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Conceitos de ferramentas rotativas: com pastilhas, sólidas ou até ambas

Andrei Petrilin (*)

Indexável ou sólido – qual é o melhor conceito de design de uma ferramenta de corte rotativa? Como em muitos assuntos de tecnologia, não há resposta absoluta para essa questão. No entanto, existe uma resposta definitiva se as vantagens e desvantagens de ambos os conceitos forem considerados de acordo com condições específicas.

Uma ferramenta montada com pastilhas intercambiáveis, um conceito que se tornou comum na indústria desde a década de 1960, exige recursos de corte apenas de um de seus componentes – a pastilha. O corpo da ferramenta atua como um suporte para as pastilhas, produzidas a partir de diferentes materiais de difícil usinabilidade (por exemplo, vários tipos de metal duro, nitreto de boro cúbico (CBN), cermet etc.), enquanto o próprio corpo é feito principalmente de aço.

As pastilhas podem diferir no formador de cavaco superficial que gera a geometria de corte necessária. A fixação da pastilha no corpo resulta em uma ferramenta de corte ideal para a peça a ser usinada. A pastilha possui várias arestas de corte. Se uma aresta é usada, ela é simplesmente substituída pela indexação da pastilha por meio de rotação ou reversão. O princípio indexável garante um excelente custo-benefício na utilização do material da ferramenta.

A pastilha é formada pela tecnologia de metalurgia do pó capaz de produzir a forma única das superfícies de formação de cavacos, com geometrias cujas obtenções através de outros métodos tecnológicos seriam extremamente difíceis ou mesmo impossíveis, e uma aresta de corte excepcionalmente tenaz capaz de suportar cargas pesadas.

Fig. 1 – Inserto indexável T890 de geometria complexa

Ao mesmo tempo, uma ferramenta indexável tem certas desvantagens. Em primeiro lugar, a precisão é menor em comparação com uma ferramenta sólida. Em segundo lugar, o diâmetro da ferramenta não pode ser relativamente pequeno (por exemplo, menos de 8-10 mm ou 315 -.375 polegadas). A redução do diâmetro leva à diminuição do tamanho de todos os componentes de montagem, incluindo a pastilha e seus elementos de fixação (geralmente um parafuso), que possuem limites dimensionais operacionais. Além disso, a aresta de corte da pastilha mesmo sendo tenaz, não é tão cortante quanto à de uma ferramenta sólida. Uma aresta de corte aguda obtida através de afiação é necessária para a usinagem de materiais macios, como cobre, titânio comercialmente puro ou alumínio.

A principal vantagem de uma ferramenta sólida é a sua alta precisão: em média, um grau de qualidade superior ao de uma ferramenta indexável. A aresta de uma ferramenta sólida não pode ser indexada, mas pode ser reafiada.

Assim como uma fresa com pastilhas intercambiáveis, uma ferramenta sólida também possui limitações dimensionais, no caso, relacionadas ao custo da ferramenta. Ao contrário do conceito indexável, a ferramenta sólida não pode ser relativamente grande no comprimento total ou em diâmetro, geralmente o diâmetro da ferramenta sólida não excede 25 mm ou 1.0 polegada. Este tipo de solução exige significativamente mais matéria-prima e a sua fabricação leva mais tempo principalmente por causa do tempo de retífica. Essas restrições levam a um custo de ferramenta substancialmente maior. Em contraste com a ferramenta indexável, a aresta de corte da ferramenta sólida é mais aguda, porém menos tenaz.

Fig. 2 – Fresa de topo de cerâmica

As dimensões da superfície usinada podem determinar qual conceito deve ser aplicado. Por exemplo, para a abertura de um furo de 3 mm (0,12 pol.) de diâmetro, será usada uma broca sólida. Além deste aspecto dimensional, os seguintes princípios caracterizam a seleção correta da solução.

Para operações de desbastes, com significativo esforço de corte e consumo de energia, uma ferramenta indexável é a solução preferida. Se a operação apresentar cortes leves e exigir alta precisão e acabamento de superfície, uma ferramenta sólida seria mais indicada.

Nos últimos anos tivemos uma mudança dramática neste conceito lógico e tradicional. A busca por novas soluções para melhorar a produtividade, combinada com os avanços na engenharia de máquinas-ferramenta, gerou estratégias eficientes de corte e máquinas apropriadas. Um número significativo de máquinas modernas tem menos potência, mas fusos com rotações mais altas e unidades de controle numérico computadorizado avançadas para usinagem em altos avanços, executada por uma ferramenta de pequeno diâmetro que se move na trajetória ideal para que tenhamos um esforço constante de corte. Esta etapa, juntamente com o progresso nas tecnologias de reafiação e recobrimento, representou uma segunda onda para o uso de ferramentas sólidas, abrindo novas opções na usinagem de desbaste. Avanços tecnológicos dos materiais das ferramentas permitiram o aumento do nível de dureza das peças usinadas. Hoje, por exemplo, fresas de topo inteiriças de metal duro, usinando com a técnica de fresamento de alta velocidade, são capazes de usinar com sucesso aços temperados com dureza de até HRC 65.

Os fabricantes de ferramentas reconheceram as vantagens de combinar conceitos sólidos e indexáveis em um único design para atender aos desenvolvimentos mais recentes. As populares famílias de ferramentas Multi-Master e Chamdrill da Iscar são representativas dessa combinação benéfica. Ambas as linhas apresentam ferramentas com cabeças de corte intercambiáveis feitas de metal duro. Na gama de ferramentas Multi-Master, que foi introduzida em 2001, uma cabeça de corte pode ser montada em diferentes corpos, e um mesmo corpo pode montar diferentes cabeças. Este princípio “sólido indexável” permite mais de 40.000 configurações de montagens possíveis.

Fig. 3 – Broca com cabeça intercambiável de metal duro (ferramenta mostrada no centro)

Então, qual é o melhor conceito? A indústria exige os dois tipos de soluções, dependendo do processo utilizado. A proporção de ferramentas indexáveis para ferramentas sólidas e “sólidas indexáveis” no mercado atual é estimada em 1: 1, o que indica o quanto o desenvolvimento de ferramentas de corte está progredindo nos dois sentidos. Mas os avanços tecnológicos e as melhorias de processos tornarão os requisitos das ferramentas – sejam eles sólidos ou intercambiáveis – cada vez mais exigentes.
(*) O autor é gerente Técnico da Iscar LTD.

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