Em princípio, a usinagem de peças grandes envolve a mesma ação de corte e processo de formação de cavacos que as peças pequenas ou de tamanho médio. No entanto, grandes dimensões exigem uma abordagem específica para a usinagem, e os fabricantes precisam planejar o processo de manufatura e escolher as ferramentas de corte mais eficazes para a fabricação de peças pesadas.
Transportar a peça no chão de fábrica, montá-la e fixá-la corretamente na máquina e a preparação da máquina são grandes desafios. A fixação de peças grandes não é uma tarefa fácil e, muitas vezes, requer soluções não padronizadas. Usinagem de peças grandes envolve a remoção de grande quantidade de material o que pode causar deformações significativas devido a tensões não aliviadas. Outro fator, que leva a problemas dimensionais, é a expansão térmica causada pela geração de calor durante o corte: em peças grandes isso se torna muito mais sensível em comparação com peças “normais”. A necessidade de remover uma grande quantidade de material requer uma evacuação apropriada de cavacos para evitar o recorte, fato que poderia afetar negativamente as ferramentas sendo utilizadas.
A solução para superar as dificuldades está na tecnologia, baseada no planejamento efetivo do processo, na utilização de máquinas adequadas, na fixação apropriada e no deslocamento mínimo da peça. Uma única preparação de máquina representa o ideal absoluto para a usinagem de peças grandes, e os fabricantes de segmentos industriais como geração de energia, aeroespacial, ferroviário, fabricação de moldes e matrizes e indústria pesada fazem todos os esforços necessários para obter esse ideal. E as ferramentas de corte desempenham um papel significativo para que o objetivo seja alcançado.
Uma característica distinta dessas indústrias é seu consumo substancial de ferramentas de grande porte, principalmente indexáveis, destinadas à remoção produtiva de grandes quantidades de material, especialmente em operações de usinagem em desbaste
Fabricantes de peças grandes têm a mesma expectativa que qualquer outro fabricante quando utilizando ferramentas de corte: excelente desempenho, boa vida útil da ferramenta e alta confiabilidade. Os dois últimos são especialmente essenciais porque se leva bastante tempo na usinagem de peças grandes, mas a substituição de uma ferramenta desgastada no meio de um passe ou a quebra imprevisível da ferramenta durante o corte são fatos totalmente inaceitáveis. A fim de atender ao máximo os requisitos dos fabricantes de peças de grande porte, os fabricantes de ferramentas de corte fornecem várias soluções, baseadas em projetos standard e especiais. Como uma empresa líder no setor de ferramentas de corte, o conhecimento e a experiência acumulados da ISCAR ao longo dos anos provaram ser um diferencial no desenvolvimento de soluções eficientes para esses desafios.
Faceamento pesado
É difícil usinar uma peça grande sem operações de faceamento. Operações de desbaste e acabamento de superfícies planas e curvas e a preparação de superfícies de referência exigem vários tipos de fresas de faceamento indexáveis. As fresas de faceamento standard da ISCAR possuem diâmetros nominais de até 315 mm (12 "), enquanto ferramentas especiais sob medida podem atingir diâmetros maiores. Os insertos montados nessas fresas possuem geometrias de corte diferentes, pois foram projetados para usinar diferentes grupos de materiais. A remoção significativa de material por fresamento é uma questão a ser considerada principalmente na usinagem de peças grandes de aço e ferro fundido e, um pouco menos, quando usinando titânio e alumínio.
A linha de faceamento standard da ISCAR inclui várias famílias de ferramentas para a fabricação de peças de grande porte. O HELITANG T465 possui fresas com um ângulo de ataque de 65 ° e montam insertos fixados tangencialmente. O design robusto proporciona uma usinagem produtiva com uma profundidade de corte de até 19 mm (0,750 "). A família HELIDO 890 possui fresas de faceamento com ângulo de ataque de 89° que montam insertos quadrados de dupla face (Fig. 1). Estas fresas eficientes, são realmente indispensáveis no fresamento de uma face que fica próxima a uma parede e oferecem uma vantagem econômica importante: pastilhas quadradas com 8 arestas de corte indexáveis para profundidades de corte de até 9 mm (.354 ").
Arestas longas, usinagem produtiva
As fresas indexáveis de canais estendidos “arestas longas” são considerados ferramentas indispensáveis para o fresamento produtivo em desbaste. Na fabricação de peças grandes, eles se destacam na usinagem de contornos e cavidades profundas. Também podem ser utilizadas somente as suas arestas laterais, operações comuns em vários processos, desde usinagem de chapas e lingotes até de um simples contorno.
