porta-ferramentas p/ modernas filosofias de corte version 050503
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Porta-Ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte Version 050503. Como os porta-ferramentas podem ajudar a realizar usinagens modernas lucrativas. Switzerland, April 2005 Dipl. Eng. Hans-Peter Werner. Modernos metodos de corte Como fazer o corte mais lucrativo. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
21.04.232
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Modernos metodos de corte
Como fazer o corte mais lucrativo
Requisitos dos modernos métodos de corte
Desafios 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-ferramenta
Como outros fizeram, como você pode fazê-lo
123
4
21.04.233
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Modernos métodos de corte
Como fazer o corte mais lucrativo123
4
21.04.234
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
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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
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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 produtividade
Usinagem Altíssimos Avanços (HFM): Reduzida exp. térmica
Baixo avanço/rot. – Usin. c/ forca axial reduz. (LTM), baixa deform.
Força axial reduzida
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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
21.04.238
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.
21.04.239
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)
21.04.2310
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Economia em custos ferramentas (ferram. corte - consumíveis)
Estudo de Caso
5 centros usinagem, 2 turnos, 250 dias trabalhados
20 ferram/centro usin., c/ subst. 12 ferr./ turno, c/subst. 3 consumíveis
Custo 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
21.04.2311
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
0
20'000
40'000
60'000
80'000
100'000
120'000
140'000
160'000
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
21.04.2312
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. convencional
No desbaste frequ. + 30-50%
No acabamento freq + 50-100%
As vezes aumento de ate + 400%
21.04.2313
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Requisitos para os modernos métodos de corte
Desafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas
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Conteúdo
21.04.2314
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
ttga
rt,
Ale
man
ha,
1993
Erro concentr. (paral., angular)
21.04.2315
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.
21.04.2316
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
21.04.2317
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
21.04.2318
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!
21.04.2319
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
21.04.2320
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
21.04.2321
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Torque / Força de Fixação
Metodo de Corte Força de Corte
Acab. convencional Baixa
HSC Média / Baixa
Desb. convencional Alta
HPC Alta
Requisitos p/ porta-ferramentas
Dependendo da força de corte (tangencial)+ axial (escorregam. ferr.)
21.04.2322
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 + Muito
Importante
Muito
Import.
Força(torsão) radial
Rigidez/resist. estática
Baixa Baixa Muito
Importante
Muito
Import.
Qual. Superf.
Precisão batim. estatico
Important
Important
Important
Important
(se reduzir etapas produção)
Talvez
Talvez Important
Veloc. Do Fuso / Corte
Balanc.+ resist. dinam.
Média
Important
Alta
Important
Baixa Med-high
Import. Important
Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial!
21.04.2323
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. reduzidas
Investimento versus flexibilidade Investimento no Porta-ferr. e no
dispositivo fixação Flexibilidade e disponib. tamanhos e
uso para diferentes aplicações
21.04.2324
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Porta-ferramentas do mercado
Sistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno
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21.04.2325
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
Fo
rça
fi
xaç
ão
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
21.04.2326
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
21.04.2327
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-ferram. – Riscos operacionais e limitações
Mandril
Weld.
Pinça s/ prec.
Pinça c/ precisão
Mandril hidr.
Poli-gonal
Shrink
Fit
Powrgrip Mandril
Riscos pes. Queima
Riscos de danos dur. set-up
(alguns: torque errado)
Pres-são errada
Erro medida / temp.
Limitações complem. durante
corte
Veloc. Fuso
Veloc. Fuso
Veloc. Fuso depende da porca etc.
Alta tempera-tura
Alta
tempe-
ratura
21.04.2328
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-Ferramentas – tempo de vida e investimento
Mandril
Weld.
Pinça s/prec.
Pinça c/ precisão
Mandril Hidr.
Poligo-nal
Shrink
Fit
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 Muito
longa
21.04.2329
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta
Como outros fizeram, como você pode fazê-lo
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21.04.2330
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
ne
utra
l p
ho
to
21.04.2331
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) / X40CrMoV5
11.000 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
ne
utra
l p
ho
ton
eu
tral
ph
oto
21.04.2332
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)
Desbaste
Material: 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)
21.04.2333
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Como explorar o seu próprio potencial de redução de custos
Etapas
1. Definir objetivos ou linha de direção
2. 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 amostras
5. Estimativa apróx. de ganhos pelo aumento produtividade ou vida ferr.
Objetivos possíveis (ver capit. 1)
Aumento produtividade na qualidade solicitada
Introduzir 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 corte
Em aplicações c/ alto consumo de ferram. corte ou c/ ferram. caras ?