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Henri Sevonen | 28/08/2024
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O uso correto da refrigeração contínua pode aumentar em 20% a velocidade de corte com materiais classificados como ISO S
A demanda por soluções mais rápidas, baratas e que não agridam o meio ambiente para o setor aeroespacial está aumentando, mas a fabricação de aeronaves com emissão zero apresenta desafios significativos. As emissões de CO2 durante a operação da aeronave têm sido o foco principal, mas o efeito do processamento de materiais durante as operações de manufatura é igualmente crucial, pois afeta as taxas de produção, a eficiência e o controle de qualidade.
Felizmente, uma solução para esses desafios é a aplicação correta da refrigeração para maximizar o rendimento, aprimorar a segurança do processo e melhorar o desempenho da ferramenta — e porque o mercado de lubrificantes aeroespaciais está crescendo a uma taxa projetada de crescimento anual composta (CAGR) de 19% de 2022 a 2027.
Henri Sevonen, gerente sênior do segmento industrial e aeroespacial da empresa especialista em usinagem Sandvik Coromant explica os benefícios da refrigeração de alta precisão e os conceitos inovadores de ferramentas.
O papel da refrigeração na usinagem de peças aeroespaciais passou por uma certa evolução. Há muitos anos, as fábricas usam refrigeração direcionando tubos que inundam a zona de usinagem, particularmente nos materiais que necessitam de refrigeração para serem usinados. Mas agora, ao aplicar a refrigeração de alta precisão na zona de usinagem, novas vantagens estão disponíveis. O amplo acesso a essa tecnologia foi possibilitado pela maior capacidade de fornecimento de refrigeração de muitas máquinas CNC, bem como por novos conceitos de ferramentas.
Para que a refrigeração seja aplicada de forma eficaz e faça a diferença, ela precisa ser aplicada como jatos com alta precisão, em volume suficiente e direcionada corretamente. Ter apenas um fluxo de refrigeração ou mesmo inundar a zona de usinagem com refrigeração não é suficiente. Por outro lado, a aplicação adequada da refrigeração de alta precisão pode fazer uma grande diferença no que diz respeito à formação de cavacos, à distribuição de calor, à abrasão do material da peça na aresta de corte, à integridade da superfície e ao desgaste da ferramenta.
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Esses fatores básicos de usinagem afetam a manufatura através de objetos de melhoria para alcançar maior competitividade em termos de produtividade, vida útil da ferramenta, controle e escoamento de cavacos e qualidade da peça.
Quando aplicada corretamente, a refrigeração de precisão maximiza a saída, aumenta a segurança do processo e melhora o desempenho da ferramenta e a qualidade da peça. Os efeitos positivos começam na baixa pressão da refrigeração, mas quanto maior for a pressão, mais materiais difíceis podem ser usinados com sucesso.
A aplicação de refrigeração de precisão pode fazer diferença na usinagem em geral, especialmente para aço inoxidável e aço com baixo teor de carbono. Porém, é na usinagem de materiais mais exigentes, tais como superligas resistentes ao calor (HRSAs) e ligas de titânio, que a prática faz uma diferença drástica. É por isso que vários desenvolvimentos recentes tornaram a refrigeração de alta precisão ainda mais interessante e mais prontamente disponível.
Muitas máquinas CNC modernas têm como padrão o fornecimento de refrigeração a pressões de 70 a 100 bar ou opcionalmente com tanques e bombas adequados. Isso é suficiente para incorporar a refrigeração de alta precisão, o que faz uma diferença considerável no desempenho e resultados em centros de usinagem mais comumente usados, centros de torneamento, tornos verticais e máquinas multitarefas. O equipamento padrão é suficiente com fácil canalização da refrigeração para onde o jato é aplicado.
Uma base essencial para a usinagem com refrigeração de alta precisão são as ferramentas modulares porque garantem trocas rápidas de ferramentas para minimizar as paradas da máquina, mas também por garantir eficientemente as conexões e canais de refrigeração da máquina até a aresta de corte. O sistema modular de troca rápida de ferramentas Coromant Capto é a base para o novo padrão de ferramentas de refrigeração de alta precisão atualmente. Esse sistema é ideal como plataforma modular, projetado com fornecimento de refrigeração interna e também adequado como meio para fornecer refrigeração de alta precisão. É uma norma ISO estabelecida e opção em muitas máquinas CNC com ferramentas estacionárias e rotativas.
A refrigeração de precisão superior precisamente direcionada exatamente na direção da zona de corte melhora o controle de cavacos e a segurança do processo. A refrigeração inferior aumenta a vida útil e a produtividade da ferramenta, especialmente em aplicações que geram muito calor na pastilha.
