As demandas impostas às ferramentas para usinagem de dentes de engrenagens estão crescendo de forma significativa. São muitos os fundamentos para este prognóstico positivo: um deles é a tendência cada vez maior do uso de transmissões automáticas na indústria automotiva.

No momento, esses equipamentos oferecem oito marchas e a caixa de redução planetária construída para esse tipo de transmissão é constituída por muitas engrenagens pequenas. Acrescente-se a isso o fato de o acionamento ter de contribuir para a minimização da geração de substâncias danosas – por exemplo, com a redução das emissões de gás carbônico. Por quê? Porque os novos motores precisam ter menor número de cilindros e cilindrada e, dessa forma, a transmissão assume uma função-chave para a transferência de potência.

Também a eletromobilidade vem crescendo e apresentando características totalmente diferentes: desde diversos tipos de abordagens híbridas, nas quais ainda é necessário o uso de transmissões, até o acionamento puramente elétrico. Ainda assim, as engrenagens são indispensáveis quando o acionamento é montado sobre todas as quatro rodas.

Figura 1 – Matriz de produtividade para fresas caracol (Fonte: LMT)

Figura 2 – Exemplo de fresamento de engrenagens feitas com aço 20MnCr5, modulo 2, 15 e sob produção anual de 500.000 unidades (Fonte:LMT).

Uma análise sobre o enorme crescimento da mobilidade nos países asiáticos – sobretudo China e Índia – revela que as demandas do ponto de vista tecnológico sobre as ferramentas para usinagem de dentes de engrenagens mais uma vez aumentaram de forma drástica.

Ao contrário da indústria automotiva, a qual deseja engrenagens menores, a indústria de geração de energia eólica, por sua vez, requer que elas sejam cada vez maiores. Os especialistas da LMT, situada em Oberkochen, Alemanha, oferecem, com sua abrangente linha de ferramentas, soluções para a fabricação de engrenagens grandes ou pequenas.

Os três principais critérios adotados para se avaliar o desempenho das fresas-caracol são: nível reprodutível de qualidade das engrenagens (consistência do processo); produtividade (tempos curtos de usinagem e maior vida útil); e custos por engrenagem.

 Novos materiais de corte

A matriz de produtividade da figura 1 (pág. 38) mostra as regiões de desempenho ao longo dos valores de módulo da engrenagem relativas às fresas caracol inteiriças ou com pastilhas. A fresa caracol inteiriça, feita com aço rápido convencional ou sinterizado, cobre a faixa de valores de módulo até 45. Ela atende muito bem aos requisitos de qualidade requeridos na prática. Contudo, sua produtividade é menor em comparação com as ferramentas inteiriças feitas com outros materiais de corte, como SpeedCore e metal duro.

A nova fresa caracol SpeedCore, fabricada pela LMT Fette, divisão do grupo LMT com sede em Scharzenbek, Alemanha, que cobre a faixa de valores de módulo até 16, proporciona níveis produtividade consideravelmente maiores e, portanto, tempos de usinagem mais curtos. Esta fresa caracol é fabricada com um material de corte desenvolvido recentemente, características de aplicação situam-se entre o aço rápido sinterizado e o metal duro.

Figura 3 – Alta velocidade de corte do SpeedCore, também no caso de engrenagens com maior tamanho (Fonte: LMT)

Sua característica particular é a alta resistência a quente. Em associação com o revestimento Nanosphere 2.0, o qual também foi recentemente desenvolvido, promete um aumento de produtividade considerável demonstrado, por exemplo, com velocidades de corte superiores a 300 m/min. Isso significa redução nos tempos de usinagem e uma considerável diminuição dos custos de manufatura, conforme mostra a figura 2 (pág. 39). Neste exemplo de aplicação estão sendo fresadas engrenagens para a terceira marcha da transmissão de um automóvel, feitas com aço 20MnCr5, módulo 2, 15, num ritmo de 500.000 unidades por ano.

Em outro caso de aplicação, para engrenagens maiores com módulo 9, para as quais antigamente era selecionada uma velocidade de corte efetivamente menor, foi possível elevá-la em 94% ao se substituir o material da fresa caracol de EMo5Co5 para SpeedCore.