A linha ISCAR de fresas indexáveis de canais estendidos varia na configuração do projeto, podendo a montagem ser do tipo haste ou porta-fresa e o princípio de fixação da pastilha ser radial ou tangencial. Essas ferramentas trabalham em condições severas de corte com cargas mecânicas e térmicas significativas. A remoção contínua de material requer um bolsão com volume apropriado para garantir uma efetiva evacuação dos cavacos. A situação pode ser em muito melhorada com a utilização de fresas de canais estendidos da ISCAR montando pastilhas com cisalhadores de cavacos, para dividir um cavaco largo em pequenos segmentos. Como consequência, as forças de corte são reduzidas, as vibrações são estabilizadas e os problemas térmicos são aliviados.
Embora as ferramentas a 90 ° sejam as fresas mais usadas, a usinagem de peças grandes também requer fresamento pesado de superfícies inclinadas e 3D, para as quais a ISCAR fornece uma família de fresas de canais inclinados com ângulos de corte de 22,5 ° - 75 °. Em alguns casos, particularmente na fabricação de moldes e matrizes, é necessário o fresamento combinado em desbaste de contorno e perfil. As fresas de canais estendidos e topo cilíndrico DROPMILL 3 foram projetados especificamente para tais aplicações.
A fabricação de componentes aeroespaciais de grande porte a partir de ligas de titânio de difícil usinabilidade é um processo extremamente intensivo de remoção de material com uma significativa relação de peso peça bruta-peça acabada. O peso final de uma peça pode ser de apenas 10%, ou até menos, do seu peso original. A família de fresas de canais estendidos XQUAD, um dos mais novos produtos da ISCAR, destina-se ao fresamento de alta eficiência de cavidades profundas e paredes longas de peças de titânio. Essas ferramentas (Fig. 2) são adequadas para usinagem com o fornecimento de refrigeração de alta pressão, o que aumenta significativamente a produtividade e melhora a vida útil da ferramenta. Estas ferramentas já se comprovaram: por exemplo, fabricantes de componentes alcançaram uma taxa de remoção de material de 700-1000 cm³ / min (43-61 in³ / min) usando uma fresa XQUAD de 80 mm (3 ”) de diâmetro.
Na engenharia ferroviária, fresas combinadas são usadas para garantir a usinagem simultânea de diferentes regiões da peça. Estas fresas possuem arestas longas, formadas por um conjunto de pastilhas indexáveis montadas sucessivamente.
Solução rápida e produtiva
A usinagem de alta eficiência com fresas de canais estendidas indexáveis e fresas de faceamento de grande diâmetro pode ser comparada ao trabalho de uma retroescavadeira pesada escavando areia com uma grande caçamba. A caçamba cheia de areia, operada por um motor potente, move lentamente um grande volume de material descartável. Ao mesmo tempo, existe um método alternativo para a escavação eficiente. Imagine uma escavadeira mais compacta com uma corrente de escavação em movimento rápido. Cada elo da corrente remove um pequeno volume de areia, mas faz isso de maneira rápida. No corte de metal, esta escavadeira é um fresa de alto avanço, que usina com baixas profundidades de corte, mas com um avanço por faca mais alto do que as taxas usuais - milímetros em vez de décimos de milímetros.
As fresas de alto avanço são utilizadas principalmente na usinagem em desbaste de faces planas, cavidades e superfícies 3D (Fig. 3). Essas ferramentas são mais comuns na fabricação de peças grandes de aço e ferro fundido, embora o fresamento de alto avanço (HFM) em ligas de alta temperatura não seja incomum hoje em dia.
A ISCAR tem uma grande variedade de famílias de fresas de alto avanço, destinadas à usinagem de vários materiais em diferentes aplicações. O “mundo” das fresas HFM da ISCAR engloba famílias de ferramentas em faixas de diâmetro de até 160 mm (6,3“) que podem atender aos requisitos do mais exigente cliente.
O fresamento de alto avanço requer máquinas com fusos de avanços rápidos. Fabricantes de peças grandes geralmente têm máquinas pesadas, potentes, mas lentas, que não são adequadas para o faceamento em alto avanço. Para esses clientes, a ISCAR desenvolveu fresas de avanços moderados (MF). Em comparação com as fresas de alto avanço, as fresas de avanços moderados apresentam um ângulo de ataque maior; elas se deslocam mais devagar, mas usinam em profundidades maiores e precisam de mais potência para torná-los adequadas para aplicações em máquinas pesadas.
Large parts are often made from difficult-to-cut materials such as hard and high wear-resistant steel or cast iron. The welded part structure and the process of repairing worn parts by spraying fillers or soldering, add materials that are not easy-to-machine either. High speed milling (HSM) resolves these issues. Originally applied in die and mold making, high speed milling was developed as a productive method of milling hard steel that led to decreasing a part relocation, lessening setup, minimizing manual finish and polish, and, as a result, reducing cycle time. High speed milling features a small-in-diameter tool that rotates at high speed and mills material at shallow, light cuts.
