Usinagem de alta velocidade - Alumínio

A competitividade do mercado e a pressão para produzir e usinar peças com mais eficiência e rapidez mudaram o foco da usinagem convencional para a usinagem de alta velocidade (HSM). A usinagem de alta velocidade envolve a obtenção de uma taxa de remoção de material mais alta, empregando maior velocidade do fuso, maior avanço e velocidade de corte. O HSM pode ajudar a melhorar a produtividade, diminuir o tempo de ciclo e aumentar a vida útil da ferramenta de maneira eficiente.

O alumínio tem uma das características de maior usinabilidade e suas aplicações em vários setores, especialmente aeroespacial e automotivo, cresceram enormemente nos últimos anos. Portanto, o desejo de tornar o processo de fresagem de alumínio mais eficiente e produtivo levou à adaptação do processo de usinagem de alta velocidade por várias indústrias. No entanto, existem alguns desafios para o fresamento de alumínio que precisam ser enfrentados para tornar o processo seguro e eficiente. Alguns desses desafios são:

  • A usinagem de alta velocidade produz alto calor na interface superfície-ferramenta. Este calor pode tornar o alumínio endurecido por trabalho e pode tornar mais difícil a usinagem e o processo de fresamento. Para superar isso, uma estratégia de resfriamento deve ser empregada.
  • High-speed machining means higher cutting speed rates, which leads to enhanced vibrations and chatter. These vibrations are detrimental to tool life and can also damage the aluminum part. Therefore, extra precaution must be given to balancing and design of tool used while performing the milling apparatus on a high-speed machine.
  • As velocidades de corte mais altas durante o fresamento significam maiores forças de corte na ferramenta e na peça de trabalho. Essas forças maiores podem tornar o manuseio da ferramenta mais complexo. Se não for feito corretamente, a ferramenta pode se soltar do manipulador e causar danos à máquina e ao operador.
  • A operação de usinagem de alta velocidade requer habilidades extras do que as máquinas convencionais. Um operador e um técnico não qualificados podem ser prejudiciais.

Assim que esses desafios forem superados e a segurança do operador garantida, os benefícios da usinagem em alta velocidade podem ser colhidos. A característica fundamental de um processo de usinagem eficiente é a taxa de avanço. Maiores taxas de avanço garantem maior produtividade do processo de usinagem. Um aspecto que diferencia a usinagem de alta velocidade do fresamento convencional é a velocidade de avanço mais alta que pode ser alcançada com HSM. Além disso, a maior usinabilidade do alumínio torna seu fresamento mais eficiente e produtivo em comparação com outros metais ou compósitos. Esta propriedade favorável do alumínio torna-o benéfico para uso na indústria aeroespacial e automotiva. A maior taxa de remoção de material torna o processo de fresamento mais rápido e eficiente. A produção de peças automotivas e aeroespaciais, que requerem uma maior quantidade de remoção de material, é mais produtiva com fresadoras de alta velocidade.

Uma consideração importante, ao empregar uma fresadora de alta velocidade, é o aumento da temperatura no ponto de corte. Estudos indicam um aumento na temperatura conforme as taxas de alimentação são aumentadas. Isso pode causar uma mudança nas propriedades mecânicas do material por endurecimento por trabalho. Isso resulta em aumento da resistência mecânica e diminuição da usinabilidade. Para superar esse desafio, um refrigerante deve ser usado. Com o alumínio, uma propriedade favorável é uma diminuição das temperaturas eventualmente à medida que a velocidade aumenta além de um certo ponto. Inicialmente, com o aumento da velocidade de alimentação, a temperatura no corte aumenta. Depois que a temperatura atinge um valor máximo, qualquer aumento adicional na velocidade de alimentação causa uma queda na temperatura. Esta temperatura baixa é favorável para o nosso processo de moagem de alumínio, pois os requisitos de refrigeração são baixos e as propriedades mecânicas dos materiais não são afetadas.

Another advantage of aluminum milling using high-speed machining is the production of thin chips. As the cutting speeds are higher with reduced diameters of cutting tools, the chips produced during milling are thin. Another factor contributing to these thin chips is the machinability of aluminum. This soft metal, unlike other alloys and metals like titanium, chromium, and tungsten alloys, is easier to machine and hence at higher speeds produces thinner chips. These thin chips are favorable for the milling process as they help in heat dissipation. The chips transfer heat from the point of cut and hence, reduce the chances of work hardening. This otherwise work-hardened material can deteriorate the tool and may even break it or can cause damage to the workpiece itself.

O uso de diâmetros reduzidos para ferramentas de corte durante a fresagem de alumínio também é possível para fresadoras de alta velocidade. No fresamento convencional, ferramentas de corte de maior diâmetro são usadas em velocidades de rotação do fuso mais baixas. No entanto, para HSM, ferramentas de corte de diâmetro reduzido são usadas, resultando em um corte de menor profundidade da peça de alumínio. Isso é favorável porque diâmetros reduzidos podem limitar as forças centrífugas. Essas forças centrífugas são responsáveis ​​pelo desequilíbrio das ferramentas, o que pode tornar complexo o manuseio das ferramentas. O aumento na magnitude das forças centrífugas além de um valor crítico pode fazer com que a ferramenta seja desalojada da máquina, causando danos ao operador ou à peça ou até mesmo quebrando-se. Conforme explicado anteriormente, esse diâmetro reduzido da ferramenta de corte também é responsável pela produção de cavacos finos.

Em conclusão, a alta velocidade de remoção de material oferecida pelo HSM não só aumenta a eficiência e produtividade do processo de fresagem de alumínio, mas a longevidade da fresadora e do equipamento também aumenta consideravelmente. As taxas de corte mais rápidas durante o fresamento de alumínio diminuem consideravelmente a transferência de calor para a peça de trabalho e também para a ferramenta. Essa propagação reduzida de calor reduz as tensões térmicas que, de outra forma, apareceriam na ferramenta ou peça de trabalho. Além disso, o processo de endurecimento é amortecido, facilitando a usinabilidade e reduzindo o desgaste da ferramenta, aumentando assim sua vida útil.