Porta-Ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte Version 050503

1. Porta-Ferramentas p/Modernas Filosofias de CorteVersion 050503 Como os porta-ferramentas podem ajudar a realizar usinagens modernas lucrativas Switzerland, April 2005 Dipl. Eng. Hans-Peter Werner

2. Modernos metodos de corte Como fazer o corte mais lucrativo Requisitos dos modernos métodos de corte Desafios técnicos e influência dos porta-ferramentas Porta-ferramentas do mercado Sistemas disponíveis e suas indicações para o corte moderno Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta Como outros fizeram, como você pode fazê-lo Conteúdo 1 2 3 4

3. 1 Modernos métodos de corte Como fazer o corte mais lucrativo 2 3 4

4. Objetivos da usinagem moderna: Tornar-se mais lucrativa Objetivos Custo Custo do corte Maior produtividade para redução custo de fabricação p/ peça Obter o maior retorno sobre investimento Material /peça Fabricação /hora c/ qualidade neces. Capital ao menor custo Mao de obra Economia c/ ferr. de corte Consumíveis

5. Corte Tradicional Escolha Porta-ferram. Suficiente força cortepara desbaste Suficiente precisãop/ qualidade e acabam. necessário Os menores invest. Os menores preços Mínimos estoques – Maior flexibilidade

6. Corte a Altíssimas Velocidades (HSC)

7. Corte com Altíssima Performance (HPC) • HPC pode ser utilizado p/desbaste, combinado c/ acabamento HSC • Ferram. p/ HPC tbem. são boas p/ materiais críticos

8. Pesquisa: Métodos para aumento da produtividade Máquinas modernas necessárias para • Corte a altíssimas velocidades • Corte com Altíssima Performance Máquinas convencionais necessárias para • Realizar altas veloc. de corte/avanço ou prof. de corte • Economia etapas produção, desbastando c/ qual.de acabado • Economia tempo parada maq. através redução qtd. ferramentas • Redução tempo parada maq. através aumento vida útil das ferram.

9. Restrições na produtividade de corte Vibrações c/ aumento velocidid.  • Perda Qualidade • Redução de vida do Fuso, danos • Redução de vida útil de ferramenta • Condição de máquina instável Aumento forcas c/ aum.avan/rot., prof.corte  • Erros Dimensionais • Escape ou Escorregamento da ferramenta • Vibrações • Redução de vida ferramenta (ou nec. ferr. > custo) O porta-ferram. ajuda a solucionar tais problemas  Aumento ou garantia de produtiv.

10. Economia em custos ferramentas (ferram. corte - consumíveis) Estudo de Caso 5 centros usinagem, 2 turnos, 250 dias trabalhados 20 ferram/centro usin., c/ subst. 12 ferr./ turno, c/subst. 3 consumíveis Custo por ferram. USD 20,00 – incluindo 3 reafiações

11. USD USD 20 no preço ferr. incl. reafiações. Dobro preco significa.dobro economia meses

12. Economia no custo de ferramentas(ferram. corte - consumíveis) O que aumenta na vida útil e tem sido obtido Conforme nossa experiência, a vida da ferramenta tem sido aumentado apenas p/ escolha do porta-ferramenta

13. Conteúdo 1 2 Requisitos para os modernos métodos de corte Desafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas 3 4

14. Erro concentricidade Efeitos • Variação dimensional • Qualidade superficial prejud. • Desgaste desigual na ferram. corte  redução vida útil Erro concentr. (paral., angular) Fuso Ferramenta Vida ferram.* (c/ baixa força torsão), % Interface Porta-Ferramentas * Universidade Stuttgart, Alemanha, 1993 Erro conc., microns

15. Minimização do erro de concentr. do sistema de ferramentas Cone Limpo ? Fuso? Porta-ferr+ferr. limpos? Erro conc. do porta-ferram.? O sistema completo influi! Pino fix.? Erro conc. do cone fuso? Erro conc. do Porta-ferram.? • 3...25 μ (posic. ferr. em 3 x diâmetro) • Prolongador porta-ferram. proporciona maior erro concentr. HSK: -3 μBT: -5 μ

