1. Introdução - USINAGEM EM CNC DO TIPO HIGH SPEEDUsinagem em HSC (High Speed Cutting) ou HSM (High Speed Machining) é a mais avançada tecnologia de usinagem que temos a disposição, essa tecnologia surgiu há 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 áreas que mais uti l izam esse tipo de usinagem é a de moldes e matrizes, aeroespacial e automotiva. Nos dias atuais só é possível aplicar altas velocidades de corte devido à grande evolução 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 evolução acontece devido a necessidades do mercado de produtos industriais que é muito diversificada e o ciclo de vida destes produtos e cada vez mais curto. Com isso a indústria busca técnicas de fabricação dada vez mais ágeis fabricando somente o produto solicitado e na quantidade necessária, de acordo com a demanda. A usinagem altamente eficiente é a chave para a obtenção de resultados bem sucedidos do sistema de manufatura ágil, com melhoria da flexibilidade até seu limite sem reduzir a produtividade. 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, uti l ização do processo de eletro erosão e, por f im, 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 consequentemente a queda no custo de fabricação da peça.2. Vantagens do ProcessoA 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. Observa-se na figura abaixo:

a faixa de valores que se convencionou chamar de usinagem em altas velocidades, relacionado ao material a ser usinado. A velocidade de corte também está relacionada a cada aplicação específica conforme demonstra do na Figura.

A velocidade de corte para HSC em operações de fresamento está na faixa de dez vezes superior às velocidades convencionais de usinagem, de acordo com o material a ser usinado. A aceleração para movimentação e posicionamento dos eixos da máquina ferramenta, também é um fator importante a ser considerado, principalmente na usinagem de formas complexas. Máquinas que trabalham com altas acelerações, podem obter um ganho signif icativo frente às máquinas convencionais. As máquinas-ferramenta na faixa de transição para HSC, atualmente podem trabalhar com acelerações da ordem de 10 m/s, e máquinas HSC de laboratório com motores lineares, trabalham hoje com acelerações da ordem de 30 m/s.

3. Vantagens e desvantagens do processo HSM

Aumento na produtividade:• Redução dos custos do processo de fabricação, custos de fabricação reduzidos devido a ciclos totais mais rápidos;• Maior flexibilidade na alocação de mão de obra;• Maior flexibilidade comercial, pois pedidos complexos podem ser atendidos em menor espaço de tempo. Vantagens Tecnológicas:• Aumento da qualidade superficial, o que elimina muitos trabalhos posteriores;• Melhoria nos mecanismo de formação de cavaco;• Melhoria da exatidão dimensional;• Diminuição das forças de corte proporcional ao aumento das velocidades de corte;• Usinagem sem vibrações, pois as oscilações induzidas pelo corte da ferramenta são de alta frequência;• Melhoria na dissipação do calor do processo, pois a maior parte da energia térmica gerada se concentra no cavaco, o que proporciona menor aquecimento da peça, especialmente no fresamento;• Altas taxas de remoção de material;• Baixos tempos inativos. No entanto a maior economia alcançada com a utilização de máquinas-ferramenta com alta velocidade, em comparação com máquinas convencionais, é a forte influência da escolha adequada da tecnologia de corte, dos avanços, das ferramentas e principalmente da estabilidade do processo. Desvantagens que precisam ser consideradas, tais como:• Alto nível de desgaste da ferramenta de corte;• Maior custo tanto para máquinas-ferramenta e ferramentas de corte;• Necessidade de alta precisão do balanceamento do ferramental;• Necessidade de fuso de alta velocidade, os quais são excessivamente caros e possuem baixa durabilidade, em torno de 5000 à 10000hora na máxima velocidade de rotação.• Necessidade de sistemas de controle especiais;• Necessidade de otimização adequada dos parâmetros tecnológicos, os quais ainda não são totalmente dominados.

