A busca pela redução dos níveis de consumo de energia no setor global de corte de metal não é uma nova tendência, hoje tornou-se um requisito técnico essencial. Um maior entendimento do setor de suas responsabilidades de proteção ambiental e sustentabilidade garantiu o desenvolvimento de processos, materiais e máquinas que reduzem significativamente o consumo de energia durante as operações de usinagem.
Além de garantir estratégias de usinagem mais eficientes, quando comparados aos seus antecessores de serviço pesado, os modernos centros de usinagem exigem menos energia e, ao mesmo tempo, oferecem melhores capacidades de desempenho.
Anteriormente, um processo de produção típico era dividido em tarefas de corte primárias e finais, executadas em duas máquinas. A primeira e mais poderosa máquina removia a maior parte do material, e segunda que realizava um procedimento mais preciso era utilizado para obter a forma final necessária e criar o acabamento superficial necessário. Hoje, geralmente em um único processo se alcança esses resultados na metade do tempo. Usinagem rápida e com menos carga resulta em maior produtividade e consome menos energia de corte. Além disso, a redução de potência significa que as forças que atuam nas unidades principais da máquina (eixo, diretrizes, etc.) são cortadas, o que melhora a vida útil da ferramenta e torna a usinagem muito mais precisa e previsível.
As ferramentas de corte têm um papel importante a desempenhar nessa área. Os requisitos totais de energia podem ser moderados pelo uso de novas ferramentas avançadas, em particular, ferramentas de fresamento inovadoras oferecem oportunidades promissoras.
Geometria de Aresta de Corte
Ao fresar, o consumo de energia depende de vários parâmetros, incluindo o material da peça, profundidade e largura do corte, avanços e velocidades de corte. Uma combinação dessas influências define a resistência do material à usinagem, portanto, a força de corte total gerada durante o processo. Existe um fator mais importante intimamente relacionado com essas forças - a geometria da ferramenta que está sendo usada; mais especificamente, os ângulos de ataque da ferramenta nas direções normais e axial.
O ângulo de ataque standard afeta significativamente a força de corte tangencial e é o principal determinante da potência de corte necessária se todos os outros parâmetros forem iguais. O ataque axial tem um efeito sobre a resolução das forças de corte total em componentes e portanto, também age sobre a força de corte tangencial. No que diz respeito às fresas que carregam pastilhass indexáveis, os ângulos de ataque são definidos pela topologia do rótulo de pastilha e pelo posicionamento da pastilha no cabeçote. A topologia é um fator chave em diferentes ângulos de ataque.
No início dos anos noventa, a ISCAR apresentou o HELIMILL - uma família de ferramentas de fresamento que suporta pastilhas indexáveis com uma aresta de corte helicoidal. A aresta altamente eficaz foi gerada pela interseção da face em forma da pastilha (ataque) e a superfície do lado da pastilha helicoidal (alívio). O design das ferramentas HELIMILL formou um rake normal positivo positivo e um rake axial positivo ao longo de todos os comprimentos de corte. Esta característica provocou imediatamente uma redução significativa no consumo de energia e assegurou um corte suave. Assim, o HELIMILL anunciou uma nova abordagem de design que é considerada hoje como o formato reconhecido na moagem indexável e colocou a face de rake moldada de uma inserção na vanguarda.
Ao tentar aumentar a saída, um projetista de ferramentas procura inclinar a face da saída de uma pastilha mais agressivamente em relação à sua aresta de corte. No entanto, nesta área, há uma séria limitação em que essa inclinação enfraquece a aresta de corte da pastilha e, portanto, tem um impacto negativo na resistência. A aresta formada helicoidalmente causa uma diferença entre as alturas, medidas nos cantos adjacentes da pastilha. Produzir produtos sinterizados desiguais não é uma tarefa simples e sua criação exige sérios esforços tecnológicos. Hoje, os avanços na metalurgia do pó oferecem muito mais oportunidades para aumentar a inclinação da face da saída e o ângulo da hélice da aresta de corte, tudo sem perda de força. A pastilha da ISCAR H690 WNMU 0705 (Fig. 1) é um bom exemplo da face de inclinação de diferentes pastilhas com inclinação acentuada de uma pastilha que permite menor consumo de energia. O uso crescente do termo “alto positivo”, ao descrever pastilhas de fresamento modernas, enfatiza as mudanças dinâmicas na topologia indexável. Essa definição reflete o estado atual da arte. Como a produção de ferramentas com pastilhas de metal duro não esgota os recursos da topologia, podemos assumir que o "alto positivo" de hoje será considerado "normal" amanhã. A otimização da topologia aumentará a redução do poder de corte.