Na matriz de produtividade (figura 1) consta o uso da fresa caracol feita com metal duro dentro da faixa de trabalho correspondente a valores de módulo de até aproximadamente 7.

Contudo, essa alta produtividade somente podia ser obtida se o equipamento utilizado para a usinagem dos dentes permitisse curtos tempos de corte e fosse suficientemente estável. No caso da usinagem de dentes de engrenagens com maiores valores de módulo, caracterizada por uma faixa superior de desempenho, devem ser usadas ferramentas dotadas de pastilhas indexáveis corte.

Fresa caracol inteiriça

Todas as fresas caracol inteiriças que operam na região de baixos valores de módulo mostram seu verdadeiro poder na fabricação de grandes séries, como é o caso da indústria automotiva, na qual satisfazem todos os requisitos de desempenho propostos inicialmente. Por sua vez, o campo de aplicação das ferramentas com pastilhas situa-se na região com valor de módulo superior a 7, nas quais são produzidos lotes com tamanho de pequeno a médio.

A vantagem efetiva que as fresas caracol inteiriças proporcionam está na alta precisão da ferramenta, que exerce efeito sobre os dentes da engrenagem. As ferramentas inteiriças, constituídas por um único elemento, usinam o perfil dos dentes com alta precisão ao longo de todo o comprimento de corte. A somatória das tolerâncias – desde o assento das pastilhas até as próprias pastilhas, mais as correspondentes uniões reversíveis – tornam-se totalmente dispensáveis. Dessa forma, as fresas caracol inteiriças são recomendadas para o fresamento de acabamento sob qualidade AAA ou mesmo AAAA.

Redução nos custos de fabricação

Contudo, a comprovação de que a elevação da produtividade irá reduzir os custos de fabricação precisa levar em conta, se for o caso, se será feita uma comparação entre fresas caracol inteiriças ou com pastilhas. Fresas caracol podem apresentar maior de sulcos para quebrar cavacos e, dessa forma, também um maior número efetivo de dentes de engrenagem. Dessa forma a ferramenta apresenta maior desempenho global, pela própria menor velocidade de corte nominal. Esse efeito é ainda mais intensificado no caso das fresas com menores diâmetros.

Uma ferramenta com pastilhas indexadas alcança altas velocidades de corte; contudo, este efeito sobre o desempenho é relativo, uma vez que há menor número de arestas de corte. A classificação das configurações de ferramenta comercialmente viáveis em função do custo resultante por peça está mostrada de forma qualitativa na figura 4. É interessante notar que as fresas caracol do tipo SpeedCore estão mais bem classificadas do que as fresas caracol com pastilhas indexadas de metal duro.

Figura 4 – Classificação de custos de configuração de fresas caracol disponível no mercado (Fonte: LMT).

Custos são critérios importantes

Nos dias de hoje, o desempenho da fresa caracol – particularmente na produção em série – não é avaliado somente pelos resultados de fresamento dentro do tempo de aplicação, mas sim ao longo de todo o seu ciclo de vida. Tanto o desempenho, como os custos ao longo da vida útil entram em consideração.

As fresas caracol inteiriças apresentam vantagem inequívoca do ponto de vista dos custos ao longo da vida útil, uma vez que elas podem ser novamente afiadas e também podem receber novo revestimento. No caso de ferramentas com pastilhas essa abordagem não pode ser adotada de forma econômica, uma vez que as pastilhas de corte precisam ser substituídas após seu período de aplicação.

As fresas caracol inteiriças podem ser recondicionadas até 15 vezes, sem problemas e mantendo o mesmo nível de qualidade. Isso faz com que elas apresentem menores custos de ciclo de vida, sem que seja preciso assumir o risco da degradação de sua produtividade.

A LMT atua em todos os principais mercados com suas próprias unidades de serviço nas quais as ferramentas são recondicionadas. Depois disso, as fresas caracol retornam aos clientes com a mesma qualidade que apresentavam quando foram produzidas mostrando, em seu estado recondicionado, desempenho idêntico ao que tinham quando eram novas em folha. O conceito de ciclo de vida da ferramenta da LMT assegura um suporte econômico e possibilita que os clientes recebam a ferramenta afiada no momento exato.