Ferramentas de torneamento com refrigeração de precisão são equipadas para fornecer jatos de refrigeração precisos com fluxo paralelo e laminar. Os jatos dão origem a uma cunha hidráulica entre a pastilha e o cavaco, afetando a forma e o fluxo do cavaco e reduzindo a temperatura na zona de usinagem. O emprego de bicos, montados próximos à aresta de corte, projetando com precisão os jatos de alta velocidade, força o cavaco para fora da face da pastilha e esfria e quebra os cavacos em comprimentos menores, ajudando a escoá-los.
Os benefícios em operações de acabamento foram estabelecidos mesmo em pressões mais baixas, até 10 bar em material incluindo aço, aço inoxidável, alumínio, assim como titânio e superligas resistentes ao calor. Além da maior segurança gerada por um melhor controle dos cavacos, a refrigeração de precisão pode trazer uma melhoria considerável da vida útil da ferramenta e um potencial para maior velocidade de corte. Ao aplicar a refrigeração de precisão, o resultado pode ser 50% de aumento da vida útil da ferramenta.
A velocidade de corte afeta a temperatura e, portanto, o desgaste da ferramenta, mais do que qualquer outro fator. O aumento da velocidade de corte em titânio fora da janela de usinabilidade mais limitada reduz drasticamente a vida útil da ferramenta. Porém, ao aumentar o avanço em uma escala similar, é comum uma redução menor na vida útil das ferramentas. Isso, portanto, muitas vezes torna o avanço uma rota atraente para melhorar a taxa de remoção de metal com baixo efeito sobre a vida útil da ferramenta. Entretanto, o alto avanço nem sempre é uma opção nessas máquinas devido às maiores forças de corte, assim como o efeito sobre o controle de cavacos.
A refrigeração de precisão pode desempenhar um papel vital na usinagem ISO S. Portanto, o efeito da refrigeração de precisão pode proporcionar um potencial de aumento de desempenho por meio de velocidades de corte mais altas sem o usual aumento de temperatura e perda da vida útil da ferramenta. Há um claro efeito do resfriamento e não das forças de corte superiores devido aos avanços mais altos. Para materiais classificados como ISO S, um aumento de 20% na velocidade de corte pode ser alcançado mantendo-se o mesmo comprimento de corte.
O torneamento interno também é uma área em que a refrigeração de precisão pode desempenhar um papel importante para ajudar a garantir uma boa formação de cavacos, assim como melhorar as propriedades de cisalhamento em materiais exigentes como o titânio. Dessa forma, o conceito acrescenta maior segurança e maior vida útil das ferramentas às operações de mandrilamento. Ao usinar furos relativamente grandes e profundos com barras de furação, tais como em peças de trens de pouso, a ferramenta modular na parte traseira, bem como na parte frontal da ferramenta, pode ser vantajosa.
Ser capaz de trocar a pequena cabeça de corte na barra antivibratória proporciona uma troca rápida, fácil e precisa, acrescentando considerável flexibilidade para vários cortes em um único set-up. A CoroTurn SL combina barras de mandrilar antivibratórias com travamento serrilhado de cabeças para usinagem de furos maiores com profundidades de dez vezes o diâmetro e também é equipada com refrigeração de precisão.
A variação na integridade da superfície da peça é afetada pela temperatura e pelas forças geradas durante a usinagem. A refrigeração certamente desempenha seu papel no controle da temperatura e, consequentemente, a refrigeração de precisão tem demonstrado fornecer um resultado superficial mais confiável. Os bicos de ferramentas são direcionados diretamente à parte da pastilha em contato com a superfície acabada. Como os bicos não são ajustáveis, muitas das variáveis são eliminadas, o que resulta em um processo de usinagem mais seguro e constante.
Com a capacidade de forçar uma cunha de fluido na zona de usinagem, especialmente em operações classificadas como torneamento médio a de acabamento, a espessura dos cavacos é mais controlável e a cunha de fluido é mais fácil de aplicar do que em operações de desbaste.
A aplicação de usinagem com refrigeração de alta precisão não deve ser vista como um meio de compensar as deficiências devidas a outros fatores de aplicação — como pastilhas inadequadas, instabilidade ou parâmetros de corte incorretos. A refrigeração de precisão é um otimizador quando as operações são estabelecidas corretamente. O conceito proporcionará os meios para tempos de ciclo mais curtos, maior constância na qualidade das peças e maior segurança no processo de torneamento e fresamento.
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Henri Sevonen
Gerente Sênior do Segmento Industrial - Aeroespacial da Sandvik Coromant
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