Uma solução improvável, mas poderosa

Jan 23, 2024

Uma das primeiras lições que qualquer maquinista aprende é que faíscas e chamas na área de usinagem são ruins - como apertar o grande botão vermelho e correr para o extintor de incêndio é ruim. E embora este seja um conselho geralmente bom, há situações em que um fluxo de cavacos em brasa voando da peça de trabalho não é apenas o preferido, mas é um pré-requisito para uma usinagem produtiva. Bem-vindo ao mundo das ferramentas de corte de cerâmica.

Uma dessas histórias de sucesso "mais quente é melhor" vem da Greenleaf Corp., Saegertown, Pa., onde um cliente supostamente reduziu o tempo de ciclo em incríveis 97% ao fresar um bloco de Inconel 625. "Anteriormente, eram necessárias três pontas de metal duro usinas e mais de 90 minutos para usinar a peça", disse Martin Dillaman, gerente de engenharia de aplicações da Greenleaf. "Depois de mudar para nossa fresa de topo de cerâmica sólida XSYTIN-360, demorou apenas três minutos."

As ferramentas de corte de cerâmica não são novidade. Como E. Dow Whitney, da Universidade da Flórida, explicou no livro "Comprehensive Hard Materials", as primeiras cerâmicas começaram a aparecer no início dos anos 1930, quando os mecânicos as usavam para transformar ferros fundidos cinzentos. No entanto, devido ao "difícil processo de fabricação de cerâmica combinado com máquinas-ferramentas inadequadas e falta de experiência", levaria mais quatro décadas de trabalho de desenvolvimento antes que essas ferramentas de corte avançadas começassem a ter uso limitado em aplicações de torneamento duro.

Desde então, o uso de ferramentas de corte de cerâmica cresceu e, para muitas oficinas, elas se tornaram a solução ideal para torneamento e fresamento. Ferros fundidos, aços endurecidos e - como Dillaman apontou - Inconel, Hastelloy e outras superligas resistentes ao calor (HRSAs) são um jogo justo para ferramentas de corte de cerâmica. E enquanto a maioria não oferece a redução de 97 por cento no tempo de ciclo citada anteriormente, muitos chegam perto, com taxas de remoção de metal muito maiores do que seus equivalentes de metal duro.

Com ganhos de produtividade como esse, surge a pergunta: por que as ferramentas de corte de cerâmica não são mais populares nas oficinas mecânicas? A resposta, de acordo com Dillaman e os outros especialistas entrevistados para este artigo, é que a) as ferramentas de corte de cerâmica são limitadas principalmente aos metais resistentes, duros ou abrasivos que acabamos de listar, b) elas requerem o uso de máquinas-ferramentas e ferramentas muito rígidas , e c) exigem velocidades de corte e avanços muito altos, parâmetros de aplicação que algumas máquinas-ferramenta não conseguem atingir.

É este último ponto que a Greenleaf abordou recentemente com sua linha de fresas de topo de cerâmica sólida XSYTIN-360, que, como observou Dillaman, pode ser aplicada em velocidades de corte 20 a 25 por cento mais baixas do que as necessárias com a cerâmica tradicional. "Graças à sua capacidade de controlar melhor o calor, você não precisa ter uma temperatura tão elevada quanto faria com um óxido de alumínio ou cerâmica reforçada com whisker", disse ele. "Para alguém que fresa com uma fresa de 3/8 ou 5/16"- [9,53 ou 7,94 mm] de diâmetro, isso significa operar 20.000 x 25.000 rpm ou mais. As velocidades mais baixas do fuso podem fazer uma grande diferença de preço para quem procura um novo equipamento."

Fuso rápido ou não, Dillaman sugeriu que qualquer torno CNC ou centro de usinagem equipado com ferramentas de corte de cerâmica deveria ser rígido e bem conservado, assim como sua fixação. Qualquer vibração terá um efeito adverso em pastilhas de cerâmica ou ferramentas sólidas, portanto, o sucesso geralmente depende de evitar equipamentos mais antigos, onde rolamentos de eixo e superfícies de passagem podem ter "folga suficiente" para criar problemas com a vida útil da ferramenta e falhas inesperadas.

"Quando você aplica velocidades e avanços mais altos associados à cerâmica, isso definitivamente ilustra qualquer falha no sistema mecânico", disse ele. "Na verdade, muitas vezes vemos diferenças dramáticas de desempenho de uma máquina para outra, mesmo que estejamos executando exatamente os mesmos parâmetros e as próprias máquinas sejam idênticas."

Luke Pollock, gerente de produto da Walter USA LLC, Waukesha, Wis., também tem algumas classes relativamente novas em sua linha de cerâmica. Isso inclui as fresas MC275 e MC075 Prototyp, ambas disponíveis em configurações de cabeçote brasado ou "ConeFit" modular, e ambas projetadas para desbaste de superligas à base de níquel. No entanto, seja usando as fresas de topo da Walter ou uma marca concorrente, Pollock sugeriu que o que é mais necessário é uma mudança de mentalidade. "Dependendo da liga, você pode operar em velocidades de corte de 3.000 a 4.000 pés por minuto e sem refrigerante", disse ele. "Isso significa que você terá essa grande bola de fogo dentro da máquina; se for a primeira vez que você a vê, provavelmente estará lutando para o botão de parada. E, em vez de obter 45 minutos de uma fresadora, você pode precisar para substituí-lo após 10 minutos ou até menos, durante os quais ele desgastará talvez 0,02" [0,51 mm] ou mais no diâmetro. É apenas uma experiência completamente diferente da usinagem com metal duro."