Fase 2 Vida das ferramentas para caracol módulo 3

Baseado nos resultados obtidos na fase 1 dos experimentos, decidiu-se realizar os ensaios de vida da ferramenta com insertos de metal duro com velocidade de corte de 200 m/min e avanço de 2,7 mm/rotação, pois o erro Fα aumentava bastante utilizando avanços maiores ou iguais a 2,8 mm/rotação. Para a ferramenta de Aço Rápido, como já era utilizada na empresa que foram realizados os testes, optou-se pela manutenção dos dados de corte, ou seja, com a velocidade de corte de 140 m/min e 1,8 mm/rotação, o que fez com que o tempo de ciclo das peças cortadas com o cortador de Aço Rápido fosse maior.

Os valores de vida das ferramentas em tempo e comprimento de corte foram mensurados por aresta de corte, ou seja, foi verificado o valor atingido e dividido pelo

número de arestas existentes no respectivo caracol (caracol de aço rápido com 274 arestas de corte e o caracol com insertos de metal duro com 84 arestas de corte).

A tabela 6.3 mostra os valores obtidos no ensaio de vida:

Tabela 6.3: Tabela de vida das ferramentas

Após a execução dos testes também foi consolidado na tabela 6.4 o valor médio do resultado de vida das três ferramentas, considerando como fim de vida o momento em que o erro Fα ultrapassasse o limite tolerado em desenho.

Tabela 6.4: Tabela de vida média das ferramentas

As Figuras 6.8 e 6.9 mostram respectivamente as vidas obtidas para cada ferramenta, tanto em termos de tempo de corte, quanto em termos de comprimento de avanço cortado.

Tempo por aresta Comprimento de avanço Tempo por aresta Comprimento de avanço Tempo por aresta Comprimento de avanço (Minutos) por aresta (Metros) (Minutos) por aresta (Metros) (Minutos) por aresta (Metros)

P35 (Cobertura TiAlN) 25 36 26 31 - -

P35(Cobertura TiAlCrN) 29 37 32 41 32 43

Aço Rápido 6 4 10 7 10 9

Material

1ª Vida 2ª Vida 3ª Vida

Tempo de corte útil por aresta Comprimento de avanço (Minutos) por aresta (Metros) P35 (Cobertura TiAlN) 26 34

P35(Cobertura TiAlCrN) 31 40

Aço Rápido 9 6

Material

Figura 6.8: Vida das ferramentas em função do tempo de corte (minutos)

Figura 6.9: Vida das ferramentas em função do comprimento de avanço (metros)

A Figura 6.10 mostra o ganho percentual de vida em relação à vida obtida com a ferramenta de aço rápido (que era a ferramenta originalmente utilizada na indústria) para as duas ferramentas de metal duro testadas.

26 31 9 0 10 20 30 40

Tempo por aresta ( min.)

Min

u

to

s

Tempo de corte por aresta

P35 (Cobertura TiAlN) P35 (Cobertura TiAlCrN) Aço Rápido

34 40 6 0 10 20 30 40 50 Me tro s

Comprimento de avanço por aresta

Figura 6.10: Crescimento da vida útil do caracol com insertos de metal duro em

relação ao Aço Rápido

A vida das ferramentas de metal duro foi bem superior à vida com a ferramenta de aço rápido como mostra a Figura 6.10. Em termos de tempo de corte, a vida da ferramenta aumentou 192% quando utilizado a cobertura TiAlN (GC1030) e 255% com a cobertura TiAlCrN (GC 1130).

Levando em consideração a vida das ferramentas em relação ao comprimento de avanço os ganhos são ainda maiores, ou seja, com a cobertura TiAlN (GC1030) o ganho é mais de 418% e com a cobertura TiAlCrN (GC1130) o ganho é de 524%. Esse ganho maior no comprimento de corte é explicado pelo motivo que o cortador com insertos, obteve um tempo de ciclo menor (devido à maior velocidade de corte e ao maior avanço utilizados) e, por consequência, cortou um comprimento maior no mesmo espaço de tempo.

Baseado nestes resultados, conclui-se que o uso de cortador de metal duro propicia um corte mais rápido e mesmo assim com maior vida da ferramenta (maior número de peças cortadas por vida). Isto é de grande valia para a empresa em especial quando a demanda de produção é alta, gerando economia em termos de número de máquinas necessárias para certa demanda.

