porta-ferramentas p/ modernas filosofias de corte version 050503

Porta-Ferramentas p/Modernas Filosofias de CorteVersion 050503

Switzerland, April 2005Dipl. Eng. Hans-Peter Werner

Como os porta-ferramentas podem ajudar a realizar usinagens modernas lucrativas

21.04.232

Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte

Conteúdo

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

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4

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Modernos métodos de corte

Como fazer o corte mais lucrativo123

4

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Objetivos da usinagem moderna: Tornar-se mais lucrativa

Obter o maior retornosobre investimento

c/ qualidade neces.

ao menor custo

Objetivos

Material

Fabricação

Capital

Mao de obra

Consumíveis

Custo Custo do corte

/peça

/hora

Maior produtividadepara redução custode fabricação p/ peça

Economia c/ ferr.de corte

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Corte Tradicional

Operação 1. Desbaste 2. Acabam.

Veloc. corte Padrão Padrão

Veloc.Avanço Padrão Padrão

Prof. corte Alta Baixa

Suficiente força corte para desbaste

Suficiente precisão p/ qualidade e acabam. necessário

Escolha Porta-ferram.

Os menores invest.Os menores preçosMínimos estoques – Maior flexibilidade

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Corte a Altíssimas Velocidades (HSC)

Operacao HSC

Veloc. corte Alta veloc. eixo-árvore, > 9,000 rpm mas peq. diâmetro

Veloc.Avanço Alta devido veloc. de corte, baixo avanço p/ rotação no acabam.

Prof. corte Baixa

Efeitos

Alta produtividade (Taxa Remoção Material - MRR)

Alta produtividade

Usinagem Altíssimos Avanços (HFM): Reduzida exp. térmica

Baixo avanço/rot. – Usin. c/ forca axial reduz. (LTM), baixa deform.

Força axial reduzida

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Corte com Altíssima Performance (HPC)

Operação HPC

Veloc. corte Acima da média

Veloc.Avanço Acima da média

Prof. corte Alta (profund. radial, axial ou ambas) especialm. desbaste

Efeitos

Alta produtividade (Taxa Remoção Material - MRR)

Necessidade. Maqs. c/ alta forca axial, potência & rigidez e ferram. especiais

HPC pode ser utilizado p/desbaste, combinado c/ acabamento HSC

Ferram. p/ HPC tbem. são boas p/ materiais críticos

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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.

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O porta-ferram. ajuda a solucionar tais problemas Aumento ou garantia de produtiv.

Vibrações c/ aumento velocidid. Perda Qualidade Redução de vida do Fuso, danos Redução de vida útil de ferramenta Condição de máquina instável

Restrições na produtividade de corte

Aumento forcas c/ aum.avan/rot., prof.corte Erros Dimensionais Escape ou Escorregamento da ferramenta Vibrações Redução de vida ferramenta

(ou nec. ferr. > custo)

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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

Vida ferramenta 100% 120% 150% 200%

Economia ferramenta - 17% 33% 50%

Consumo ferr/ano, pcs. 7,500 6,230 5,030 3,750

Economia ferr/ano, pcs. - 1,270 2,470 3,750

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0

20'000

40'000

60'000

80'000

100'000

120'000

140'000

160'000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

USD

meses

Vida ferramenta 100% 120% 150% 200%

Custo ferr/ano, USD 150,000 125,000 101,000 75,000

Econ. Custo/ano, USD - 25,000 49,000 75,000

USD 20 no preço ferr. incl.reafiações.

Dobro precosignifica.dobroeconomia

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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

Aumento de vida ferram. corte, comparado c/ porta-ferram. convencional

No desbaste frequ. + 30-50%

No acabamento freq + 50-100%

As vezes aumento de ate + 400%

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Requisitos para os modernos métodos de corte

Desafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas

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Conteúdo

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Erro concentricidade

Porta-Ferramentas

FerramentaFuso

Interface

Efeitos Variação dimensional Qualidade superficial prejud. Desgaste desigual na ferram. corte

redução vida útil

0

50

100

150

200

2.5 7.5 12.5 17.5 25

Vida ferram.* (c/ baixa força torsão), %

Erro conc., microns * U

nive

rsid

ade

Stu

ttga

rt,

Ale

man

ha,

1993

Erro concentr. (paral., angular)

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Minimização do erro de concentr. do sistema de ferramentas

HSK: -3 μBT: -5 μ

O sistema completo influi!

Porta-ferr+ferr. limpos?

Cone Limpo ?

Pino fix.?

Fuso?

Erro conc. do cone fuso?

Erro conc. do Porta-ferram.?

Erro conc. do porta-ferram.?

3...25 μ (posic. ferr. em 3 x diâmetro) Prolongador porta-ferram.

proporciona maior erro concentr.

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Forca de corte radial e rigidez do sistema de ferramentas

Força de torsão

Porta ferr.Ferram.

FusoCone fuso

O sistema completo influi!

Força de corte radial

Aumenta c/ dist. da aresta corte

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

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Visão dinâmica do sistema de ferramentas: Rotação

Erro conc. sistema

Desbalanc. partes sist.

Forcasexcentr.

Redução vida fuso

Sistemadesbalanc. Vibrações

Redução qualidade, vida ferram. produ-tividade,

Aumenta c/ quadrado da velocid. fuso importante a média+alta velocidade

Porta Ferram. Ferramenta

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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!

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Vibrações

Geração devibrações

Transmissão de vibrações

Erro conc. sistemaSistema desbalanc.Forcas corte radiais

minimizar!

minimizar!