Muitas vezes, peças grandes são feitas de materiais difíceis de usinar, como aço endurecido de alta resistência ao desgaste ou ferro fundido. A estrutura da peça soldada e o processo de reparação de peças desgastadas por deposição de solda adicionam materiais que também não são fáceis de usinar. O fresamento de alto avanço (HSM) resolve esses problemas. Originalmente aplicado na fabricação de moldes e matrizes, o fresamento de alto avanço foi desenvolvido como um método produtivo de fresamento de aço endurecido que reduziu a necessidade de deslocamento da peça, facilitou a preparação e minimizou o acabamento manual e o polimento e, como resultado, reduziu o tempo de ciclo. O fresamento de alto avanço se caracteriza por uma ferramenta de pequeno diâmetro que se desloca em alto avanço e remove material em cortes rasos e leves.
A ferramenta HSM mais conveniente é uma fresa de topo inteiriça de metal duro e a família MULTI-MASTER da ISCAR de fresas de topo montadas, que montam cabeças intercambiáveis de metal duro, também representa uma opção viável. A linha de fresas de topo inteiriças de metal duro da ISCAR oferece várias fresas de diferentes números de facas em diâmetros de até 20 mm (0,750 "), destinadas ao fresamento em alto avanço de materiais com dureza de até HRC 70. A diminuição do sobremetal de usinagem devido à produção de peças grandes mais precisas, por exemplo, utilizando fundição ou moldagem precisa, abrem novas oportunidades para o fresamento de alto avanço.
Cabeças intercambiáveis mudam a dinâmica
Em muitos casos, a fabricação de peças grandes é de pequeno volume e até única. Neste contexto, minimizar o tempo de inatividade da máquina tem importância crítica. O planejamento inteligente de processos para reduzir consideravelmente o tempo de preparação pode ajudar a resolver esse problema. Cada vez que uma fresa gasta é substituída, correções adicionais de dimensões em programa CNC são necessárias, o que aumenta o tempo de inatividade.
As famílias de ferramentas rotativas com cabeças intercambiáveis montadas da ISCAR – fresas MULTI-MASTER e brocas SUMOCHAM (Fig. 4) - permitem reduções substanciais no tempo de inatividade. O contato de face entre a cabeça e o corpo da ferramenta garante que o comprimento da ferramenta esteja dentro dos limites estritos de tolerância, resultando numa alta repetibilidade dimensional da montagem. A substituição de uma cabeça gasta não requer operações de configuração adicionais ou a remoção da ferramenta da máquina.
Inversão de marcha com fresotorneamento
O fresotorneamento, que é o método de usinar uma peça rotativa por meio de uma fresa de facear, é uma boa opção para usinar peças rotativas pesadas. Em torneamento, a velocidade de corte é em função da rotação. Se o fuso principal de uma máquina não permitir a rotação de grandes massas com a rotação necessária devido às limitações de suas características de trabalho, a velocidade de corte está longe da faixa ideal e o desempenho do torneamento será baixo. O fresotorneamento oferece uma solução eficaz para o problema. Ao girar peças grandes excêntricas, como virabrequins, massas descentralizadas das peças causam forças desequilibradas que afetam negativamente o desempenho. O fresotorneamento permite a baixa rotação da peça, o que evita esse efeito negativo (Fig. 5).
A maioria das fresas de faceamento indexáveis da ISCAR é adequada para o fresotorneamento. O sucesso de sua aplicação depende do posicionamento da fresa em relação à peça usinada, escolher a geometria ideal das pastilhas e a utilização correta dos dados de corte. Os especialistas de campo da ISCAR estudaram a cinemática do torneamento e desenvolveram uma metodologia apropriada para definir esses parâmetros.
Desempenho confiável
A usinagem de peças grandes é um processo demorado, durante o qual as ferramentas usinam o material por um longo período, e isso significa que a confiabilidade, estabilidade e o desgaste previsível da ferramenta são questões de alta prioridade. Uma falha repentina da ferramenta pode danificar seriamente a peça e até causar o seu sucateamento. Um fabricante de ferramentas de corte utiliza-se de alguns recursos para melhorar a confiabilidade, incluindo o design avançado da ferramenta, material de corte inovador e desenvolvimento tecnológico. A utilização efetiva desses instrumentos é a chave para o sucesso da usinagem de peças grandes, e a recém-introduzida gama de novas ferramentas e classes de metal duro da ISCAR oferece essa chave.
