usinagem hsm

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1.Introduo - USINAGEM EM CNC DO TIPO HIGH SPEEDUsinagem em HSC (High Speed Cutting) ou HSM (High Speed Machining) a mais avanada tecnologia de usinagem que temos a disposio, essa tecnologia surgiu a quase 80 anos na Alemanha e ela consiste em substituir um processo de poucos passes, pesados e lentos por muitos passes leves e com altas velocidades de corte. As reas que mais utilizam esse tipo de usinagem a de moldes e matrizes, aeroespacial e automotiva. Nos dias atuais s possvel aplicar altas velocidades de corte devido grande evoluo das ferramentas de corte e pela elevada tecnologia empregada nos centros de usinagem permitindo que os mesmos operem sem desgaste excessivo em altas velocidades. Esta evoluo acontece devido a necessidades do mercado de produtos industriais que muito diversificada e o ciclo de vida destes produtos e cada vez mais curto. Com isso a indstria busca tcnicas de fabricao dada vez mais geis fabricando somente o produto solicitado e na quantidade necessria, de acordo com a demanda. A usinagem altamente eficiente a chave para a obteno de resultados bem sucedidos do sistema de manufatura gil, com melhoria da flexibilidade at seu limite sem reduzir a produtividade. Este mtodo de usinagem atualmente e bastante empregado na fabricao de moldes e matrizes. Neste caso a usinagem HSM possui varias vantagens como a flexibilizao da produo. Tradicionalmente, a produo de moldes e matrizes envolve a usinagem convencional, com o material no estado normal, seguido de tratamento trmico, utilizao do processo de eletro-eroso e, por fim, realizao de acabamento e polimento manual. Atualmente o processo HSM permite a usinagem dos componentes diretamente em material endurecido eliminando as operaes de eletro-eroso e do polimento manual. O resultado destas melhorias que o processo HSM proporciona na usinagem de moldes um menor tempo de ciclo de produo, eliminao de operaes e conseqentemente a queda no custo de fabricao da pea.

2.Vantagens do ProcessoA principal contribuio na usinagem em altas velocidades est no fato de poder trabalhar com velocidades de corte de cinco a dez vezes maiores, se comparado ao processo convencional e utilizar profundidades de cortes menores que as utilizadas nos processos tradicionais diferenciada obtendo maior preciso ao usinado, pois se reduz consideravelmente os processos de acabamento manuais, posteriores ao processo de usinagem. Observa-se na figura abaixo:

Faixas de velocidades de corte para diferentes materiais (SCHULZ, 1996)

a faixa de valores que se convencionou chamar de usinagem em altas velocidades, relacionado ao material a ser usinado. A velocidade de corte tambm est relacionada a cada aplicao especfica conforme demonstra do na Figura.

Velocidades de corte convencional e HSC (MULLER & SOTO, 1999)

A velocidade de corte para HSC em operaes de fresamento est na faixa de dez vezes superior s velocidades convencionais de usinagem, de acordo com o material a ser usinado. A acelerao para movimentao e posicionamento dos eixos da mquina ferramenta, tambm um fator importante a ser considerado, principalmente na usinagem de formas complexas. Mquinas que trabalham com altas aceleraes, podem obter um ganho significativo frente s mquinas convencionais. As mquinas-ferramenta na faixa de transio para HSC, atualmente podem trabalhar com aceleraes da ordem de 10 m/s, e mquinas HSC de laboratrio com motores lineares, trabalham hoje com aceleraes da ordem de 30 m/s.

3.Vantagens e desvantagens do processo HSMAumento na produtividade:

Reduo dos custos do processo de fabricao, custos de fabricao reduzidos devido a ciclos totais mais rpidos; Maior flexibilidade na alocao de mo de obra; Maior flexibilidade comercial, pois pedidos complexos podem ser atendidos em menor espao de tempo.