4. Ferramentas de Corte para o Processo HSMSegundo pesquisa realizada em Birmingham envolveu testes com vários materiais de ferramentas e geometrias para identificar qual o melhor ferramental para aplicações em aços endurecidos para matrizes como, por exemplo, o aço ferramenta para trabalhos a quente cuja dureza é de ±50HRC. Os testes permitiram que se estabelecesse um banco de dados de usinabilidade para uma gama de parâmetros de corte, foram analisados e medidos as forcas de corte, desgaste da ferramenta e temperaturas na interface ferramenta/peça para que se compreendessem os processos que ocorreriam nas ferramentas. Testes foram realizados com fresas interiças de metal duro sem cobertura e com cobertura de TiN e Ti (CN) de 6 mm de diâmetro, testadas em varias condições: sem refrigeração, usando lubrificação por nevoa (spray) e com refrigeração (27bar, 60 litros/min). Os parâmetros de usinagem selecionados foram: velocidades de corte de 100 e 200 m/mm (vel. Rotacionais de 9597 rpm e 19195 rpm), profundidade de corte axial de 0,5mm e avanço de 0,1 mm/dente. Os testes foram realizados com fresamento tanto concordantes como discordante com a peça fixada na horizontal. Os testes indicaram que as ferramentas sem cobertura não são apropriadas para essa aplicação, enquanto as revestidas com Ti (CN). oferecem a melhor performance. Com velocidades de corte mais altas, em geral o uso da refrigeração resultou em uma vida maior que a usinagem sem refrigeração, mas a baixas velocidades a usinagem sem refrigeração foi mais bem sucedida. A rugosidade superficial da peça 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 esférico e revestimento quando esta usina um aço H13.O experimento foi realizado em um centro de usinagem high speed marca MIKRON modelo VCP800, a ferramenta escolhida tinha Ø6mm, 2 gumes cortantes, era da classe P10/M10, além de ter topo esférico tinha um raio de gume de 0,05mm e era revestida de TiAlN. O corpo de prova era de aço H13 com 52 a 54 HRC e estava a 45º em relação à mesa da máquina, os parâmetros usados no experimento são: Ve=326, Ap=0,15, Ae=0,20 e Fz=0,15, o critério de fim de vida era quando o Vb fosse igual a: 0,2mm. Nesse experimento observou-se que na primeira meia hora há um desgaste acentuado do gume, pois ele está na fase de ajuste do desgaste e que também depois de 90 minutos a ferramenta voltou a ter um aumento significativo do desgaste. O Vb máximo foi alcançado com 150 minutos de teste. Durante a operação a ferramenta sobre desgaste de abrasão, adesão e também micro lascamentos, este último devido a impactos que a ferramenta sofre e devido algumas inclusões no material.

5. Cuidados com o Ambiente de instalação das MaquinasCuidado: Uma máquina não chumbada a uma fundação adequadamente executada estará sujeita a vibração na usinagem e poderá sofrer empenamentos ao longo do tempo. Atenção: Colisões podem afetar drasticamente a geometria da CNC. Portanto é

altamente recomendável que tanto para máquinas não chumbadas quanto e especialmente após colisões a máquina seja submetida à análise geométrica sob pena de produzir peças fora das especificações. Nivelamento: Mesmo para uma CNC rigidamente ancorada numa fundação devidamente apropriada o nivelamento não se mantém ao longo do tempo, considerado aqui em torno de 6 meses. Isso ocorre devido a acomodação natural da massa da máquina mais peças e principalmente por conta das vibrações típicas de usinagem. Portanto, a fim de manter a precisão geométrica do equipamento em função das exigências de cada processo, recomenda-se revisão do nivelamento periodicamente observando a tolerância indicada nos manuais que acompanham o equipamento tanto para tornos quanto para centros de usinagem.

6. ConclusãoA usinagem HSM tem como consequência 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 redução de algumas etapas de processo diminuindo consideravelmente o tempo de produção. Outra vantagem é a melhora significativa da qualidade superficial concedendo maior vida útil aos componentes usinados. Como exemplo observa-se um aumento de vida útil 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 manutenção da máquina-ferramenta é um impeditivo para a aplicação em larga escala do processo HSM restringindo-se apenas para condições especificas. Com isso, conclui-se que se faz necessário um bom planejamento e pessoas que dominem os parâmetros do processo HSM, antes de realizar investimentos para sua aplicação na indústria.

7. Referencias bibliográficas:OLIVEIRA, Juliano M. Caracterização da Integridade de Superfícies Usinadas Para Produção de Moldes e Matrizes.SOUZA, Adriano Fagali de. Usinagem em Altas Velocidades (HSC) Aplicada à Confecção de Moldes.CAPLA, Renato Lemes. Estudo da Influencia do Sobremetal Excedente de Desbaste na Operação de Acabamento Aplicando Usinagem com Altas Velocidades.

Sites:

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