Soluções de ferramentas para o novo normal

Na recente pesquisa COVID-19: Nota rápida, a empresa McKinsey & Company de análise descreve o clima futuro para os fabricantes como o “novo normal” onde os fabricantes podem esperar mudanças imprevisíveis e duradouras nos mercados dos clientes. O relatório diz que essa resiliência será necessária para que os fabricantes possam navegar por um caminho econômica e socialmente viável.

Os fabricantes, incluindo produtores de grandes e pequenos volumes, podem enfrentar dois cenários neste momento do novo normal. O primeiro se caracteriza pela demanda reduzida. Cenários de demanda reduzida requerem ferramentas que possam produzir mais peças por aresta ao mesmo tempo em que tenham segurança de processo, com menos interrupções de produção e a possibilidade de executar uma produção sem supervisão.

Depois, há cenários de alta demanda. Nestes cenários, são necessárias soluções de ferramentas que permitam taxas de remoção de metal mais altas e trocas rápidas entre os lotes de produção. Em qualquer caso, o segredo para uma produção rentável no torneamento de aço é uma combinação de remoção de metal mais alta e melhor uso da máquina — sem sacrificar a segurança de processo.

No momento, a maioria dos fabricantes reconhece a importância da classe selecionada para suas pastilhas. Contudo, muitos não consideram todo o conceito de ferramentas e há várias considerações a serem feitas, incluindo pastilhas e porta-ferramentas. Aqui, aprofundaremos um pouco mais o modo como outras inovações podem desempenhar um papel essencial na resolução dos desafios enfrentados por fabricantes de componentes de aço.

Material duro

Primeiro, deve-se salientar que a usinagem de peças de trabalho no grupo ISO-P coloca desafios mais complexos. Peças, processos, características e condições de usinagem variam muito nesta classificação de torneamento geral - incluem tudo, desde o desbaste ao acabamento de peças fundidas ou forjadas descentradas ou próximas da forma final. Depois, há o próprio material, que pode ser não ligado ou de alta liga, com valores de dureza que diferem enormemente de um extremo ao outro do espectro.

Com tantas variáveis que podem afetar o desempenho da pastilha da ferramenta de corte, fornecer uma única classe para satisfazer as vastas exigências das áreas P15 a P25 pode ser uma tarefa ingrata. P15 a P25 refere-se às demandas que as diferentes condições de trabalho impõem aos parâmetros de usinagem — dados de corte, acabamento superficial, profundidade de corte, superfícies usinadas ou ásperas, cortes contínuos ou interrompidos são afetados.

Em termos gerais, a resistência à quebra é de importância fundamental, assim como uma aresta de corte capaz de garantir a dureza necessária para resistir a qualquer deformação plástica provocada pelas temperaturas extremas tipicamente presentes nas zonas de corte P25.

Isto faz parte do pensamento por trás das duas novas classes de metal duro para torneamento em ISO-P, que a Sandvik Coromant está lançando em sua linha, designadas GC4415 e GC4425 - os nomes remetem para as condições de usinagem P15 e P25 em aplicações de torneamento de aço.

A GC4425 é mais tenaz e resistente ao desgaste e ao calor. Enquanto a classe GC4415 foi desenvolvida para complementar a GC4425 quando for necessária maior resistência ao calor. Ambas as classes são ideais para uso com aços de baixa-liga ou sem liga e adequadas para a produção em massa e em lotes. O resultado é um torneamento de aço mais seguro, eficiente e produtivo. 

Retirando as camadas

Outro requisito de uma classe de pastilhas de metal duro, para satisfazer as vastas exigências das P15 e P25, é a necessidade de a cobertura da pastilha ser capaz de evitar o desgaste de flanco, a craterização e a formação de aresta postiça. Crucialmente, a cobertura também deve aderir ao substrato. Se a cobertura falhar à adesão, o substrato é exposto, o que pode causar falha rapidamente.

Em resposta a isto, as classes GC4415 e GC4425 contêm, cada uma delas, a camada Inveio®, uma cobertura de alumina texturizada por deposição química em fase vapor (CVD) para usinagem. Cada classe possui as seguintes camadas: primeiro, uma camada superior amarela clara de nitreto de titânio (TiN), que permite detectar facilmente o desgaste.

Por baixo da camada de TiN, está a cobertura de alumina (Al2O3) Inveio. É isto que torna única a tecnologia Inveio. Só pode ser vista sob a análise da superfície do material em nível micro. Todos os cristais na cobertura de alumina são alinhados na mesma direção, criando uma forte barreira na direção da zona de corte. Esta tecnologia torna a pastilha mais resistente ao desgaste e prolonga a vida útil da ferramenta. Para a nova cobertura com a segunda geração da tecnologia Inveio, a resistência ao desgaste foi melhorada significativamente. Finalmente, há uma camada colunar de carbonitreto de titânio depositada em uma cobertura a média temperatura (MT-TiCN), que propicia uma melhor resistência contra o desgaste abrasivo.

