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Uma nova pesquisa resultou no aprimoramento da capacitação brasileira em uma área de conhecimento dominada por apenas seis países no mundo, a usinagem com altas velocidades, ou high speed machining (HSM, em inglês).
Coordenado pelo professor Reginaldo Teixeira Coelho da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (USP), o Projeto Temático “Usinagem com altas velocidades de corte – HSM”, apoiado pela FAPESP, é considerado estratégico para a indústria brasileira, uma vez que está impondo novos padrões de produtividade e qualidade ao setor.
“A HSM não só economiza tempo de produção como proporciona maior precisão dimensional e melhor acabamento para as peças usinadas”, disse Coelho. O processo consiste em submeter o material a cortes, em desbastes ou acabamentos em velocidades de cinco a dez vezes maiores que as utilizadas em usinagens convencionais.
A técnica foi concebida no início do século 20, mas somente no fim da década de 1980 foi alcançada a tecnologia necessária para que fosse colocada em prática. Os desafios para a sua execução envolvem o desenvolvimento de três áreas distintas: máquinas, ferramentas e software.
“Os atuais programas para usinagem chamados CNC são extremamente longos, e não é mais possível escrevê-los manualmente como se fazia no passado”, explicou Coelho, ressaltando que somente cinco empresas no mundo comercializam softwares adequados para HSM.
“A tecnologia também depende de ferramentas especiais, fabricadas e revestidas de materiais mais duros como aqueles baseados em nitreto de titânio-alumínio (TiAl)N ou nitreto de cromo-alumínio (CrAl)N. Já as máquinas precisam ser especialmente projetadas para o desempenho em alta velocidade. Partes móveis como os ‘carros’ [contendo sobre si a mesa móvel na qual a peça é presa, no caso de uma fresa)] devem ser extremamente leves ou a inércia impedirá a usinagem em HSM”, disse.
O Projeto Temático, que se iniciou em fevereiro 2006 e se encerra neste mês, conseguiu avanços importantes em diversas operações de usinagem, como torneamento, fresamento e rosqueamento. Neste último a equipe obteve resultados superiores aos de países como os Estados Unidos. “Nossos resultados se igualam àqueles obtidos por laboratórios tradicionais na Alemanha, precursores dessa tecnologia”, comemora Coelho.
Outra vantagem da usinagem com alta velocidade é a dispensa de um fluido de corte. Nas fabricações convencionais é necessário utilizar óleo ou uma emulsão de óleo com água para proteger a peça fabricada e a ferramenta que a corta do calor gerado pelo atrito e formação de cavacos.
Com a alta velocidade, no entanto, o tempo de contato da ferramenta com a peça é tão pequeno que as partes pouco se aquecem, proporcionando um processo adiabático (ausência de troca de calor). Quando muito, é utilizado apenas ar comprimido. Durante o Temático, o grupo inovou com o uso de ar gelado em alguns processos.
Tecnologia estratégica
Por confeccionar peças em muito menos tempo, a HSM representa um considerável ganho de produtividade, além de proporcionar precisão dimensional e rugosidade baixíssima, menor que um mícron (0,001 mm), o que significa uma superfície extremamente lisa e adequada para moldes de injeção de plástico.
“O ganho com a tecnologia de alta velocidade pode ser ainda mais impactante no caso de ela ser utilizada na fabricação de peças, moldes e ferramentas de conformação para os setores aeronáutico e de termeletricidade”, disse Coelho.
Com a HSM, um molde da indústria de injeção de plásticos, por exemplo, pode ser fabricado na metade do tempo gasto pelo processo convencional. Se o material das peças for de corte fácil, como compósitos à base de resina ou ligas de alumínio, esse tempo cai para um décimo do período de usinagem comum.
“No Brasil, uma empresa espera em média seis meses entre a encomenda do molde e o início de sua utilização. Isso, dentre outros fatores, leva indústrias de grande porte a encomendar moldes no exterior”, disse Coelho.
Por esse motivo, o pesquisador estima que a HSM será cada vez mais estratégica para o Brasil. Agora sua equipe pretende aprimorar a pesquisa desenvolvendo a chamada usinagem de alto desempenho.
Esse novo conceito envolve aqueles de HSM integrados ao desenvolvimento mecânico e eletrônico das máquinas-ferramentas otimizados por ensaios virtuais, antes mesmo da fabricação, a fim de corrigir erros de projeto sem a necessidade de construir vários protótipos.
“Esse novo campo também inclui a microusinagem, com a confecção de peças ou de seus detalhes, que sejam menores que 1 milímetro. Componentes de celulares, instrumentos médicos e odontológicos e microrreatores, por exemplo, dependem de processos de fabricação nessa escala”, disse.
