O que é usinagem-de alta velocidade?
Depende de quem você pergunta.
Algumas pessoas tratam isso como um termo de marketing-colocam "alta-velocidade" na folha de especificações e cobram mais. Outros entram em discussões acaloradas sobre os limites exatos de RPM. A resposta útil está em algum lugar no meio.
Usinagem-de alta velocidade, ou HSM, geralmente significa cortar em velocidades cinco a dez vezes mais rápidas do que o considerado normal para um determinado material. Mas o “normal” continua mudando à medida que as ferramentas e as máquinas melhoram, de modo que a definição acompanha esse processo. Há vinte anos, 8.000 RPM eram rápidos. Agora, os VMCs-de nível básico atingem isso sem tentar.
A coisa de Salomão
Praticamente todos os artigos sobre HSM mencionam Carl Salomon e sua patente alemã de 1931. Aqui está a versão resumida: ele realizou experimentos cortando alumínio com fresas helicoidais em velocidades ridículas para o tempo -até 16.500 m/min em alguns testes-e descobriu que a temperatura de corte não continua subindo para sempre. Ele atinge o pico em alguma velocidade crítica e depois diminui conforme você avança mais rápido.
O número da patente é 523594 se você quiser se aprofundar no assunto. A maioria das notas de pesquisa originais de Salomon se perdeu durante a guerra, e é por isso que ainda há debate sobre o que exatamente ele mediu e como. Pesquisadores de lugares como Aachen passaram anos tentando verificar suas curvas. O consenso agora é que a relação básica se mantém, mas é mais complicada do que uma simples linha num gráfico.
Por que isso importa? Porque sugere um regime em que o corte mais rápido gera, na verdade, menos calor na peça de trabalho. E para qualquer pessoa que usina peças que não toleram distorção térmica-paredes finas, tolerâncias restritas, geometria complexa-isso é um grande problema.
O calor vai para onde?
Aqui está o que acontece em altas velocidades de corte, pelo menos de acordo com os livros didáticos: o cavaco se forma e sai tão rapidamente que carrega consigo a maior parte do calor de corte. Algumas fontes apresentam números como 90% ou 95%. Honestamente, medir isso com precisão é difícil, e a porcentagem depende do material, da geometria da ferramenta, da refrigeração e de várias outras variáveis.
O que é mais fácil de observar: nos parâmetros HSM adequados, os cavacos saem quentes-às vezes descoloridos de azul ou marrom no aço-enquanto a própria peça permanece relativamente fria. Você pode sentir isso. Faça um corte de teste, pare a máquina e toque na peça de trabalho. Não vai queimar você, mesmo que os chips possam queimar.
Para trabalhos de molde, isso é importante porque as cavidades têm todos os tipos de características que odeiam o calor. Costelas finas. Bolsos profundos. Paredes quase sem correntes de ar. Usiná-los de maneira convencional e eles crescerão durante o corte, depois encolherão à medida que esfriam, e suas dimensões acabarão em algum lugar que você não pretendia. Usiná-los em condições HSM e eles permanecerão mais estáveis dimensionalmente.
Pelo menos essa é a teoria. Os resultados reais dependem de muitos fatores. Já vi lojas investirem em equipamentos HSM e ainda lutarem contra problemas térmicos porque sua fixação não era rígida o suficiente, ou não ajustaram suas estratégias de corte, ou uma dúzia de outras coisas.
A parte de ferramentas pela qual ninguém quer pagar
Você não pode fazer HSM com porta-ferramentas normais. É aqui que as lojas enfrentam problemas:{1}}elas compram um fuso-de alta velocidade e tentam usar as ferramentas CAT40 ou BT30 existentes.
O problema da física
O problema é a força centrífuga. A 15.000 ou 20.000 RPM, o furo do fuso se expande devido à carga centrífuga. Uma haste de ferramenta sólida não se expande da mesma maneira. O ajuste cônico se afrouxa. O esgotamento aumenta. De repente, seu caro fuso-de alta velocidade está produzindo resultados piores do que sua máquina antiga.