Vantagens Tecnolgicas: Aumento da qualidade superficial, o que elimina muitos trabalhos posteriores; Melhoria nos mecanismo de formao de cavaco; Melhoria da exatido dimensional; Diminuio das foras de corte proporcional ao aumento das velocidades de corte; Usinagem sem vibraes, pois as oscilaes induzidas pelo corte da ferramenta so de alta freqncia; Melhoria na dissipao do calor do processo, pois a maior parte da energia trmica gerada se concentra no cavaco, o que proporciona Altas taxas de remoo de material; Baixos tempos inativos. No entanto a maior economia alcanada com a utilizao de mquinas-ferramenta com alta velocidade, em comparao com mquinas convencionais, a forte influncia da escolha adequada da tecnologia de corte, dos avanos, das ferramentas e principalmente da estabilidade do processo. Desvantagens que precisam ser consideradas, tais como: Alto nvel de desgaste da ferramenta de corte; Maior custo tanto para mquinas-ferramenta e ferramentas de corte; Necessidade de alta preciso do balanceamento do ferramental; Necessidade de fuso de alta velocidade, os quais so excessivamente caros e possuem baixa durabilidade, em torno de 5000 10000 Necessidade de sistemas de controle especiais; Necessidade de otimizao adequada dos parmetros tecnolgicos, os quais ainda no so totalmente dominados.

menor aquecimento da pea, especialmente no fresamento;

hora na mxima velocidade de rotao.

4.Ferramentas de Corte para o Processo HSMSegundo pesquisa realizada em Birmingham envolveu testes com vrios materiais de ferramentas e geometrias para identificar qual o melhor ferramental para aplicaes em aos endurecidos para matrizes como, por exemplo, o ao ferramenta para trabalhos a quente cuja dureza de 50HRC. Os testes permitiram que se estabelecesse um banco de dados de usinabilidade para uma gama de parmetros de corte, foram analisados e medidos as forcas de corte, desgaste da ferramenta e temperaturas na interface ferramenta/pea para que se compreendessem os processos que ocorreriam nas ferramentas. Testes foram realizados com fresas interias de metal duro sem cobertura e com cobertura de TiN e Ti(CN) de 6mm de dimetro, testadas em varias condies: sem refrigerao, usando lubrificao por nevoa (spray) e com refrigerao (27bar, 60 litros/min). Os parmetros de usinagem selecionados foram: velocidades de corte de 100 e 200m/mm (vel. Rotacionais de 9597 rpm e 19195 rpm), profundidade de corte axial de 0,5mm e avano de 0,1 mm/dente. Os testes foram realizados com fresamento tanto concordante como discordante com a pea fixada na horizontal. Os testes indicaram que as ferramentas sem cobertura no so apropriadas para essa aplicao, enquanto as revestidas com Ti(CN)

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oferecem a melhor performance. Com velocidades de corte mais altas, em geral o uso da refrigerao resultou em uma vida maior que a usinagem sem refrigerao, mas a baixas velocidades a usinagem sem refrigerao foi mais bem sucedida. A rugosidade superficial da pea deteriorou durante o processamento de cada teste, porem foi 50% menor na usinagem com velocidades de corte mais altas. (DEWES et al., 2000) Testes mostraram qual era o desgaste Vb de uma ferramenta com topo esfrico e revestimento quando esta usina um ao H13. O experimento foi realizado em um centro de usinagem high speed marca MIKRON modelo VCP800, a ferramenta escolhida tinha 6mm, 2 gumes cortantes, era da classe P10/M10, alm de ter topo esfrico tinha um raio de gume de 0,05mm e era revestida de TiAlN. O corpo de prova era de ao H13 com 52 a 54 HRC e estava a 45em relao mesa da mquina, os parmetros usados no experimento so: Ve=326, Ap=0,15, Ae=0,20 e Fz=0,15, o critrio de fim de vida era quando o Vb fosse igual a: 0,2mm. Nesse experimento observou-se que na primeira meia hora h um desgaste acentuado do gume, pois ele est na fase de ajuste do desgaste e que tambm depois de 90 minutos a ferramenta voltou a ter um aumento significativo do desgaste. O Vb mximo foi alcanado com 150 minutos de teste. Durante a operao a ferramenta sobre desgaste de abraso, adeso e tambm micro-lascamentos, este ltimo devido a impactos que a ferramenta sofre e devido algumas incluses no material.

