Usinagem da Sandvik Coromant foca na tecnologia de materiais

A partir de meados dos anos 30, as "três grandes" fabricantes dominaram o mercado automotivo dos EUA: General Motors, Ford e Daimler Chrysler. Isso continuou durante os 70 anos seguintes. Porém, a concorrência entre os fabricantes de automóveis está mudando - tanto dentro dos EUA quanto nos atuais mercados líderes mundiais para VEs: Ásia-Pacífico, seguido pela Europa.

Como escrito por Matthias Holweg em "A evolução da concorrência no setor automotivo", no capítulo do livro "Fabricado por encomenda: A estrada para o carro de 5 dias": "A concorrência mudou da liderança de custos durante o auge da produção em massa original da Ford para a variedade e escolha [e depois] para a diversificação através da liderança em design, tecnologia ou excelência em manufatura." 

Isso também se aplica aos mercados de VEs. Eles estão se moldando para se tornarem mais diversificados e competitivos do que os mercados automotivos de outrora, já que as grandes empresas estabelecidas, como a Porsche, competem com fabricantes pequenos e em expansão mundial, como a Polestar. No cenário mundial, essas empresas precisam alcançar a China — seis dos dez veículos elétricos plug-in mais vendidos no mundo inteiro eram de marcas chinesas em 2021, de acordo com a Statista. 

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Usinagem no novo mercado automotivo

Para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs), os mercados competitivos estão mudando as exigências impostas às peças. Os VEs têm menos peças que também são menores, mais leves e devem suportar os torques mais altos do motor elétrico. As peças devem suportar uma maior eficiência energética e uma maior densidade de potência. Isso, obviamente, coloca exigências muito altas nas peças, o que levou a uma mudança na tecnologia de materiais. 

Os especialistas da Sandvik Coromant esperam que essa mudança inclua um aumento contínuo no uso de aços de alta resistência de cerca de 15% de todos os materiais usados na manufatura de automóveis em 2010, para 38% em 2030. Esses novos materiais, incluindo os aços limpos e ultralimpos, são feitos de elementos de liga e são capazes de resistir aos desafios já mencionados — como níveis mais altos de torque do motor elétrico — pois têm menos impurezas metalúrgicas. 

Mas como isso se relaciona com a usinabilidade? Com aços limpos e ultralimpos, vemos um aumento na plasticidade do material, pois o menor teor de impurezas nos aços se traduz em desafios de usinagem relacionados à quebra e remoção de cavacos. Esses materiais têm um limite de escoamento maior, exigem forças de corte maiores na usinagem e aumentam o desgaste da ferramenta. Enquanto os aços de alta resistência, limpos ou ultralimpos são mais difíceis de usinar, a integração cada vez maior da digitalização e da manufatura auxiliada por computador (CAM) nas linhas de produção está aumentando a exigência da qualidade e eficiência da manufatura.

Esses são os desafios de usinagem que os fabricantes automotivos enfrentam; e aqueles que não atualizam seus processos de produção ficam presos ao tradicionalismo correm o risco de serem deixados para trás. Mas como os fabricantes podem se manter no topo das tendências? A resposta está em melhores máquinas-ferramentas, mas também em um novo método de usinagem concebido para suportar qualidade otimizada com maior eficiência, tempos de ciclo e economia de custos — inclusive na usinagem de aços resistentes.

Melhor controle de cavacos 

É bem sabido que o controle efetivo de cavacos contribui com a produtividade e confiabilidade nos processos de usinagem e também com a qualidade final das superfícies usinadas. Vamos examinar mais de perto o controle de cavacos e como ele afeta a produtividade na usinagem e o desgaste da ferramenta propriamente dita. 

Se a pastilha usinar a peça com um ângulo próximo a 90°, a espessura do cavaco será igual à taxa de avanço (fn) — assim, a um fn de 1 milímetro por rotação (mm/rot), o cavaco terá 1 mm de espessura. Se reduzirmos o ângulo de posição, quanto menor ele for, mais fina será a espessura do cavaco. Podemos aumentar o fn de forma correspondente. Assim, por exemplo, se diminuirmos o ângulo de posição de 90° para 25° e aumentarmos o fn de 0,25 para 0,6 mm/rot, a espessura do cavaco permanecerá a mesma. O resultado é uma usinagem mais produtiva com os mesmos níveis de controle de cavacos.

Para apoiar isso, a Sandvik Coromant criou sua metodologia PrimeTurning, que inclui usinagem com um pequeno ângulo de posição para proporcionar uma produtividade muito alta e uma longa vida útil da ferramenta. O método permite que os clientes façam torneamento multidirecional e, ao fazê-lo, podem alcançar maior eficiência e produtividade do que é possível com o torneamento convencional. A PrimeTurning resultou em maior produtividade e vida útil mais longa das ferramentas para os clientes.

No entanto, o processo precisa de ferramentas específicas para liberar essas vantagens. Uma ferramenta convencional não permite os mesmos níveis de controle de cavacos ou os mesmos ângulos de folga corretos, portanto, não funcionará na prática. É por isso que a Sandvik Coromant desenvolveu as ferramentas CoroTurn PrimeTurning, das quais o mais recente desenvolvimento é a segunda geração de pastilhas CoroTurn Prime tipo B . A ferramenta da próxima geração apresenta pastilhas negativas de dupla face com quatro arestas de corte desenhadas para usinagem mais econômica, junto com um novo desenho robusto da tip seat e geometrias atualizadas. Com essas características, a ferramenta pode realizar cortes mais profundos (mm), com usinagem mais alta (mm/rot) e velocidades fn, além de um melhor controle de cavacos na usinagem de aços de alta resistência e outros aços resistentes. 

