Porta-Ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte Version 050503 Switzerland, April 2005 Dipl. Eng....
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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
27.04.232
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Modernos metodos de corteComo fazer o corte mais lucrativo
Requisitos dos modernos métodos de corteDesafios 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-ferramentaComo outros fizeram, como você pode fazê-lo
1234
27.04.233
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Modernos métodos de corteComo fazer o corte mais lucrativo1
234
27.04.234
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.235
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.236
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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 produtividadeUsinagem Altíssimos Avanços (HFM): Reduzida exp. térmicaBaixo avanço/rot. – Usin. c/ forca axial reduz. (LTM), baixa deform.
Força axial reduzida
27.04.237
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.238
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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.
27.04.239
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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)
27.04.2310
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Economia em custos ferramentas (ferram. corte - consumíveis)
Estudo de Caso5 centros usinagem, 2 turnos, 250 dias trabalhados20 ferram/centro usin., c/ subst. 12 ferr./ turno, c/subst. 3 consumíveisCusto 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
27.04.2311
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
020'00040'00060'00080'000
100'000120'000140'000160'000
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
27.04.2312
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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. convencionalNo desbaste frequ. + 30-50%
No acabamento freq + 50-100%
As vezes aumento de ate + 400%
27.04.2313
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Requisitos para os modernos métodos de corteDesafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas
1234
Conteúdo
27.04.2314
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
ttgar
t, A
lem
anha
, 199
3
Erro concentr. (paral., angular)
27.04.2315
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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.
27.04.2316
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.2317
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.2318
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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!
27.04.2319
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.2320
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.2321
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Torque / Força de Fixação
Metodo de Corte Força de CorteAcab. convencional Baixa
HSC Média / Baixa
Desb. convencional Alta
HPC Alta
Requisitos p/ porta-ferramentas
Dependendo da força de corte (tangencial)+ axial (escorregam. ferr.)
27.04.2322
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Requisitos fixação de ferramentas – dependendo da aplicação
Acab. HSC Desb. HPC Vida ferr.
Forca tangencial/escorr.Torque de Fixação
Baixo Baixo + MuitoImportante
MuitoImport.
Força(torsão) radialRigidez/resist. estática
Baixa Baixa MuitoImportante
MuitoImport.
Qual. Superf.Precisão batim. estatico
ImportantImportant
ImportantImportant
(se reduzir etapas produção)
TalvezTalvez Important
Veloc. Do Fuso / CorteBalanc.+ resist. dinam.
MédiaImportant
AltaImportant
Baixa Med-highImport. Important
Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial!
27.04.2323
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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. reduzidasInvestimento versus flexibilidade
Investimento no Porta-ferr. e no dispositivo fixação
Flexibilidade e disponib. tamanhos e uso para diferentes aplicações
27.04.2324
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Porta-ferramentas do mercadoSistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno
1234
27.04.2325
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Pesquisa
P. pinças de precisão
Weldon
Mandris hidráulicosMandris poligonais
Mandrisshrink fit Mandris Powrgrip
(alta precisão / alta força, conicidade da pinça de 1:100
Forç
a fix
ação
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
27.04.2326
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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
27.04.2327
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-ferram. – Riscos operacionais e limitações
MandrilWeld.
Pinça s/ prec.
Pinça c/ precisão
Mandril hidr.
Poli-gonal
ShrinkFit
Powrgrip Mandril
Riscos pes. Queima
Riscos de danos dur. set-up
(alguns: torque errado)
Pres-são errada
Erro medida / temp.
Limitações complem. durantecorte
Veloc. Fuso
Veloc. Fuso
Veloc. Fuso depende da porca etc.
Alta tempera-tura
Altatempe-ratura
27.04.2328
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-Ferramentas – tempo de vida e investimento
MandrilWeld.
Pinça s/prec.
Pinça c/ precisão
Mandril Hidr.
Poligo-nal
ShrinkFit
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 Muitolonga
27.04.2329
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramentaComo outros fizeram, como você pode fazê-lo
1234
27.04.2330
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de 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
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
neutral photo
27.04.2331
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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) / X40CrMoV511.000 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
neutral photoneutral photo
27.04.2332
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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)DesbasteMaterial: 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)
27.04.2333
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Como explorar o seu próprio potencial de redução de custos
Etapas1. Definir objetivos ou linha de direção2. 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
amostras5. Estimativa apróx. de ganhos pelo aumento
produtividade ou vida ferr.
Objetivos possíveis (ver capit. 1)Aumento produtividade na qualidade solicitadaIntroduzir 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 corteEm aplicações c/ alto consumo de ferram. corte ou c/ ferram. caras ?