OS PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM NA APLICAÇÃO DO PROCESSO DE USINAGEM HSM

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Algumas vantagens da Usinagem HSM é o aumento considerável de volume de material removido com conseqüente redução nos tempos de processo, redução das forças de usinagem, ótima qualidade superficial, usinagem de materiais endurecidos entre outras. A usinagem em elevadas velocidades de corte gera altas temperaturas na região do corte reduzindo assim o tempo de vida útil da ferramenta (Woods et al., 2003).

Para que a usinagem possa ser considerada HSM, é necessário empregar uma velocidade de corte na faixa de 5 a 10 vezes maior que a velocidade normal de trabalho dependendo do par peça ferramenta. Para tanto a faixa de rotação utilizada para obtermos estas altas velocidades fica em torno de 15.000 a 40.000 rotações por minuto. Essa utilização de altíssimas velocidades de corte oferece um conjunto de vantagens técnicas e econômicas em vários campos de aplicação (Souza, 2005).

Este método de usinagem atualmente e bastante empregado na fabricação de moldes e matrizes. Neste caso a usinagem HSM possui varias vantagens como a flexibilização da produção. Tradicionalmente, a produção de moldes e matrizes envolve a usinagem convencional, com o material no estado normal, seguido de tratamento térmico, utilização do processo de eletro-erosão e, por fim, realização de acabamento e polimento manual. Atualmente o processo HSM permite a usinagem dos componentes diretamente em material endurecido eliminando as operações de eletro-erosão e do polimento manual. O resultado destas melhorias que o processo HSM proporciona na usinagem de moldes é um menor tempo de ciclo de produção, eliminação de operações e conseqüentemente a queda no custo de fabricação da peça (Capla, 2006).

Porém para aplicar o conceito de usinagem HSM na indústria, os parâmetros de processo como, ferramentas, máquina-ferramenta, temperatura, parâmetros de corte, qualidade superficial, vantagens e desvantagens do processo devem ser mais bem compreendidos. Com isso este trabalho será focado no estudo dos parâmetros e ferramentas adequadas para aplicação prática do processo de usinagem HSM.

- Usinagem a Altas Velocidades x Convencional

Nas últimas décadas a indústria tem vindo a enfrentar uma forte concorrência emergente das novas regiões competitivas. Este concorrência mudou o ambiente empresarial, portanto, a adoção de novas posições estratégicas e novos modelos de negócios parece ser essencial para lidar com essas novas ameaças competitivas. Em especial, em certos nichos de mercado, customização e pequenos ciclos vida acabaram empurrando a usinagem convencional forçando as empresas

para o desenvolvimento de usinagem adequado para a produção de pequenos volumes de peças (Ribero et al, 2009)

Caracterizado pela remoção de material este processo e responsável por aproximadamente 65% de um custo de um molde. Já a matéria prima envolvida, no caso o aço corresponde a aproximadamente 20%. O restante do custo se divide entre montagem e o tratamento térmico. Material e usinagem estão diretamente relacionados, pois as características de um implicam nos parâmetros do outro. Alem disto, estes parâmetros, em parte, determinam as características do produto final, ou seja, o molde. (Oliveira, 2006)

Figura 1. – Peso das etapas no tempo global de produção (SANDVIK, 1999)[pic 2]

Atualmente para a fabricação de moldes e matrizes é utilizada a tecnologia de usinagem HSM (High Speed Machining), pois esta pode produzir superfícies com melhor qualidade. Este acabamento é melhor porque os esforços que a matéria-prima sofre devido à usinagem são menores se comparados ao processo convencional a profundidade e a largura de corte são quase sempre maiores. O objetivo é manter o acabamento manual em níveis bem reduzidos ou ate mesmo eliminá-los. Com isto, podem-se reduzir as imperfeições geradas por essa operação aumentando-se assim a qualidade da peça. No entanto, essa melhoria na qualidade só esta se tornando possível, porque as ferramentas de corte, máquinas de usinagem (CNC) e programas computacionais estão sendo aperfeiçoados. Este aprimoramento faz com que a usinagem HSM seja economicamente viável, pois se pode aumentar o numero de passes laterais de um molde, sem que haja perdas de tempo de ciclo de usinagem, alem é claro, das vantagens de se produzir um produto com uma qualidade diferenciada (Oliveira, 2007).

Os Benefícios da usinagem HSM incluem redução do custo/tempo do processo, através da eliminação de vários processos, incluindo o de acabamento manual. Observa-se também melhorias na qualidade decorrente de uma melhor precisão dimensional do componente, redução da rugosidade superficial e a eliminação da distorção devido ao tratamento térmico (Woods et al, 2003).

a) Processo inicial: (1) blank macio, (2) desbaste, (3) semi-acabamento, (4) tratamento térmico, (5) eletroerosão, (6) acabamento das regiões de fácil acessibilidade, (7) acabamento manual.

b) Opção para o processo 1: onde a etapa de eletroerosão foi substituída pelo acabamento da cavidade com HSM, assim sendo reduzindo uma etapa do processo.

c) Opção para o processo 2: (1) blank já recebeu o tratamento térmico e está com dureza final de utilização, (2) desbaste, (3) semi-acabamento, (4) acabamento final, todos realizados com uma única fixação, (5) acabamento manual reduzido ou mesmo eliminado.

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Figura 2 – Racionalização do Processo de Fabricação de uma Matriz (SANDVIK, 1999)

A principal contribuição na usinagem em altas velocidades está 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 precisão ao usinado, pois se reduz consideravelmente os processos de acabamento manuais, posteriores ao processo de usinagem (Oliveira, 2007). Observa-se na figura 3,

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Figura 3 – 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. Segundo MÜLLER e SOTO, a velocidade de corte também está relacionada a cada aplicação específica conforme demonstra do na Figura 4.

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Figura 4 – Velocidades de