Isso beneficia a produtividade, mas e o desgaste das ferramentas? Isso nos leva ao desenho da pastilha propriamente dita. Em uma pastilha convencional, a usinagem com um ângulo de posição menor coloca a maior parte do calor e da carga no canto, que também é a parte mais fraca da pastilha e a que tem menor quantidade de metal duro para absorvê-los. No entanto, cada pastilha CoroTurn Prime tipo B da próxima geração tem quatro arestas de corte em vez de duas, com cantos mais fortes. Com mais arestas, pode-se obter mais usinagem com cada pastilha, enquanto o calor e a carga são espalhados por uma parte muito maior da aresta de corte.

A segunda geração de pastilhas CoroTurn Prime tipo B também foi desenhada para superar problemas normalmente encontrados ao usar pastilhas com uma profundidade axial de corte maior (ap) e fn. Isso inclui riscos de sobrecarga e, com menor ap e fn, o risco de cavacos longos. As operações de usinagem podem, portanto, ser executadas a um fn muito maior para um melhor controle de cavacos, estabilidade, maior segurança do processo e maior vida útil da ferramenta. Para os fabricantes, é possível atender a esses padrões mais elevados de qualidade e eficiência através da implementação de melhorias no estágio de usinagem. 

As vantagens do método PrimeTurningTM são ainda mais aprimoradas com o software digital CoroPlus Tool Path. O software é um gerador de trajetória da ferramenta on-line dedicado, que fornece códigos e técnicas de programação de controle numérico (NC) para configurar parâmetros e variáveis apropriados para uma aplicação específica de usinagem. Quando esses parâmetros precisos de corte são usados em combinação com as ferramentas de corte CoroTurn Prime, os clientes da Sandvik Coromant obtêm ângulos de posição menores, uso eficiente da aresta e nenhum emperramento de cavacos.

A PrimeTurning também inclui software CAM e suporte de programação. É por isso que Sandvik Coromant criou parcerias sólidas com Mastercam, TopSolid, Siemens NX, CAMWorks e GibbsCAM para garantir que a PrimeTurningTM e o CoroPlus Tool Path fossem incluídos nos maiores pacotes de software CAM. As fábricas que não usam o software CAM podem, em vez disso, usar o CoroPlus Tool Path já mencionado para gerar códigos NC.]

Maior produtividade 

Em um caso, um cliente da Sandvik Coromant do setor automotivo desejava realizar uma operação de desbaste em um torno EMAG VSC 250, em uma peça de aço DIN 48CrMoV6-7. O cliente procurou atingir níveis mais altos de produtividade e vida útil das ferramentas em sua produção em massa, mas entendeu que os ajustes nos parâmetros das ferramentas não seriam suficientes. É por isso que, apesar de ser principalmente uma operação de desbaste, a aplicação seria realizada com torneamento externo intermitente e faceamento usando o método PrimeTurning.

Para isso, a Sandvik Coromant recomendou a segunda geração da pastilha CoroTurn Prime tipo B, que foi testada em relação às pastilhas existentes do cliente para avaliar as vantagens de desempenho da ferramenta anterior. Cada ferramenta usou uma velocidade de corte idêntica de 180 m/min (vc) e profundidade axial de corte (ap) de 1,5~1,8 mm. No entanto, CoroTurn Prime tipo B ger 2 foi usada com mais de duas vezes o fn de 0,65 mm/rot em comparação com apenas 0,3 mm/rot da pastilha da concorrência. 

Embora a vida útil de cada pastilha fosse aproximadamente a mesma, 9,58 minutos para a pastilha concorrente versus 10 minutos para a pastilha de próxima geração da CoroTurn Prime tipo B, houve uma diferença significativa na produtividade. A ferramenta da concorrência apresentou uma vida útil de apenas 25 peças (pcs) com um tempo de corte de 23 segundos por peça. Entretanto, a ferramenta da Sandvik Coromant alcançou mais do que o dobro da vida útil da pastilha usinando 50 pcs em apenas 12 segundos empregados em cada peça — aproximadamente metade do tempo —. A segunda geração da pastilha CoroTurn Prime tipo B também demonstrou um desgaste de aresta mais previsível e um melhor controle de cavacos. 

No futuro, a Sandvik Coromant prevê que sua segunda geração de pastilhas CoroTurn Prime tipo B proporcionará benefícios semelhantes para outros clientes do setor automotivo — incluindo fabricantes de VEs.

Ao usar essas pastilhas com o método PrimeTurningTM, os fabricantes podem economizar tempo ao trabalhar com materiais de difícil usinagem, junto com os benefícios adicionais de vida útil da ferramenta. Com essas máquinas-ferramentas e métodos em vigor, os fabricantes automotivos poderão, parafraseando Holweg, diversificar através da liderança em design, tecnologia ou excelência na manufatura.

A segunda geração da pastilha CoroTurn ® Prime tipo B é desenhada com quatro arestas de corte para obter uma usinagem mais econômica.