16. Forca de corte radial e rigidez do sistema de ferramentas Considerações • Rigidez mantem dimensões contra forças radiais. • Requisitos de rigidez aumentam c/ distância aresta corte • A área mais deficiente influi. Aparência rigida não e suficiente. • Reduzir comprim. área deficiente, princip. parte frontal do porta-ferr. • Relação entre rigidez e dia. ext. porta-ferramenta, importante qdo. espaço de acesso for restrito Força de torsão Aumenta c/ dist. da aresta corte Força de corte radial Porta ferr. Fuso Ferram. Cone fuso O sistema completo influi!

17. Visão dinâmica do sistema de ferramentas: Rotação Erro conc. sistema Aumenta c/ quadrado da velocid. fuso  importante a média+alta velocidade Forcas excentr. Sistema desbalanc. Redução qualidade, vida ferram. produ- tividade, Vibrações Desbalanc. partes sist. Redução vida fuso Porta Ferram. Ferramenta

18. Balanceamento Benefícios • Balanceamento reduz vibrações geradas no sistema • Balanceamento tem um efeito positivo na vida do fuso máquina Considerações • Mesmo se porta-ferram. balanceado, o erro concentric. do sistema podem estar fora centro (desbalanc.) • Balanc. conj.porta-ferr.+ferr.corte bomp/ balanc. do sistema, especialm.p/ conjuntos longos • Mesmo se balanc., o erro concentr.do sistema e baixa rigidez, podem deslocar a aresta corte • Precisão concentr. somado balanceamento apropriados, sao requisitos p/ melhorar corte Q2.5 a 25,000 rpm = Espec. massa de 1 micron fora centro. Mas apenas fuso HSK = 3 microns!

19. Vibrações Problema se espaço for restrito: Furos profundos e Moldes & Matrizes Rigidez Dinâmica (maximizar!) Erro conc. sistema Sistema desbalanc. Forcas corte radiais Rigidez (estática) !! minimizar! Massa (minimizar!) Geração de vibrações Amortec. Vibrações Transmissão de vibrações Microfricção nas superf. Func. amort. como óleo minimizar!

20. Remoção dos cavacos de corte Considerações • Cavacos devem ser removidos da aresta corte rapidamente. • Caso contrario aresta de corte cortara cavacos 2 vezes Maior consumo de ferr. corte Métodos de remoção de cavaco • P/ ar comprimido • P/ fluído refrigerante através tubo externo • P/ passagem. interna refrig • Pelo fluído refrig. c/ jato paralelo haste ferram. de corte. redução diâm. ferr. corte  risco de danos

21. Torque / Força de Fixação Requisitos p/ porta-ferramentas Dependendo da força de corte (tangencial) + axial (escorregam. ferr.)

22. Requisitos fixação de ferramentas – dependendo da aplicação Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial!

23. Outras considerações Produtividade e gerenciam. de risco • Porta-ferram. de longa vida útil • Simples manuseio • Risco de danos no porta-ferr., ferr. corte, etc. devido erro set-up • Seguro para o operador Restrições • Corte de materiais especiais requerem alta força fixação, talvez combinada com alta rigidez dinâmica • Moldes & Matrizes ou furação prof. requerem ótima rigidez dinâmica c/ dim. Ext. reduzidas Investimento versus flexibilidade • Investimento no Porta-ferr. e no dispositivo fixação • Flexibilidade e disponib. tamanhos e uso para diferentes aplicações

24. Porta-ferramentas do mercado Sistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno Conteúdo 1 2 3 4

25. Pesquisa Todas aplic. incl. HSC, HPC, aumentaram vida útil ferr. corte Desbaste, (HPC) Mandris shrink fit Alta Weldon Mandris Powrgrip (alta precisão / alta força, conicidade da pinça de 1:100 Força fixação P. pinças de precisão P. pinças baratos Mandris poligonais Mandris hidráulicos HSC, Acabamento, Aumento vidaútil ferram. corte 30 microns baixa precisãodesbalanceado 3 microns alta precisão Balanc. fino Precisão

