas de outros fabricantes. Com o OSG, por outro lado, tudo correu bem”, disse Bassler.

Além da produtividade, a Meissner também possui requisitos rigorosos de precisão dimensional e acabamento superficial. As ferramentas de núcleo são pré-acabadas com uma aliança de usinagem ideal de 0,3 mm. Após o acabamento, as tolerâncias em todos os níveis devem estar dentro da faixa de tolerância especificada de 0,03 mm. Tais resultados naturalmente exigiriam uma programação apropriada.

“Para fazer o trabalho corretamente, é necessário primeiro determinar a sequência de ferramentas”, disse Christoph Rothenpieler, programador CAM da Meissner.

“As ferramentas para desbaste e pré-acabamento devem ser escolhidas de tal forma que ocorra a menor deflexão possível posteriormente durante o acabamento. Esta é a única maneira de preparar um contorno ideal”, acrescentou Rothenpieler.

Os pré-requisitos para alcançar tal precisão são altamente dependentes do centro de usinagem e das ferramentas de corte. Neste caso, os centros de usinagem da Hermle fornecem os melhores resultados. Oitenta por cento do trabalho de acabamento é realizado nessas máquinas. Em termos de ferramentas de corte, o gerente de vendas da OSG, Uli Blöcher, sabe o que realmente importa.

“As diferenças entre as ferramentas são determinadas principalmente pela escolha do metal duro, a geometria das arestas de corte, a rigidez dos cones e, mais importante, pelo substrato ou como a ferramenta trabalha nas arestas de corte”, disse Blöcher.

A série EXOCARB® WXS® da OSG oferece geometrias exclusivas de ferramentas de corte projetadas para permitir tempos de ciclo mais rápidos com aplicações profundas. A tecnologia de corte espiral da geometria de corte ajuda a minimizar a vibração e a vibração, permitindo assim o fresamento de contorno estável.

Confira este pequeno vídeo para ver uma comparação da geração de calor entre o EXOCARB® WXS® da OSG e uma fresa de topo concorrente em aço ferramenta D2:

A busca da Meissner por uma solução de processamento alternativa permitiu que eles revivessem vários centros de usinagem de 3 eixos, permitindo que seus centros de usinagem de 5 eixos estivessem em plena produção com outros trabalhos.

Com as ferramentas certas, um centro de usinagem de 3 eixos pode superar um centro de usinagem de 5 eixos para maximizar a lucratividade. As ferramentas da OSG demonstram que o corte profundo e estreito em 3 eixos é possível com vibração mínima, tempo de ciclo e tempo de configuração e, ao mesmo tempo, aumenta a taxa de remoção e a vida útil da ferramenta. Às vezes, questionar um método estabelecido pode ser o primeiro passo para o progresso.

Apresentado anteriormente na revista SHAPE IT.