5.Aspectos tcnicos e tipos de mquina

MYCENTER - 3XiFSparkchanger

Centro de Usinagem Vertical CNC Hi-speed com Trocador de Pallet e Barramentos Prismticos 2 paletes: 410 x 864mm X/Y/Z: 760/455/460mm Avano rpido X/Y: 50m/min Avano rpido z: 36m/min Avano de corte: 36m/min Fuso 13KW - BT-40 - 20.000rpm 30 ferramentas - Troca 1,2s Controle KITAMURA FANUC 16iMB

BRIDGE CENTER-10Centro Usinagem CNC tipo PrticoCentro de Usinagem Vertical CNC Hi-speed tipo prtico de alta rigidez, eficincia Barramentos Prismticos Mesa: 3.000 x 1.370mm Peso mximo pea: 6.000Kg X/Y/Z: 2.540 / 1.750 / 800min Avano rpido X/YZ: 24m/min Avana de corte: 24m/min Fuso 18,5KW - BT-50 - 10.000rpm 40/80 ferramentas - Troca 2,8s Controle KITAMURA FANUC 16iMB e velocidade

MYTRUNNION

Centro de Usinagem CNC 5 eixos Hi-speed de ultra alta preciso

Barramentos Prismticos Mesa 630 x 500mm

X/Y/Z: 815/745/500mm A/C: 150/0,001 ~360 Fuso: 13 KW - ISO 40 - 20.000rpm 50/100 ferramentas - Troca 1,5s Controle KITAMURA-FANUC 16iMBB Outos Modelos 5 eixos hi-speed: Mytrunnion 1

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MYCENTER - 1XiF

Centro de Usinagem Vertical CNC Hi-speed

Barramentos Prismticos Mesa: 355 x 786mm

X/Y/Z: 510/355/460mm Avano rpido X,Y/Z: 50/36 m/min Avano de corte: 36m/min Fuso: 7,5 KW - ISO 30 - 30.000rpm 30 ferramentas - Troca 0,7s Controle KITAMURA-FANUC 16iMB

SUPERCELL-400

Centro de Usinagem Horizontal CNC Hi-speed 5 eixos de ultra alta preciso Produo de peas variadas. Barramentos Prismticos

Palllet: 350mm Possbilidade 20/40/80/120 pallets Cuso X/Y/Z: 510mm Curso eixo A: 0 ~ 360.000 Curso eixo B: 0 ~ 100.000 ROtao de fuso: 20.000rom - BT-40 140/190 ferramentas - Trca: 1s Controle KITAMURA-FANUC 16iMB

HX-250 iFCentro de Hi-speed

Usinagem CNC

Guias Lineares 2 pallets 254 x 254mm X/Y/Z: 305/305/330mm 4 eixo: 0,001~360 Fudo: 7,5KW - BT-30 - 15.000rpm 40 ferramtnas - Troca 1,2s Controle KITAMURA FANUC 18iMB

MYCENTER HX 630i

Centro de Usinagem Horizontal CNC Hi-speed

Barramentos Prismticos 2 Pallets: 630 x 630mm

X,Y,Z/ 4: 1000/800/820mm /0,001~360 Preciso: 0,002mm/Curso Total Repetibilidade: 0,001mm Magazine: 50/100/150/200 Ferramentas ISO 50 Troca de Ferramentas: 1,5 seg. Totao 12.000rpm Avano rpido/corte 50mm/min. Potncia fuso 26 KW Torque: 380 N.m Controle STD - KITAMURA-FANUC 16iMB

