Nova tecnologia de desbaste remove material com altas taxas de avanço lateral

Resumo

Este artigo técnico visa esclarecer os ganhos reais com a utilização de métodos de instrumentos modernos no processo de desbaste. Extraindo toda a capacidade das máquinas e ferramentas reduz-se o tempo. Inicialmente é apresentado o processo convencional de desbaste, ou seja, o processo atual que as indústrias estão acostumadas, na sequencia apresenta-se o processo denominado desbaste Waveform.

Desbaste convencional

No método convencional é usual a utilização de alto incremento de corte lateral (Ae) e baixo incremento de corte vertical (Ap). Com isso, em todo o processo de desbaste, apenas uma pequena região da área de corte da ferramenta é responsável pela remoção do material (figura 1). Isso causa desgastes prematuros em sua extremidade.

Por utilizar incrementos laterais fixos nas regiões onde existem mudanças de direção do corte, o processo fica sujeito a vibrações e por consequência o esforço de corte aumenta. A figura 2 mostra a área de contato da ferramenta em uma mudança de direção. Considerando um incremento lateral de 50% do diâmetro da ferramenta, no primeiro estágio em linha reta temos apenas ¼ da ferramenta em contato com o material, já na região onde há mudança de direção, ½ da ferramenta entra em contato com o material. Isto faz com o corte tenha variação ao longo da trajetória.

É comum nesses casos desacelerar o avanço de corte nos cantos, mais isto acaba subutilizando a ferramenta e aumentando o tempo de usinagem.

No processo de desbaste com remoção constante de material, também conhecido por Waveform, o caminho de ferramenta mantém o corte constante em todas as regiões do modelo, inclusive nas regiões onde há mudanças de direção. Com movimentos suaves as vibrações e esforços do corte são reduzidos gerando um corte consistente. Como resultado tem-se a possibilidade de aumentar o incremento de corte vertical e avanço, melhorando a utilização das máquinas e ferramentas.

A figura 3 mostra o comparativo entre processo convencional de desbaste e o processo Waveform. Podemos observar que no processo convencional os caminhos são sempre regulares e não se adaptam a geometria. Já no processo Waveform os caminhos são gerados com arcos imitando a propagação de ondas que suavizam o processo de corte.

Além disso, nas regiões onde são necessárias mudanças de direção o incremento lateral é ajustado automaticamente para manter constante a remoção do material. (Figura 4)

Se no processo convencional temos alto incremento lateral e baixo incremento vertical, com Waveform podemos aumentar o incremento vertical (figura 5) e utilizar melhor a área de corte da ferramenta. No processo convencional isto danificaria a ferramenta nas mudanças de direção.

Dentre os benefícios do Waveform podemos destacar:

  • Aumento da vida útil das ferramentas;
  • Melhor utilização da área de corte;
  • Remoção constante do material;
  • Redução do tempo devido ao aumento das taxas de avanços;
  • Ajuste automático da quantidade de material removido;

Aumento da vida útil das Ferramentas

Além de permitir uma melhor utilização das áreas de corte, o método de desbaste Waveform aumenta a vida útil das ferramentas. Apesar de os parâmetros de corte ser consideravelmente maiores do que no processo convencional, as mudanças suaves de direção e o corte constante garantem estabilidade para o processo de corte, preservando assim a ferramenta. Desta forma, a aresta de corte fica menos sujeita a fissuras e desgaste prematuro.

Com o uso de ferramentas e máquinas convencionais, é possível um aumento de mais de 5 vezes a velocidade de corte. A explicação para isso está no ajuste dos caminhos de ferramentas conforme a geometria, o que garante que a quantidade de material removido será sempre a mesma (figura 7).

Elementos da Usinagem

Como os avanços utilizados são muito maiores que no processo convencional, o processo em Waveform requer um ajuste mais preciso dos elementos de usinagem. Fatores como fixação e balanço das ferramentas, fixação da matéria prima, refrigeração para expulsão do cavaco, devem ser analisados para que seja possível alcançar a velocidade máxima no desbaste, preservando a ferramenta.

Estudo Prático – Mostra de resultados

Uma demonstração prática feita em Caxias do Sul com uma máquina Mazak VCN 410, ferramenta Sandvik Coromill e software Edgecam 2012 R2 a fim de comparar ambos os processos. Em waveform, o tempo de execução foi de cinco minutos.

Com esse mesmo tempo, a usinagem tradicional deu apenas início ao processo – conforme pode ser visualizado na figura 8. Tal técnica seria concluída em 2 horas e 40 minutos, o suficiente para a Waveform finalizar a mesma função 20 vezes. Confira a tabela comparativa:

Na figura abaixo você pode conferir a peça usinada:

O método Waveform é capaz de reduzir drasticamente o tempo de desbaste em máquinas novas e antigas. Isso ocorre devido a melhora na qualidade e inteligência dos caminhos de ferramentas. A grande vantagem está no ajuste do percurso da ferramenta que é baseado na geometria, visando à remoção constante do material.

Mesmo utilizando ferramental já disponível, é possível reduzir o tempo de processo e aumentar a vida útil das ferramentas, pois os dados de corte serão mais elevados. Isto vai além da simples obtenção do código NC, trata-se de repensar os métodos de usinagem visando extrair a máxima capacidade das máquinas e ferramentas disponíveis.