A solução é HSK-um design alemão (Hohl-Schaft-Kegel, haste cônica oca) que se tornou um padrão ISO em meados dos anos 90. A construção oca permite que a haste se expanda com o fuso e entre em contato com o cone e a face simultaneamente. A força de fixação aumenta à medida que a velocidade aumenta, em vez de diminuir.
O que ninguém lhe diz de antemão: mudar para HSK significa substituir todo o seu conjunto de ferramentas. Cada suporte, cada pinça, cada extensão. Além de mandris, além de predefinidores, se não forem compatíveis. Isso aumenta rapidamente. E então você precisa de pessoas que saibam como lidar adequadamente com ferramentas HSK-é mais sensível à precisão-do que ferramentas de conicidade acentuada.
Programar é metade da batalha
Fusos-de alta velocidade não realizam nada se o percurso forçar constantemente a desaceleração. Esta é talvez a maior desconexão entre comprar capacidade HSM e realmente usá-la.
A programação-antiga de moldes gerava milhares de pequenos segmentos de linha para aproximar curvas. Os controladores processaram um de cada vez. Nas alimentações convencionais, tudo bem. Nos feeds HSM, o controle não consegue acompanhar. A máquina desacelera, alcança, acelera, desacelera novamente. Você obtém movimentos bruscos e marcas de testemunhas na superfície.
O CAM moderno usa interpolação spline em vez de-curvas NURBS que substituem centenas de segmentos de linha por uma definição matemática. O programa fica mais curto. O controlador pode olhar mais adiante. O avanço permanece consistente através de geometria complexa.
Mas o suporte NURBS varia entre sistemas CAM e controles de máquina. E configurá-lo corretamente exige conhecimentos que nem todo programador possui. Conheço lojas que utilizam equipamentos HSM caros com CAM desatualizado, gerando caminhos de ferramentas de segmento-de linha, e se perguntam por que não estão obtendo os resultados esperados.
A estratégia de corte também muda. O desbaste convencional exige cortes pesados em avanços lentos-enterre a fresa e empurre com força. O desbaste HSM exige um leve engate radial em altos avanços. O cortador permanece carregado, mas nunca sobrecarregado. As forças permanecem baixas. Paredes finas não desviam. Ferramentas pequenas não quebram.
Fazer isso da maneira certa requer software CAM que ofereça suporte a caminhos de ferramentas de{0}}engajamento constante e programadores que saibam quando usá-los. A máquina é quase a parte fácil.
Para lojas de moldes
Se isso é importante depende do que você está construindo.
Moldes complexos-linhas de partição intrincadas, superfícies ópticas, núcleos finos e fechamentos herméticos-são os que mais se beneficiam. O tempo que você gastaria ajustando e polindo na bancada é convertido em tempo de fuso, que é mais previsível e mais repetível. O acabamento superficial da máquina melhora o suficiente para que o trabalho manual caia significativamente. A dependência do EDM diminui porque você pode fresar recursos que antes precisavam de eletrodos.
Moldes simples com tolerâncias generosas? O retorno é menos óbvio. A usinagem convencional pode servir perfeitamente.
A maior parte do trabalho com moldes de injeção fica em algum ponto intermediário. A questão não é se o HSM funciona-isso está estabelecido. A questão é se o seu mix de funções justifica o investimento em equipamentos, ferramentas, software e treinamento. Esse é um cálculo diferente para cada loja.
Direi uma coisa: a lacuna entre as lojas que possuem capacidade real de HSM e as que não têm está aumentando. As expectativas de prazo de entrega continuam aumentando. As especificações de superfície estão cada vez mais exigentes. Os clientes com trabalhos complexos estão se concentrando em fornecedores que possam realmente entregá-los. Se essa pressão se aplica a você depende de sua posição no mercado.
Não existe uma resposta universal. Mas se você está perdendo orçamentos em trabalhos complexos, ou se sua mão de obra adequada continua aumentando, ou se os clientes continuam pedindo um retorno mais rápido em trabalhos complexos,-esses são sinais aos quais vale a pena prestar atenção.