Prever o desgaste da ferramenta para melhorar a segurança do processo e reduzir o refugo em torneamento de aços

Um estudo feito pela Universidade de Beihang na China que foi publicado no International Journal of Production Research vincula a manutenção preditiva diretamente à qualidade dos produtos. Porém, como os fabricantes podem combinar esta previsibilidade e a excelência em suas operações de torneamento de aços com menos mão de obra na fábrica ou em produção sem supervisão? Aqui, Rolf Olofsson, gerente de produtos na Sandvik Coromant, a líder global em ferramentas de usinagem, explica por que as ferramentas certas e processos à prova de falhas, são fundamentais para peças de qualidade.

Enquanto a pesquisa da Universidade de Beihang destaca "a forte relação entre a estratégia de manutenção, o planejamento da produção e a qualidade”, a Sandvik Coromant está vendo uma tendência crescente em que os fabricantes de máquinas-ferramentas estão incorporando sistemas de monitoração do processo em máquinas CNC modernas. 

O recente relatório Digital Factories 2020 da Pricewaterhouse Coopers (PwC) recomenda que "as empresas devem tomar decisões mais inteligentes usando análises preditivas e aprendizagem da máquina,” embora 98% dos fabricantes entrevistados no relatório disseram que esperam aumentar a eficiência através do uso de manutenção preditiva. Enquanto isso, espera-se que o mercado global de monitoração da produção cresça de $4.0 bilhões em 2018 a $6.4 bilhões em 2023, em uma taxa de crescimento anual composta (CAGR - Compound Annual Growth Rate) de 9,8%, de acordo com a Markets and Markets.

Alinhada com essas tendências, a previsibilidade também se torna cada vez mais importante no torneamento moderno de peças de aço. Isso coincide com a crescente supervisão humana limitada em face às novas necessidades de distanciamento social nas fábricas. É claro que a produção sem supervisão é o caminho certo — mas não pode ser alcançada sem a capacidade de detectar o desgaste da ferramenta e evitar quebras repentinas.

Sem intervenção humana 

As trocas de pastilha, interrupções da produção e a procura da pastilha certa para cada aplicação ou material são os fatores que mais tomam tempo na produção moderna. 

Diversos fatores podem impedir os fabricantes de peças de aço desde alcançar a quantidade de peças desejada por turno até as propriedades de resistência ao desgaste da ferramenta. Isso se aplica especialmente na área de aplicação ISO P15 e P25. ISO P15 e P25 referem-se às demandas que diferentes condições de trabalho impõem aos parâmetros da máquina. Dentre essas condições estão dados de corte, acabamento superficial, profundidade de corte, superfícies usinadas ou desbastadas e cortes contínuos ou interrompidos.

É nesta área de aplicação que as pastilhas de metal duro com resistência ao desgaste superior são vitais para apoiar a produção sem supervisão ou até no escuro. 

Entretanto, o que queremos dizer com resistência ao desgaste? Existem tipos diferentes. Por exemplo, a resistência à fratura é primordial porque é uma aresta de corte capaz de resistir à deformação plástica induzida por temperaturas muito altas. Além disso, a cobertura da pastilha deve ser capaz de evitar o desgaste do flanco, a craterização e a aresta postiça. Crucialmente, a cobertura também deve aderir ao substrato. Se a cobertura falhar à aderência, o substrato é exposto, o que pode causar falha rapidamente. 
 
Para evitar esses fenômenos de desgaste, o segredo é limitar o desgaste contínuo e controlável, bem como eliminar o desgaste interrompido e incontrolável. Isso não é fácil dada a tendência atual para usinagem com supervisão humana limitada ou sem supervisão nenhuma — mas várias tecnologias podem ser vantajosas. Com frequência, fala-se em manutenção preditiva e preventiva como software e sensores inteligentes que podem ser "os olhos e os ouvidos virtuais" de uma máquina com recomendações ideais que combinam com a deterioração do desempenho da ferramenta.
 
Então, podemos alcançar melhor desgaste através de sensores, mas e através de ferramentas melhores? 

Evitando quebras

Quando optar por uma pastilha de melhor desempenho, a classe ideal é aquela que limita ou, até evita em algumas situações, o desenvolvimento do desgaste. O desgaste previsível é especialmente útil para produção sem supervisão ou no escuro. 

