Introdução à usinagem de alta velocidade
O que é usinagem de alta velocidade?
A usinagem de alta velocidade (HSM) maximiza a remoção de material por minuto, combinando altas velocidades do fuso e taxas de avanço com passagens de fresagem leves e rápidas. A HSM, que foi inicialmente desenvolvida pelo Dr. Carl Salmon na década de 1920, encontra o seu ponto ideal na “velocidade crítica” de cada material, onde a geração de calor na interface ferramenta-peça é maximizada para cortes rápidos e de baixa pressão.
Por que a HSM é importante hoje
Há uma pressão constante nas oficinas modernas para reduzir custos e aumentar a produtividade. A HSM oferece ambos, reduzindo operações secundárias como polimento ou EDM, aumentando a vida útil da ferramenta e da máquina e reduzindo os tempos de ciclo em até 30-40%, mantendo tolerâncias rigorosas.
Técnicas essenciais na usinagem de alta velocidade
Desbaste por penetração
O desbaste por penetração, também conhecido como fresagem no eixo Z, permite o desbaste profundo com pouca deflexão, utilizando forças axiais em vez de cargas laterais. Funciona particularmente bem em equipamentos mais antigos ou em cavidades pequenas.
Principais vantagens
- O corte rígido melhora a qualidade do furo
- Reduz a deflexão da ferramenta
Fresagem trocoidal
Esta técnica mantém a profundidade axial elevada e o engate radial baixo, utilizando percursos circulares «trocoidais». O resultado é um desbaste contínuo, uma maior vida útil da ferramenta e um entalhe eficaz em ligas duras, como Inconel ou titânio.
Principais benefícios
- Altas taxas de remoção de metal
- Velocidades de avanço consistentes
Estratégias de passo lateral
Transições suaves entre percursos de ferramenta vizinhos são necessárias para contornos complexos. As mudanças abruptas de direção que deterioram o acabamento da superfície e aumentam o tempo de ciclo são eliminadas por movimentos de looping ou “golf-club”.
Aplicações industriais
Fabricação aeroespacial
A HSM fabrica núcleos de moldes com geometrias complexas e elementos estruturais (como anteparas e pás de turbinas). As oficinas podem obter uma integridade de superfície superior e prazos de entrega mais rápidos, eliminando a EDM secundária.
Produção de dispositivos médicos
Acabamentos Ra ≤0,2 µm são necessários para componentes micromecânicos, implantes e ferramentas cirúrgicas. Os cortes leves e rápidos da HSM produzem superfícies biocompatíveis, livres de distorções causadas por tensões.
Prototipagem automotiva e pequenas séries
A alta MRR e o curto tempo de configuração da HSM permitem iterações rápidas de blocos de motor, caixas de transmissão e ferramentas de prototipagem, acelerando a validação do projeto e reduzindo despesas.
Considerações sobre a implementação
Requisitos da máquina e do eixo
- Rigidez e amortecimento:rigidez dinâmica ≥50 N/µm evita vibrações.
- Tipo de eixo:eixos de acionamento direto ou elétricos capazes de ≥10 000 RPM proporcionam estabilidade; unidades acionadas por correia muitas vezes ficam aquém.
Seleção e equilíbrio das ferramentas
- Materiais:ferramentas de carboneto, cerâmica ou PCD resistem a altas temperaturas.
- Equilíbrio:suportes de encaixe por contração e equilíbrio preciso evitam desvios em altas RPM.
Programação CAM e controlo do processo
- Carga de cavacos consistente:mantenha uma profundidade rasa e um avanço constante para evitar o “arrastamento”.
- Análise de resíduos:aproveite os recursos CAM para detectar e limpar sobras de material, melhorando as passagens de acabamento.
Comparando a usinagem convencional com a usinagem de alta velocidade
| Aspecto | Usinagem Convencional | Maquinação de Alta Velocidade |
|---|---|---|
| Profundidade de Corte | Passes profundos e pesados | Passes leves e pouco profundos |
| Velocidade do Fuso | ≤ 5 000 RPM | ≥ 10 000 RPM |
| Transferência de Calor | Alto — requer paragens para refrigeração | Baixo — tempo de paragem mínimo para arrefecimento |
| Vida Útil da Ferramenta | Curto — cargas pesadas | Estendido — efeito de adelgaçamento de aparas |
| Taxa de Remoção de Material (MRR) | Moderado | Muito alto |
| Acabamento da Superfície | Necessita frequentemente de polimento | Ra ≤ 0,2 µm alcançável |
| Tempo de Ciclo | Mais longo | 30–40 % mais rápido |
Conclusão
Ao combinar recursos de máquinas-ferramentas de ponta com técnicas de corte eficientes, a usinagem de alta velocidade representa um avanço revolucionário na metalurgia. Os fabricantes podem reduzir os tempos de ciclo, aumentar a vida útil das ferramentas e máquinas e obter uma qualidade de superfície incomparável implementando centros HSM multieixos, percursos de ferramentas sofisticados, como fresamento trocoidal, e controle rigoroso do processo. A produtividade a longo prazo, as melhorias na precisão e a redução de custos mais do que compensam o investimento inicial substancial e a curva de aprendizagem. A HSM continuará a expandir os limites da fabricação contemporânea à medida que as tecnologias avançam, integrando otimização de percursos de ferramentas orientada por IA, controlo adaptativo e análise em tempo real.