Em seguida, por baixo de todas as camadas de cobertura está o substrato de metal duro, equilibrado para proporcionar alta resistência e robustez confiável; com um gradiente de superfície enriquecido com cobalto para maior segurança dos processos.

A cobertura e o substrato da pastilha foram desenvolvidos para resistir melhor a temperaturas altas, reduzindo assim o efeito causador de desgaste excessivo. Em todas as situações, o padrão de desgaste ideal para qualquer pastilha é o desgaste de flanco controlado porque ele resulta em vida previsível das arestas de corte. A classe ideal é aquela que limita o desenvolvimento de tipos de desgastes indesejáveis e, em algumas operações, evita que eles se desenvolvam.

Também é importante usar porta-ferramentas com possibilidade de refrigeração interna e de precisão. A maioria das ferramentas de torneamento modernas está equipada com refrigeração interna para reduzir a temperatura e melhorar o controle de cavacos durante o torneamento. Classes com cobertura espessa, como as classes GC4415 e GC4425 CVD para ISO-P, têm boa proteção contra calor na cobertura. Estas classes permitem obter a melhor vida útil das ferramentas em aplicações de desbaste médio apenas com refrigeração inferior.

Desgaste previsível

Para qualquer pastilha, sem exceção, o padrão de desgaste ideal é o desgaste de flanco controlado, pois resulta em uma vida útil previsível das arestas de corte. Por isso, a classe ideal é aquela que limita o desenvolvimento de tipos de desgastes indesejáveis - e, em algumas operações, evita que eles se desenvolvam.

Ambas as classes GC4415 e GC4425 já proporcionaram benefícios impressionantes. Quando comparada com uma pastilha concorrente, a pastilha de metal duro da classe GC4425 conseguiu aumentar a vida útil da ferramenta para 270 peças, face a 150 peças da concorrência. Os avanços com a nova classe, GC4425, ajudarão também os usuários a evitar recuos nos níveis de dados de corte. A classe propicia segurança de processo extremamente alta por conseguir manter a aresta intacta.

Um cliente, fabricante de automóveis, colocou à prova uma pastilha de metal duro da classe GC4425, juntamente com uma pastilha concorrente. Foi usada para usinar um aço não ligado ISO-P com uma dureza Rockwell de 172 HB, na produção do veio de transmissão de um veículo. A barra de aço foi usinada em um processo contínuo que compreendeu o corte, o desbaste e o semiacabamento.

O fabricante conseguiu aumentar a vida útil de sua ferramenta para 150 unidades com o uso de uma ferramenta concorrente, mas, com a segunda geração da tecnologia Inveio da Sandvik Coromant, conseguiu aumentar a vida útil de sua ferramenta para 270 unidades. A pastilha concorrente também produziu grande craterização, enquanto a da Sandvik Coromant garantiu 80% mais peças com uma alta segurança dos processos e um desgaste de flanco estável e previsível.

As vantagens da Inveio vão além das aplicações no setor automotivo. Um cliente de engenharia geral usou pastilhas de metal duro da Sandvik Coromant na produção, usando aço não ligado ISO-P, mas, desta vez, de 205 HB. A peça foi submetida a torneamento axial externo contínuo e semiacabamento. Uma pastilha concorrente se desgastou devido a deformação plástica, enquanto a classe GC4425 da Sandvik Coromant durou 50% mais tempo com um desgaste estável e previsível.

Salto de produtividade

Há outra inovação que os fabricantes podem considerar para dar um salto de produtividade em suas operações de torneamento de aço: um método de torneamento em todas as direções. Foi isto que a Sandvik Coromant apresentou com a PrimeTurning™, uma nova metodologia que reúne um novo método e ferramentas de forma muito mais eficiente e produtiva, em comparação com o torneamento convencional.

Em primeiro lugar, a solução envolve o uso de ferramentas CoroTurn® Prime da Sandvik Coromant, projetadas para o torneamento em todas as direções, incluindo o tipo A desenvolvido para operações de desbaste leve, acabamento e perfilamento, e o tipo B desenvolvido para a usinagem de desbaste. A ferramenta selecionada é, então, usada em combinação com um gerador de cursos das ferramentas online específico, que fornece códigos de programação e técnicas para configurar parâmetros e variáveis corretos para uma determinada aplicação.

Este método novo e inovador resultou em um aumento da produtividade e vida útil mais prolongada da ferramenta. Através da combinação da ferramenta de corte com estes dados precisos, os clientes Sandvik Coromant obtiverem ângulos de entrada menores, uso eficiente das arestas e sem entupimento de aparas.

Estas são algumas das inovações que podem desempenhar um papel essencial na resolução dos desafios enfrentados por fabricantes de componentes de aço. Serão vitais para que os fabricantes possam mostrar a resiliência necessária para esta era sem precedentes do novo normal, se mantendo competitivos, apesar dos efeitos da COVID-19 sobre a produção.