A usinagem de alta velocidade (HSM) é uma importante tecnologia amplamente utilizada na moderna tecnologia de fresamento. Ao aplicar a tecnologia de fresamento HSM, é possível não apenas fresar vários materiais macios e duros, mas também obter uma excelente precisão da peça de trabalho. Este artigo descreve os requisitos do HSM para ferramentas e suportes.
1. Requisitos HSM para ferramentas de corte
1. Geometria
A vibração da ferramenta afeta diretamente a qualidade da superfície obtida pela usinagem. Portanto, é extremamente importante manter uma força de corte uniforme na ferramenta durante o acabamento HSM para evitar a vibração da ferramenta.
A influência das características geométricas adjacentes da ferramenta na força de corte:
• A boa concentricidade facilita a distribuição uniforme da carga na aresta de corte
• Maior sobreposição da aresta de corte para características de força de corte uniformes (maior ângulo de hélice e número de canais)
• Comprimento de corte curto para melhor rigidez (o diâmetro do eixo é um pouco reduzido em comparação com as paredes íngremes da máquina)
• Melhor condição de seção transversal do núcleo com concentração mínima de tensão no entalhe
Materiais de alta resistência podem ser processados usando HSM, o que significa que a resistência à deformação aumenta com a dureza do material a ser processado. O aumento da carga na aresta de corte requer um design estável da geometria da aresta de corte. No entanto, mais calor de fricção será gerado na área livre da superfície da peça sob alta velocidade de corte, o que significa que o ângulo de incidência da ferramenta deve ser reduzido. Portanto, aumentar a estabilidade da aresta de corte só pode ser alcançado reduzindo o ângulo de chanfro. Nos casos em que o material é muito duro e o material da ferramenta é frágil, pode até resultar em um ângulo de bisel negativo.
Raios ajustados com precisão são retificados na ponta da lâmina para evitar condições de superaquecimento ou quebra parcial da borda quando aquecido repentinamente.
Se a precisão da forma da peça de trabalho for muito alta, o raio da parte esférica da ferramenta de acabamento usada tem um impacto direto na precisão da forma da peça a ser processada. Portanto, como condição básica, é muito importante usar ferramentas com tolerâncias de raio muito apertadas (na faixa do mícron) durante o acabamento de peças muito delicadas.
2. Materiais e Revestimentos
O material da ferramenta deve ser mais duro que o material a ser usinado. Quanto maior a diferença de dureza entre o material da peça de trabalho e o material da ferramenta, menor será o desgaste da ferramenta e maior será a vida útil da ferramenta. Devido às altas temperaturas locais, também é necessário garantir que o material da ferramenta seja resistente à oxidação.
Grandes flutuações na carga térmica e a necessidade de resistência à oxidação do material da ferramenta levam à eventual necessidade de revestimentos em corpos de ferramenta de carboneto de tungstênio de granulação fina.
Sistemas de revestimento testados e comprovados, como TiN, TiCN e TiAlCN, atingem rapidamente seus limites no processamento HSM. Assim, foram desenvolvidos sistemas de revestimento multicomponentes, à base de nitretos com alto teor de alumínio, em combinação com outros elementos como ítrio, vanádio ou tântalo. Maior desempenho também pode ser alcançado usando estruturas de nanocamadas, CBN e PKD.
2. Requisitos do HSM para porta-ferramentas
Devido às altas velocidades do fuso necessárias na usinagem HSM, é melhor usar os sistemas de porta-ferramentas HSK-A e HSK-E. Como o flange do porta-ferramentas é montado na cabeça do fuso, o porta-ferramentas tem um suporte mecânico definido na direção Z, portanto, em velocidades mais altas, ele não é arrastado para o fuso devido ao aumento das forças centrífugas.
Erros fundamentais já podem ter ocorrido na fase de preparação do processo, impossibilitando menos vibração e controle seguro do processo. Para obter uma usinagem HSM estável, é essencial equilibrar e verificar o alinhamento da ferramenta e do conjunto do porta-ferramenta conforme necessário. O limite de velocidade rotacional associado à massa desequilibrada também deve ser considerado.
Um sistema de ferramenta rotativa mal balanceado ou desalinhado resultará em:
• qualidade superficial muito ruim
• vida útil da ferramenta muito baixa
• Baixa estabilidade e segurança do processo
• Possíveis danos ao fuso de fresagem
O desequilíbrio e desvio da concentricidade ideal causados por mudanças bruscas no processo podem ser vistos com muita clareza no diagrama esquemático abaixo:
Nenhum desvio em comparação com a concentricidade perfeita: menor rugosidade teórica
Desvio da concentricidade perfeita: maior rugosidade teórica
A massa de equilíbrio tem uma influência importante no desempenho dinâmico de todo o sistema rotativo.
O desbalanceamento é equivalente a ter um objeto excêntrico girando. Este corpo excêntrico pode induzir uma força centrífuga que aumenta quadraticamente com a velocidade de rotação. Isso significa que o mesmo desequilíbrio induz 441 vezes mais força centrífuga em um fuso a 42,000 rpm do que em um fuso a 2,000 rpm (212=441). Portanto, um desequilíbrio do arranjo do porta-ferramentas na usinagem de alta velocidade tem consequências adversas particularmente pronunciadas.
Aplicando a tecnologia de fixação de ferramentas no HSM, você pode usar porta-ferramentas com:
• Pinças e
• Redutores
Sistemas alternativos, como conectores Weldon, não são recomendados, pois apresentam desvantagens significativas no processamento de HSM.
Devido às boas propriedades de amortecimento dos porta-ferramentas com pinças que fornecem bons resultados durante o processo de desbaste, juntamente com as juntas de redução, um alto grau de rigidez e repetibilidade pode ser alcançado. Isso é essencial para obter uma superfície perfeita da peça. O uso de redutores permite obter concentricidade muito precisa (menos de 0,003 mm de desvio) e alto torque de transferência.
Estrutura de projeto de vários porta-ferramentas redutores: o torque de transmissão depende da estrutura de projeto do equipamento de fixação; diferentes estruturas de design, elas podem ser muito diferentes.