Trabalhe mais rápido com menos demanda de energia
Geralmente, acredita-se que a usinagem com capacidade total é um meio eficaz para melhorar a produtividade. As cavidades profundas de fresamento de desbaste com o uso de fresas de canal estendidas ou o fresamento de face por fresas de grande porte com uma grande profundidade de corte axial, quando o estoque por passe é considerável, são exemplos típicos dessa abordagem. Essas operações fornecem uma alta taxa de remoção de metal (MRR), mas são evidentemente intensivas em energia, pois o fresamento nessas condições requer uma força de corte significativa e a utilização de máquinas-ferramentas com acionamentos principais e de avanços pesados baixo. Nesse caso, é garantida a alta eficiência, removendo o máximo possível do material da seção transversal de avanços baixos a médios.
Ao mesmo tempo, outra técnica de fresamento de desbaste propõe um princípio diametralmente oposto: a combinação de uma ferramenta de execução rápida com uma profundidade de corte rasa. Nesse caso, o consumo de energia cai drasticamente sem perda de produtividade - a ferramenta trabalha com avanços extremamente altos, garantindo a remoção eficiente do metal. Essa tecnologia “rápida” de corte superficial, com economia de energia, fornece uma boa alternativa à tecnologia “lenta” de corte profundo que consome energia. O fresamento de alta avanço (HFM), pode ser feito com sucesso em máquinas modernas de movimento rápido para trabalhos leves, ofereceu uma alternativa séria e sustentável à abordagem tradicional, mas que consome energia.
As ferramentas HFM (“alto avanço”) apresentam geometria específica (Fig. 2). A ISCAR oferece em todas as linhas de fresamento da empresa: metal duro intercambiável e Multi-Master (uma família de ferramentas montadas com cabeças de corte trocáveis, produzidas a partir de carbonetos cimentados). Além disso, a ISCAR introduziu pastilhas que, quando montadas em fresas de topo indexáveis de uso geral ou fresas de face, se transformam em ferramentas HFM. Essa transformação é uma maneira de simplesmente ajustar várias fresas para a linha standard da ISCAR para o fresamento de alto avanço.
Estratégias de Usinagem Alternativa Desafiam Técnicas
As oportunidades substancialmente expandidas para ferramentas de usinagem modernas levaram a novas estratégias de fresamento que entre outras vantagens, reduzam o consumo de energia.
Um exemplo é tornear peças pesadas. Ao tornear, as velocidades de corte são tradicionalmente asseguradas girando uma peça. Se a unidade principal de uma máquina ferramenta não puder girar a peça da grande massa com a velocidade necessária, a velocidade de corte alcançada ficará aquém da amplitude necessária. Essa limitação causa perda de desempenho nas operações de torneamento. Hoje, as ferramentas de usinagem multifuncionais avançadas oferecem uma solução eficaz: fresamento por torneamento, um método que combina fresamento e torneamento, em que uma ferramenta de fresamento corta uma peça rotativa. A maioria das fresas faciais e fresas de topo indexáveis da ISCAR pode ser aplicada ao fresamento por torneamento; no entanto, o correto posicionamento da ferramenta e o cálculo dos dados de corte requerem uma compreensão mais profunda das características específicas desse processo.
O fresamento convencional de bolsões ou canais começam a partir da usinagem de material sólido diretamente no engate completo da ferramenta. O fresamento com acoplamento completo da ferramenta requer forças de corte aumentadas e, como conseqüência, consome mais energia. Uma técnica de fresamento trocoidal de alta velocidade pode ser uma alternativa digna para a estratégia comum de fresamento de fendas. No fresamento trocoidal, uma ferramenta de rotação rápida utiliza a ranhura por movimento de arco com uma profundidade significativa de corte e muito pequena largura de corte. A ferramenta corta camadas finas de material com alta velocidade e altas taxas de alimentação.Não é de admirar que a fresagem trocoidal tenha sido utilizada com sucesso na fabricação de peças com canais e estalhes complicados, como rotores (discos com lâminas), blings (anéis com lâminas), impulsores, etc., especialmente aqueles com paredes relativamente finas. uma família de fresas de topo inteiriças de metal duro ECK H7 / 9-CFR que possuem uma geometria de corte única com 7 ou 9 canais, hélice diferente e passo angular variável (fig. 3). A principal aplicação da nova família são as peças de fresamento trocoidal, fabricadas a partir de graus de titânio difíceis de cortar.
A aplicação de novas estratégias de usinagem com ferramentas de fresamento escolhidas corretamente cria novas oportunidades de economia de energia. Reduzir o poder de usinagem é uma das condições necessárias da fabricação moderna. As mais recentes máquinas-ferramentas fornecem à indústria metalúrgica os meios adequados para alto desempenho e tecnologia de baixo consumo de energia. A ferramenta de corte sustentável não só corta o metal de forma produtiva, mas também reduz o consumo de energia - um fator importante no sucesso da ISCAR.
