ARESTA DE CORTE - capítulo 5 - parte 2/2

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 PROJETO 2 

(Fresa com rotação passiva do inserto durante a usinagem)

Cálculo da força de rotação teórica do inserto

A nova fresa com rotação passiva do inserto foi desenvolvida com base no know-how acumulado pela experiência com a primeira geração de ferramentas com inserto rotativo.

Depois de lançar a primeira ferramenta com inserto rotativo, a Mitsubishi Materials já considerava a aplicação deste mecanismo nas fresas de topo e fresas de face.  Porém o tamanho deste mecanismo dificultava a instalação nas ferramentas de fresamento e, por fim, concluiu-se que era um projeto impossível de ser executado na época.

_{(E) Yujio Takada, Tsukuba Aero Group, Departamento Aeroespacial, participou do desenvolvimento da ferramenta de corte com rotação passiva do inserto (D) Wataru Takahashi, Grupo Avançado de P&D, Centro de Tecnologia de Usinagem, Divisão de Pesquisa e Desenvolvimento, participou do desenvolvimento da ferramenta de corte com rotação ativa do inserto}

Desde então, os materiais de difícil usinabilidade têm expandido sua presença em diversas indústrias, tornando crescente a demanda por maiores eficiências de usinagem e aumento da vida útil da ferramenta nas operações de fresamento.

Há cerca de 10 anos, percebendo o potencial do mecanismo de rotação dos insertos no fresamento, a Mitsubishi Materials iniciou o desenvolvimento de fresas com insertos rotativos, em parceria com a Universidade de Nagoya e a Mitsubishi Heavy Industries.

Nesse projeto, a rotação do inserto ocorre passivamente, ou seja, o inserto sofre resistência ao corte, gerando a força que o faz rotacionar. O primeiro desafio foi identifiar o ângulo de posição ideal do inserto, para assim gerar uma força de rotação adequada do inserto usando a resistência ao corte.  Se a resistência ao corte for muito baixa, a força não seria suficiente para rotacionar o inserto.  

Por outro lado, se a resistência ao corte for muito alta, ocorre trepidação durante a usinagem e causa danos à ferramenta.  Portanto, era necessário identificar o ângulo de posição ideal do inserto para gerar resistência de corte suficiente para a rotação do inserto de maneira estável em diversas condições de corte.

Esse grande desafio foi solucionado pela Universidade de Nagoya.  Através da aplicação de fórmulas complexas e análise de dados, foi possível identificar o ângulo de posição adequado do inserto para rotacioná-lo com eficiência.  Este método teórico reduziu significativmente o tempo de desenvolvimento das novas ferramentas em comparação à primeira geração de ferramentas com inserto ratotivo, desenvolvidas a partir de métodos convencionais e teste prático.

Vida útil 8 a 10 vezes maior que ferramentas convencionais

O próximo grande desafio era introduzir o inserto em um espaço extremamente estreito.  Era necessário projetar um mecanismo de rotação que permitisse a instalação em um espaço bem estreito. Isso exigiu a otimização da folga do furo do inserto e do parafuso de fixação para facilitar a rotação do inserto durante a usinagem.

Se a folga fosse muito pequena, acabaria limitando o movimento do inserto; e se fosse muito grande, causaria trepidação.  Além disso, do ponto de vista da rigidez, o tamanho do parafuso de fixação deveria ser adequado ao tamanho do inserto.

Foram realizados contínuos estudos, análises, vários protótipos e muitos testes. Por fim, foi instalada uma mola logo abaixo da cabeça do parafuso de fixação, o que possibilitou o desenvolvimento de um mecanismo de rotação que oferecia a folga ideal e a resistência necessária.

Depois de desenvolver este mecanismo de rotação mais simples e mais compacto, a fresa com inserto rotativo parecia estar próxima de se tornar uma realidade, mas surgiu um novo desafio.  A base do inserto, em contato com o calço de metal duro fixado ao corpo da ferramenta, sofria um desgaste irregular durante a rotação.

A rotação do inserto permite manter um desgaste uniforme na aresta de corte. Mas a carga irregular sobre o calço de metal duro, que absorve o esforço de corte, acabava se concentrando em um único ponto, principalmente na região logo abaixo da aresta de corte. Como o inserto e o calço, ambos são de metal duro, o contato e a rotação contínua sob uma carga localizada acabava gerando um desgaste irregular.

Para resolver este problema, foi instalado um calço metálico móvel entre o inserto e o calço de metal duro, servindo como um amortecedor.

Um a um, os desafios foram superados até a fresa com inserto rotativo tornar-se real.  A grande vantagem deste tipo de ferramenta seria a usinagem automatizada (sem operador) por longos períodos, dispensando a troca de arestasl.  Além disso, esta fresa também conseguiu prolongar a vida útil em oito a dez vezes mais do que as fresas convencionais na usinagem de ligas resistentes ao calor, como mostra o gráfico abaixo.
 

O lançamento desta nova fresa está previsto para 2017.  Além das fresas de topo e de face, também há planos de implantação deste mecanismo nas ferramentas para torneamento.  Ainda no fresamento, com a expansão dos tamanhos de insertos, está prevista a ampliação para outras aplicações, como usinagem de rampas.

O assunto ARESTA DE CORTE é muito importante e também extenso, por esse motivo foi dividido em 5 capítulos (clique sobre o nome do capítulo para ler o texto):

Capítulo 1: Fresas de Cerâmica

Capítulo 2: Mecanismo de rotação do Inserto

Capítulo 3: Quebrando cavacos com rotação de baixa freqüência

Capítulo 4: Slot Die

Capítulo 5 (parte 1): Materiais de difícil usinabilidade 

Capítulo 5 (parte 2) Materiais de difícil usinabilidade

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