26. Comparação de Porta-ferramentas – Aspectos Tecnológicos Rigidez Dinâmica • Rigidez dinâmica depende muito da atual escolha e tamanho porta-ferr. • Mandris Poligonais: Tipo fino e muito fino mas c/ baixa rigidez dinam., Tipo robusto R e muito grande • Shrink fit: Restrito em amortecim.de vibrações Precisão (geral) • Mandris Weldon não são balanceáveis • Influencia do aquecim. no shrink fit pode causar deformações • Influencia do aquec.no shrink fit pode causar restrição ao ajuste de comprim. ferramentas Força de Fixação • Shrink fit e alta em grdes. diâmetros mas restrito em pequeno/médio diâmetros Material haste da ferr.+tamanho • Shrink fit pode ter problemas p/ fixar ferram. HSS e de pequenosdiâmetros

27. Comparação de Porta-ferram. – Riscos operacionais e limitações

28. Comparação de Porta-Ferramentas – tempo de vida e investimento

29. Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta Como outros fizeram, como você pode fazê-lo Conteúdo 1 2 3 4

30. neutral photo Exemplo Reengenharia: HSC / Produção de Base de Molde (USA) Acabamento (HSC) Material: 4140 (AISI) /~1.7223 (DIN) / ~41CrMo4 20.000 rpm Maquina: Makino, Fuso 20.000 rpm Ferram.: Fresa Esp. c/ cobert.diamante, USD 60.00/pc.Avanço 100 IPM, Prof. Corte= 0.05“, Duração teste 4.5 horas. (2 peças) Porta-ferr. anterior:Porta-pinça balanceado p/ 20.000 rpm Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip, c/ anéis balanc., montado balanceado p/ 20.000 rpm Problema: Erro concentr.,vida ferram.–0.5 pc/ ferr. corte Resultado obtido teste: 300% aumento vida útil ferramenta corte: 2 peças p/ ferramenta (ainda poderia ir alem) Economia 3 ferram. p/ 2 peças = USD 90.00/pc

31. neutral photo neutral photo Examplo de Reengenharia: HSC / Indústria Automotiva (USA) Acabamento (HSC) Material: H13 (AISI) / 1.2344 (DIN) / X40CrMoV5 11.000 rpm Maquina: Makino A55 Horizontal.Ferramenta: Fresa acab. 1/8“Avanço 60 IPM, Prof. Corte=0.008“,Duração Teste 8 horas. Porta-ferram. anterior:Vários Porta-ferr. Conv. Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip Problema: Erro conc., quebra ferr., rigidez Resultado obtido: Giro ferr. concentr., tolerâncias dimensionais mantidas, < carga s/ fuso que outras ferrs. testadas, > vida útil ferram., etc. Economia custos USD 200.000,00/ano, estim. p/cliente

32. Exemplo de Reengenharia: Desbaste de material crítico / Indústria Médica (USA) Desbaste Material: Inox 1740 1.600 rpm Maquina: Mori-Seiki SA 50Ferram.: Fresa topo metal duro ¾“-6 cortes, Avanço 6-8 IPM, 2.75“ prof. corte x 0.050“ larg. Duração teste 7 ciclos Porta-ferram. anterior:Mandril Shrink fit / Weldon Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip Problema: Escorregamento fresa topo de maior dia c/ Mandris Shrink Fit . Fixação segura c/ Weldon, mas curta vida ferr. (4 ciclos/fresa topo) Resultado obtido: 75% aumento vida útil, sem escorreg. ferramenta. 7 ciclos p/ fresa de topo.

33. Como explorar o seu próprio potencial de redução de custos Etapas • Definir objetivos ou linha de direção • Definir aplic. em amostras significat. (em máquinas novas ou existentes) • Selecionar porta-fer.(ver cap. 3) • Fazer testes práticos c/ novos porta-ferram. nas amostras • Estimativa apróx. de ganhos pelo aumento produtividade ou vida ferr.