Para alcançar o desgaste mínimo, é fundamental selecionar a pastilha de metal duro certa que possa propiciar desempenho consistente e previsível. É por isso que a Sandvik Coromant lançou duas novas classes de metal duro para torneamento de ISO P em sua gama, GC4415 e GC4425, que foram desenvolvidas para propiciar melhor resistência ao desgaste e ao calor, além de tenacidade. 

Em particular, as duas classes são ideais para usar com aços baixa-liga e sem liga. Elas podem usinar uma grande quantidade de peças e contribuir para prolongar a vida útil da ferramenta — tanto em set-ups de produção em massa ou lote. 

As classes GC4415 e GC4425 — que, como os nomes sugerem, referem a P15 e P25 — contêm a segunda geração da tecnologia Inveio®. Inveio é uma orientação unidirecional de cristais na camada de cobertura de alumina com propriedades exclusivas que podem ser vistas ao examinar o material em um microscópio.

Todos os cristais na cobertura de alumina são alinhados na mesma direção, criando uma forte barreira na direção da zona de corte. A orientação dos cristais foi substancialmente melhorada na segunda geração da cobertura Inveio. Isso confere à pastilha maior resistência ao desgaste e prolonga a vida útil da ferramenta — e pode auxiliar no desgaste previsível.

Metas alinhadas

A GC4415 e a GC4425 já propiciaram benefícios impressionantes aos clientes da Sandvik Coromant. Na verdade, quando comparada à pastilha concorrente, a GC4425 aumentou a vida útil da ferramenta em 270 peças contra 150 peças. 

Outro teste de comparação foi realizado por um cliente de engenharia geral nos EUA que mediu o desempenho da GC4415 em relação a uma pastilha de metal duro concorrente. Ambas as pastilhas foram usadas para torneamento de produção em lote e processos de acabamento em uma peça de aço 330HB e a ferramenta foi trocada quando apresentou acabamento superficial insatisfatório. A refrigeração por emulsão foi usada em cada caso. 

Os resultados foram claros. Com a pastilha GC4415, o cliente quase que conseguiu duplicar seus parâmetros de dados de corte. Isso incluiu uma velocidade de corte (vc) de 280 m/min (918 pés/min.) com a GC4415 versus 200 m/min (656 pés/min.) com a ferramenta concorrente; em uma faixa de avanço (fn) de 0,15 mm/rot. (0,006 pol./rot.) versus 0,1 mm/rot. (0,004 pol./rot.).

O cliente pode aumentar significativamente a vida útil da ferramenta e a produtividade. Em geral, a pastilha GC4415 da Sandvik Coromant com tecnologia Inveio produziu duas vezes o número de peças, 80, antes de mostrar sinais de desgaste, contra apenas 40 com a outra ferramenta. Isso significa um aumento de 100% na produtividade e duas vezes a vida útil da pastilha. 

Aprimorado com o digital

Além da ferramenta aprimorada com as pastilhas de classe GC4415 e GC4425, a Sandvik Coromant também avançou sua oferta de digitalização. Para isso, seus especialistas trabalharam junto com construtores de máquinas-ferramentas, provedores de serviços de nuvem e empresas de rede para desenvolver seu CoroPlus®, uma plataforma digital de software e ferramentas conectadas. 

O software reflete como os tempos mudaram. Ele é usado para os casos em que os operadores tinham que confiar na experiência e no instinto para melhorar os processos e detectar o desgaste das ferramentas. Atualmente, com o uso de ferramentas equipadas com sensores, os gerentes de produção podem ajustas, controlar e monitora o desempenho da usinagem em tempo real.

A plataforma CoroPlus já provou seu valor em monitoração e controle das ferramentas equipadas com sensores. A plataforma ajuda a otimizar os processos eliminando os "matadores de tempo" da produção moderna já mencionados, reduzindo o número de paradas de produção necessário para substituir uma ferramenta desgastadas — incluindo pastilhas para torneamento de metais duros — e diminuindo o desperdício.

Além disso, combinada com as pastilhas de classe GC4415 e GC4425, ou outras ferramentas Sandvik Coromant aprimoradas, a plataforma CoroPlus é importante para apoiar a manutenção preditiva. É através de uma combinação de sistemas de software certos que os fabricantes podem detectar o desgaste da ferramenta de forma preditiva e evitar quebras repentinas. 

Isso não só propiciar os benefícios da produção sem supervisão, mas também melhora a segurança do processo, reduz o tempo parado e protege os investimentos. Tudo isso de forma que, como o estudo da Universidade de Beihang, vincula a manutenção preditiva diretamente com a qualidade consistente do produto.