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LCV-760

Centro Usinagem Vertica CNC de Coluna Mvel

Barramentos Prismtico 2 pallets: 850 x 600mm

Troca pallet: 12s X/Y/Z: 730/610/610mm/min Avano rpido X,Y/Z: /32/28m/min Avano de corte: 10m/min Fuso: 18,5KW - ISO-40 - 10.000rpm 30 ferramentas - Troca: 2,5s Controle FANUC 0 i-MC

V-30i

Centro de Usinagem Vertical CNC

Guias Lineares Mesa: 890 x 500mm X/Y/Z: 760/510/610mm Fuso: 11KW - ISO 40 - 12.000rpm 24 ferramentas - Troca: 2,8s Avanos rpido/corte: 30/10m/min Controle FANUC 0i-MC

KMV-16

Centro de Usinagem Vertical CNC

Barramentos prismticos Mesa: 1.700 x 810mm

X/Y/Z: 1.600/815/815mm Peso mx. da Pea: 2.000Kg Rotao: 6.000rpm - Fuso: 18,5KW Caixa ZF de 2 velocidades 32 Ferramentas - Fuso BT-50 Controle FANUC 0-MC/18iM

6.Cuidados com o Ambientes de instalao das MaquinasCuidado: Uma mquina no chumbada a uma fundao adequadamente executada estar sujeita a vibrao na usinagem e poder sofrer empenamentos ao longo do tempo. Ateno: Colises podem afetar drasticamente a geometria da CNC. Portanto altamente recomendvel que tanto para mquinas no chumbadas quanto e especialmente aps colises a mquina seja submetida anlise geomtrica sob pena de produzir peas fora das especificaes. Nivelamento: Mesmo para uma CNC rigidamente ancorada numa fundao devidamente apropriada o nivelamento no se mantm ao longo do tempo, considerado aqui em torno de 6 meses. Isso ocorre devido a acomodao natural da massa da mquina mais peas e principalmente por conta das vibraes tpicas de usinagem. Portanto, a fim de manter a preciso geomtrica do equipamento em funo das exigncias de cada processo, recomenda-se reviso do nivelamento periodicamente observando a tolerncia indicada nos manuais que acompanham o equipamento tanto para tornos quanto para centros de usinagem.

7.Concluso5

A usinagem HSM tem como conseqncia um aumento da produtividade, pois trabalha com velocidade de corte elevada, reduzindo assim o tempo de ciclo do componente a ser usinado, bem como a reduo de algumas etapas de processo diminuindo consideravelmente o tempo de produo. Outra vantagem a melhora significativa da qualidade superficial concedendo maior vida til aos componentes usinados. Como exemplo observa-se um aumento de vida til de moldes e matrizes de cerca de 10 vezes quando fabricadas com processo HSM. Como o processo opera com altas velocidades de corte o fluxo de calor e direcionado para o cavaco, reduzindo os efeitos do calor proveniente do corte no componente usinado. Algumas desvantagens, como o elevado custo de manuteno da mquina-ferramenta um impeditivo para a aplicao em larga escala do processo HSM restringindo-se apenas para condies especificas. Com isso, conclui-se que se faz necessrio um bom planejamento e pessoas que dominem os parmetros do processo HSM, antes de realizar investimentos para sua aplicao na indstria.

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8.Referencias bibliogrficas:OLIVEIRA, Juliano M. Caracterizao da Integridade de Superfcies Usinadas Para Produo de Moldes e Matrizes. SOUZA, Adriano Fagali de. Usinagem em Altas Velocidades (HSC) Aplicada Confeco de Moldes. CAPLA, Renato Lemes. Estudo da Influencia do Sobremetal Excedente de Desbaste na Operao de Acabamento Aplicando Usinagem com Altas Velocidades.

Sites:http://intertechbrasil.com.br/centro-usinagem.html

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Sumrio:1.Introduo 2.Vantagens do Processo 3.Vantagens e desvantagens do processo HSM 4.Ferramentas de Corte para o Processo HSM 5.Aspectos tcnicos e tipos de mquina 6.Cuidados com o Ambientes de instalao das Maquinas 7.Concluso 8.Referencias bibliogrficas

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