192% 255% 418% 524% P35 (Cobertura TiAlN) P35 (Cobertura TiAlCrN)

Crescimento da vida em

em relação ao Aço Rápido

Porém, estes resultados já eram esperados, já que as características de uma ferramenta de metal duro (dureza a quente, resistência ao desgaste abrasivo, etc.) são bem superiores que as do aço rápido. O aço rápido é mais tenaz que o metal duro, o que, supostamente poderia gerar ganhos se o fim da vida da ferramenta fosse causado por avarias do tipo trincas, lascamentos ou quebras. Os resultados dos ensaios demonstram que, apesar da usinagem de dentes de engrenagem ser um corte interrompido que implica em choques da aresta de corte contra a peça em cada revolução da ferramenta, as ferramentas de metal duro aqui utilizadas têm tenacidade suficiente para suportarem estes choques e, assim, propiciarem que o fim de suas vidas se desse pelo desgaste e não por avarias. Assim, como elas são bastante resistentes ao desgaste, elas propiciaram que suas vidas fossem longas, mesmo utilizando um volume de material removido por unidade de tempo bem maior que aquele utilizado com a ferramenta de aço rápido.

Pode-se dizer que houve um ganho de 20% em vida da ferramenta com a cobertura TiAlCrN (GC 1130) em relação à cobertura TiAlN (GC1030), tanto em termos de comprimento cortado quanto em termos de tempo de corte. Isso se deve a dois motivos: a) o substrato da Cobertura TiAlCrN (GC1130) possui alto teor de finos grãos de carbono (conforme descrito no capítulo 5) que ajuda na resistência ao lascamento e trincas da aresta; b) o maior controle do processo PVD utilizado para a cobertura da pastilha TiAlCrN (GC1130) e descrito no capítulo 5 – fase 1. Esse maior controle que faz com que cada etapa do processo seja produzida nas condições corretas que resulta na melhor adesão do revestimento no substrato e uma maior integridade da aresta de corte. (Sandvik, 2017).

Nos fresamentos convencionais, com exceção de quando é utilizado pastilhas alisadoras, o desgaste das pastilhas é uniforme, ou seja, há um mesmo desgaste para todas as pastilhas. Já no fresamento de dentes de engrenagens com caracol, devido a cinemática do corte, o desgaste dos insertos não é uniforme, pois cada inserto corta uma parte específica do dente como mostra Liebherr (2008). (Figura 6.11).

Figura 6.11: A formação do cavaco no fresamento de dentes. (LIEBHERR,

2008)

Do ponto de vista financeiro essa característica é uma vantagem para a utilização de caracol com insertos, pois os insertos com menos desgastes podem ser reaproveitados posteriormente, conforme será explicado a seguir. Quando se utiliza caracol inteiriço, independentemente do material de fabricação, havendo alguns dentes com desgaste é necessário fazer a afiação de todos os dentes.

Também foi observado que além da característica de corte, parte das espiras de entrada e saída do caracol, onde são fixados os insertos, também não aproveitadas, pois são utilizadas como uma área de segurança para que possa ser garantida a formação do dente. Então é possível, com um conjunto de pastilhas, fazer até três remanejamentos das pastilhas e obter qualidade de vida útil em todas as oportunidades. Essa ação é muito importante, pois como são pastilhas de fabricação especial, o custo de fabricação é elevado. Na Figura 6.12 o comprimento do cortador foi dividido em quatro partes denominadas de A, B, C e D, para uma melhor compreensão.

Figura 6.12: Sistemática de remanejamento de pastilhas.

(Adaptado, Sandvik, 2016)

A parte D compreende a região de entrada do caracol que por segurança de processo não é usada, ou então é pouco utilizada. Então esses insertos podem ser remanejados para fazer um trabalho em outra região para desbaste ou acabamento. (Figura 6.13)

Figura 6.13: Foto de uma pastilha da região "D" após a utilização A parte C é a região que faz o desbaste dos dentes e por isso é nela em que as pastilhas apresentam o maior desgaste. (Figura 6.14).

Figura 6.14: Foto de uma pastilha da região "C" após a utilização

A parte B é a que faz o acabamento dos dentes, as pastilhas se desgastam moderadamente. (Figura 6.15)

Figura 6.15: Foto de uma pastilha da região "B" após a utilização A região A é a saída da ferramenta e que por segurança de processo (igual a região A) não é, ou é pouca utilizada. (Figura 6.16)

Figura 6.16: Foto de uma pastilha da região "A" após a utilização

Então a estratégia utilizada foi a usinagem da primeira vida da ferramenta com todas as pastilhas novas e realizar o primeiro remanejamento da seguinte maneira para obter a segunda vida: as pastilhas da região B vão para a região C, já as pastilhas da região A vão para a região B e por último as pastilhas da região C vão para a região A. No segundo remanejamento para obter a terceira vida útil as pastilhas da região B vão para a região C, já as pastilhas da região C vão para a região D e as pastilhas da região D vão para a região B.