Uma maneira sólida de eliminar microdefeitos

“Meça duas vezes e corte uma,” é uma expressão comum na manufatura, mas é mais fácil falar do que fazer quando usinamos materiais difíceis. É por isso que, quando um fabricante líder global no setor aeroespacial precisava eliminar toda uma segunda etapa de seus processos de furação e melhorar qualidade do furo em suas peças aeroespaciais, procurou a líder global em usinagem. Aqui, James Thorpe, o gerente de produto global na Sandvik Coromant, explica como o desenho de uma broca é importante para produzir furos de melhor qualidade.

A usinagem de furos é o mais comum de todos os processos de usinagem, mas também é o mais subestimado. Muitas fábricas veem poucos motivos para mudar ou atualizar seu set-up existente de usinagem de furos e usam as mesmas ferramentas e parâmetros de corte por anos. Porém, conforme os efeitos da COVID-19 persistem, isso também deve mudar.

O recente relatório COVID-19: Nota informativa da McKinsey & Company chama a atual situação da indústria de "novo normal", em que os fabricantes podem esperar mudanças imprevisíveis e duradouras nos mercados dos clientes. O relatório alerta que "a resiliência será necessária para que os fabricantes possam navegar por um caminho econômica e socialmente viável."

Muitos fabricantes, por exemplo, estão explorando novas bases de fornecedores e produtos. Assim, as fábricas que eram especializadas em uma determinada área de produção agora estão abrindo suas fresas e tornos CNC para uma ampla variedade de materiais tenazes e desafiadores. Ao mesmo tempo, os fabricantes devem explorar novas maneiras de aumentar os lucros e reduzir o tempo do ciclo sem prejudicar a qualidade do produto. 

Em outras palavras, é o momento para os fabricantes repensarem como vão fazer seus furos.

A camada branca 

A integridade da superfície do furo é uma preocupação real para os fabricantes do setor aeroespacial ou empresas de engenharia geral que querem diversificar neste setor. Um furo de melhor qualidade é fundamental para evitar a falha do componente e é determinada pelos processos de manufatura usados para usinagem ou acabamento dos furos.

As soluções em ferramentas e as geometrias da aresta de corte da broca estão em contínua evolução para atender padrões cada vez mais altos de manufatura e qualidade da peça. O uso da refrigeração também é importante para reduzir o acúmulo do calor na ferramenta. Testes mostraram que cada um desses fatores pode controlar o efeito chamado "camada branca" no material da peça. 

O termo camada branca foi determinado por um fabricante líder global na área aeroespacial que também é cliente da Sandvik Coromant. Ele se refere a uma estrutura fina de grãos ultrafinos que aparece depois da furação da peça e é causada pelo calor da broca. Esta camada branca altera as propriedades da superfície do material e foi considerada inaceitável nos processos de gestão de qualidade do cliente. 

O fabricante usa um rígido processo de acabamento de furos feitos em peças aeroespaciais, incluindo discos da turbina, compressores, tambores e eixos. É por isso que escolheram a Sandvik Coromant como parceiro para investigar por que a camada branca se forma e como controlá-la. 

É importante observar que os testes não foram motivados apenas pela gestão de qualidade. A alta diretoria da empresa queria reduzir o tempo geral da operação e aumentar os lucros, eliminando todo um processo secundário de usinagem. 

Segundo ato

O processo secundário acontece depois que um furo foi feito com a broca de metal duro e podem envolver alargamento, furação em mergulho ou fresamento até o acabamento da peça. A etapa secundária ocorre mais para atender as exigências de integridade da superfície — reduzindo problemas como a camada branca — do que a precisão dimensional, com exceção de quando usinar furos com tolerâncias estreitas.

Do ponto de vista do custo geral, o processo secundário é ainda mais caro que manter os dados de corte baixos, que é outra maneira de preservar a integridade da superfície. É por isso que o cliente da Sandvik Coromant queria investigar maneiras de eliminar o processo. Um fornecedor com um produto que usina um furo com o tamanho certo, sem nenhum processo secundário, está em uma posição de vantagem para reduzir drasticamente o custo por peça.

A investigação sobre as causas e possíveis prevenções da camada branca envolveu quatro testes de furação de um material de cromo altamente resistente, Inconel 718, muito popular na indústria aeroespacial. Esta foi a primeira vez que tal investigação foi feita pelo cliente.

