Porta-Ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte Version

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1 Porta-Ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte Version 050503
Como os porta-ferramentas podem ajudar a realizar usinagens modernas lucrativas Switzerland, April 2005 Dipl. Eng. Hans-Peter Werner (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

2 1 2 3 4 Conteúdo Modernos metodos de corte
Como fazer o corte mais lucrativo 2 Requisitos dos modernos métodos de corte Desafios técnicos e influência dos porta-ferramentas 3 Porta-ferramentas do mercado Sistemas disponíveis e suas indicações para o corte moderno 4 Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta Como outros fizeram, como você pode fazê-lo (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

3 1 2 3 4 Modernos métodos de corte Como fazer o corte mais lucrativo
(c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

4 Objetivos da usinagem moderna: Tornar-se mais lucrativa
Custo Custo do corte Obter o maior retorno sobre investimento Material /peça Maior produtividade para redução custo de fabricação p/ peça Fabricação /hora c/ qualidade neces. Capital ao menor custo Mao de obra Consumíveis Economia c/ ferr. de corte (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

5 Corte Tradicional Escolha Porta-ferram. Operação 1. Desbaste
2. Acabam. Veloc. corte Padrão Veloc.Avanço Prof. corte Alta Baixa Suficiente força corte para desbaste Suficiente precisão p/ qualidade e acabam. necessário Os menores invest. Os menores preços Mínimos estoques – Maior flexibilidade (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

6 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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

7 Corte com Altíssima Performance (HPC)
Operação HPC Veloc. corte Acima da média Veloc.Avanço 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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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. (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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. (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

11 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 USD USD 20 no preço ferr. incl. reafiações. Dobro preco significa.dobro economia meses (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 Aumento de vida ferram. corte, comparado c/ porta-ferram. convencional No desbaste frequ % No acabamento freq % As vezes aumento de ate + 400% (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

13 1 2 3 4 Conteúdo Requisitos para os modernos métodos de corte
Desafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas 3 4 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

15 Minimização do erro de concentr. do sistema de ferramentas
Cone Limpo ? Fuso? Porta-ferr+ferr. limpos? Erro conc. do porta-ferram.? Pino fix.? O sistema completo influi! Erro conc. do cone fuso? Erro conc. do Porta-ferram.? μ (posic. ferr. em 3 x diâmetro) Prolongador porta-ferram. proporciona maior erro concentr. HSK: -3 μ BT: -5 μ (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 Fuso Porta ferr. Ferram. Cone fuso O sistema completo influi! (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

17 Visão dinâmica do sistema de ferramentas: Rotação
Erro conc. sistema Aumenta c/ quadrado da velocid. fuso  importante a média+alta velocidade Sistema desbalanc. Forcas excentr. Redução qualidade, vida ferram. produ- tividade, Vibrações Desbalanc. partes sist. Redução vida fuso Porta Ferram. Ferramenta (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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! (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

19 Vibrações minimizar! minimizar!
Problema se espaço for restrito: Furos profundos e Moldes & Matrizes Rigidez Dinâmica (maximizar!) Erro conc. sistema Sistema desbalanc. Forcas corte radiais Rigidez (estática) !! minimizar! Geração de vibrações Massa (minimizar!) Transmissão de vibrações Amortec. Vibrações Microfricção nas superf. Func. amort. como óleo minimizar! (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

21 Torque / Força de Fixação
Requisitos p/ porta-ferramentas Dependendo da força de corte (tangencial) + axial (escorregam. ferr.) Metodo de Corte Força de Corte Acab. convencional Baixa HSC Média / Baixa Desb. convencional Alta HPC (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

22 Requisitos fixação de ferramentas – dependendo da aplicação
Acab. HSC Desb. HPC Vida ferr. Forca tangencial/escorr. Torque de Fixação Baixo Baixo + Muito Importante Import. Força(torsão) radial Rigidez/resist. estática Baixa Qual. Superf. Precisão batim. estatico Important (se reduzir etapas produção) Talvez Veloc. Do Fuso / Corte Balanc.+ resist. dinam. Média Alta Med-high Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial! (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

24 1 2 3 4 Conteúdo Porta-ferramentas do mercado
Sistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno 4 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

25 Desbaste, (HPC) Força fixação Precisão
Pesquisa Desbaste, (HPC) Todas aplic. incl. HSC, HPC, aumentaram vida útil ferr. corte Alta Mandris shrink fit 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 vida útil ferram. corte 30 microns baixa precisão desbalanceado Balanc. fino 3 microns alta precisão Precisão (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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 pequenos diâmetros (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

27 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 depende da porca etc. Alta tempera-tura Alta tempe- ratura (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

28 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 Médio Muito alto Alto Vida mandril (fixação) Longa Média Variada Muito longa (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

29 Conteúdo 1 2 3 4 Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta Como outros fizeram, como você pode fazê-lo (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

30 Exemplo Reengenharia: HSC / Produção de Base de Molde (USA)
neutral photo Exemplo Reengenharia: HSC / Produção de Base de Molde (USA) Acabamento (HSC) Material: 4140 (AISI) / ~ (DIN) / ~41CrMo4 rpm Maquina: Makino, Fuso 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/ rpm Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip, c/ anéis balanc., montado balanceado p/ 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 (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

31 Examplo de Reengenharia: HSC / Indústria Automotiva (USA)
neutral photo neutral photo Examplo de Reengenharia: HSC / Indústria Automotiva (USA) Acabamento (HSC) Material: H13 (AISI) / (DIN) / X40CrMoV5 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 ,00/ano, estim. p/cliente (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

32 Exemplo de Reengenharia: Desbaste de material crítico / Indústria Médica (USA)
Material: Inox 1740 rpm Maquina: Mori-Seiki SA 50 Ferram.: 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. (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.

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. 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 ? (c) REGO-FIX AG, Tenniken, Switzerland Any reproduction/distribution prohibited without written permission.