Problema se espaço for restrito: Furos profundos e Moldes & Matrizes

!!

Rigidez Dinâmica (maximizar!)

Rigidez (estática)

Amortec.Vibrações

Massa (minimizar!)

Microfricçãonas superf.Func. amort.como óleo

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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

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Torque / Força de Fixação

Metodo de Corte Força de Corte

Acab. convencional Baixa

HSC Média / Baixa

Desb. convencional Alta

HPC Alta

Requisitos p/ porta-ferramentas

Dependendo da força de corte (tangencial)+ axial (escorregam. ferr.)

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Requisitos fixação de ferramentas – dependendo da aplicação

Acab. HSC Desb. HPC Vida ferr.

Forca tangencial/escorr.

Torque de Fixação

Baixo Baixo + Muito

Importante

Muito

Import.

Força(torsão) radial

Rigidez/resist. estática

Baixa Baixa Muito

Importante

Muito

Import.

Qual. Superf.

Precisão batim. estatico

Important

Important

Important

Important

(se reduzir etapas produção)

Talvez

Talvez Important

Veloc. Do Fuso / Corte

Balanc.+ resist. dinam.

Média

Important

Alta

Important

Baixa Med-high

Import. Important

Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial!

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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

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Conteúdo

Porta-ferramentas do mercado

Sistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno

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Pesquisa

P. pinças de precisão

Weldon

Mandris hidráulicosMandris poligonais

Mandrisshrink fit Mandris Powrgrip

(alta precisão / alta força, conicidade da pinça de 1:100

Fo

rça

fi

xaç

ão

Precisão

3 micronsalta precisão

30 micronsbaixa precisão

desbalanceado

Alta

Balanc. fino

Desbaste, (HPC) Todas aplic. incl. HSC, HPC, aumentaramvida útil ferr. corte

HSC,Acabamento,Aumento vidaútil ferram. corte

P. pinçasbaratos

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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

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Comparação de Porta-ferram. – Riscos operacionais e limitações

Mandril

Weld.

Pinça s/ prec.

Pinça c/ precisão

Mandril hidr.

Poli-gonal

Shrink

Fit

Powrgrip Mandril

Riscos pes. Queima

Riscos de danos dur. set-up

(alguns: torque errado)

Pres-são errada

Erro medida / temp.

Limitações complem. durante

corte

Veloc. Fuso

Veloc. Fuso

Veloc. Fuso depende da porca etc.

Alta tempera-tura

Alta

tempe-

ratura

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Comparação de Porta-Ferramentas – tempo de vida e investimento

Mandril

Weld.

Pinça s/prec.

Pinça c/ precisão

Mandril Hidr.

Poligo-nal

Shrink

Fit

Mandril Powrgrip

Acessório Não necessário Neces. Disposit. Fixação

Preço Mandril

Baixo Baixo Médio Muito alto Alto Médio Alto

Vida mandril (fixação)

Longa Média Longa Variada Longa Variada Muito

longa

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Conteúdo

Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta

Como outros fizeram, como você pode fazê-lo

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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

Exemplo Reengenharia: HSC / Produção de Base de Molde (USA)

Acabamento (HSC)

Material: 4140 (AISI) /~1.7223 (DIN) / ~41CrMo4

20.000 rpm

Porta-ferr. anterior: Porta-pinçabalanceado p/ 20.000 rpm

Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip, c/ anéis balanc., montado balanceado p/ 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)

Problema:Erro concentr.,vida ferram.–0.5 pc/ ferr. corte

ne

utra

l p

ho

to

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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

Examplo de Reengenharia: HSC / Indústria Automotiva (USA)

Acabamento (HSC)

Material: H13 (AISI) / 1.2344 (DIN) / X40CrMoV5

11.000 rpm

Porta-ferram. anterior: Vários Porta-ferr. Conv.

Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip

Maquina: Makino A55 Horizontal.Ferramenta: Fresa acab. 1/8“Avanço 60 IPM, Prof. Corte=0.008“,Duração Teste 8 horas.

Problema:Erro conc., quebra ferr., rigidez

ne

utra

l p

ho

ton

eu

tral

ph

oto

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Resultado obtido:75% aumento vida útil, sem escorreg. ferramenta.7 ciclos p/ fresa de topo.

Exemplo de Reengenharia: Desbaste de material crítico / Indústria Médica (USA)

Desbaste

Material: Inox 1740

1.600 rpm

Porta-ferram. anterior: Mandril Shrink fit / Weldon

Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip

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

Problema:Escorregamento fresa topo de maior dia c/ Mandris Shrink Fit . Fixação segura c/ Weldon, mas curta vida ferr. (4 ciclos/fresa topo)

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Como explorar o seu próprio potencial de redução de custos

Etapas

1. Definir objetivos ou linha de direção

2. Definir aplic. em amostras significat. (em máquinas novas ou existentes)

3. Selecionar porta-fer.(ver cap. 3)

4. Fazer testes práticos c/ novos porta-ferram. nas amostras

5. Estimativa apróx. de ganhos pelo aumento produtividade ou vida ferr.

Objetivos possíveis (ver capit. 1)

Aumento produtividade na qualidade solicitada

Introduzir HSC/HPC? Novas máquinas?

Trabalhar mais rápido c/ métodos atuais?

Trabalhar mais tempo c/ métodos existentes (Maior vida de ferramenta)?

Soluc.problemas precisão ou escor. ferr?

Reduzir consumo da ferram. de corte

Em aplicações c/ alto consumo de ferram. corte ou c/ ferram. caras ?

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