Os testes avaliaram a furação com duas brocas sólidas de metal duro da Sandvik Coromant: a CoroDrill R840 e a CoroDrill R846. Cada uma usinou com duas combinações diferentes de parâmetros de corte: 58 mm/min e 98 mm/min e velocidade de rotação, 829 rot./min e 757 rot./min, respectivamente. A força de corte e os dados de corte foram medidos por meio de testes, assim como a espessura da camada branca.

Com esses testes, a R840 foi superada pela CoroDrill® 860 com geometria -GM e a R846 foi superada pela CoroDrill® 860 com geometria -SM. Cada uma dessas novas gerações da ferramenta foi desenvolvida para melhorar ainda mais a vida útil da ferramenta sem comprometer a qualidade do furo.

Os resultados deram algumas ideias valiosas sobre o que causa a espessura da camada branca. É importante observar que a R846 gerou menos camada branca devido à preparação de suas arestas de corte curvas e radiais. Enquanto isso, acredita-se que as arestas de corte retas e os chanfros impostos na aresta de corte da R840 estão relacionados à força de corte, torque e espessura da camada branca. Assim, o desenho da broca determina se a alta qualidade do furo, com camada branca reduzida, pode ser alcançada sem sacrificar os dados de corte. 

Os testes do fabricante global do setor aeroespacial com a Sandvik Coromant não revelaram apenas um ou outro aspecto da camada branca. A empresa também conseguiu eliminar alguns processos secundários, como alargamento e fresamento em mergulho o que resultou em benefícios de tempo e custo. E ainda mais, os resultados também validaram o desenho da gama de brocas de metal duro CoroDrill® 860 da Sandvik Coromant.

Melhor devido ao desenho 

A gama inclui a CoroDrill 860 com geometria -GM (CD860-GM) mencionada acima desenhada para ser uma broca de uso geral para furar materiais difíceis como ISO P, M, K e H por todos os setores industriais. Além disso, a CoroDrill 860 com geometria -SM (CD860-SM) foi desenhada para usinar classes ISO-S como superligas (HRSAs), titânio e Inconel. A broca mostrou-se especialmente popular na indústria aeroespacial.

Com a CD860-GM e a CD860-SM, os engenheiros da Sandvik Coromant aplicaram o etos que a vida longa mais longa e a melhor qualidade do furo dependem do desenho da broca. A CD860-GM tem um canal polido com desenho inovador que melhora o escoamento dos cavacos, gera alta força do núcleo e reduz as forças de corte durante a furação. 

Ao mesmo tempo, a CD860-SM tem uma nova classe e geometria de ponta refinada e otimizada, que melhora ainda mais a vida útil da ferramenta quando trabalhar com materiais HRSA difíceis de usinar. O resultado é um furo de alta qualidade.

A CoroDrill 860 já foi submetida a testes de pré-lançamento no mercado em uma variedade de setores. Uma empresa de engenharia mecânica na França usou a CD860-GM para trabalhar em aço estrutural AISI 4140. Ela conseguiu alcançar a usinagem de furos de alta qualidade tanto com a entrada côncava quanto a convexa da broca, com boa retilineidade e tolerância. A empresa formou uma nova parceria comercial com a Sandvik Coromant.  

Outro cliente da Sandvik Coromant, um fabricante de engenharia geral italiano, aumentou a produtividade em 45% usando a CD860-GM para usinar ligas de aço 34CrNiMo6 resistentes comparada com a broca do concorrente. Ele prolongou a vida útil da ferramenta em 100%. Em outros lugares, a CD860-SM apresentou resultados impressionantes na usinagem do Inconel 718. Especialmente, os testes realizados em Katowice, Polônia, que melhoraram a vida útil da ferramenta em 180% com a CD860-SM em comparação com o uso da CoroDrill R840..

Seja qual for o setor — aeroespacial engenharia geral ou outras áreas — é possível alcançar um alto desempenho da ferramenta se a broca for desenhada especialmente para uma finalidade. Além isso, ferramentas online adicionais como a CoroPlus® Tool Guidec da Sandvik Coromant podem ajudar ainda mais. Ao acessar a aplicação online através de um navegador de web e inserir o material da peça, o diâmetro e a profundidade do furo, os usuários podem encontrar a melhor ferramenta sólida rotativa e os dados de corte para suas especificações.

Embora a furação "meça duas vezes e corte uma vez” ainda não tenha sido alcançada, o desempenho da CD860-GM e da CD860-SM ajuda os fabricantes a repensarem a forma com usinam furos.