Por Liam Haglington*

Os materiais compostos estão transformando a indústria, mas sua usinagem continua sendo um desafio constante. Mesmo com maquinário avançado e controles de processo, cortar fibras e resina ainda testa as habilidades de engenharia e operacionais. O design avançado de ferramentas e a engenharia de materiais estão ajudando os fabricantes a superar os limites do fresamento abrasivo de materiais compostos.

Materiais compostos leves e de alta resistência como polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP) prometem desempenho incomparável, oferecendo altas relações de rigidez-peso, resistência à corrosão e flexibilidade de design que possibilitam estratégias de redução de peso.

O setor aeroespacial permanece como a aplicação mais exigente para materiais compostos. Peças como estruturas da fuselagem, asas, estabilizadores, longarinas, nervuras e vigas do piso são críticas para a integridade estrutural e frequentemente usinadas em ambientes de alta precisão e alto volume.

Os materiais compostos são especialmente adequados para essas estruturas aeroespaciais porque oferecem uma alta relação rigidez-peso, excelente resistência à fadiga e podem ser produzidos sob medida pela orientação das fibras para fornecer resistência exatamente onde é necessário: propriedades essenciais para peças estruturais leves e de alto desempenho para aeronaves.

Outros setores também se beneficiam. Os fabricantes de automóveis usam CFRP para reduzir o peso e melhorar a eficiência. De acordo com a JEC, os materiais compostos são essenciais para aplicações em que a redução de peso continua sendo uma prioridade para aumentar a eficiência de combustível e limitar as emissões de gases de efeito estufa, e agora representam cerca de 17% dos materiais usados no setor aeroespacial e 8% dos materiais usados no setor de transporte.

Em todos esses setores, o controle de processo estável e ferramentas confiáveis traduzem-se diretamente em economia de custos e confiança na produção.

 

Por que a usinagem de materiais compostos é tão desafiadora?

 

A usinagem de materiais compostos é muito diferente da usinagem de metais. Os materiais compostos combinam fibras rígidas e abrasivas com uma matriz de resina mais macia, e cada mudança na orientação das fibras altera o comportamento do material no corte.

O que parece uniforme na superfície é, na verdade, um ambiente em constante mudança para a ferramenta. Esse comportamento de mudança cria defeitos conhecidos para os fabricantes de materiais compostos: a delaminação pode ocorrer quando as camadas se separam sob forças excessivas, fibras não cortadas ou arrancadas aparecem quando a ferramenta não consegue cortar o reforço de forma limpa e a qualidade superficial pode se tornar inconsistente quando as fibras e a resina respondem de maneira diferente ao calor e à pressão.

Todos esses problemas têm a mesma causa subjacente. O material não se comporta de forma consistente e seus modos de falha são imprevisíveis. O efeito na produção pode ser significativo. Defeitos levam à geração de refugo, mais inspeções, retrabalho e à possibilidade de linhas de produção paradas, especialmente em ambientes aeroespaciais de alta precisão onde a não conformidade não pode ser aceita.

A sensibilidade ao calor adiciona outra camada de dificuldade. Se as temperaturas aumentarem, a resina amolece e as fibras permanecem rígidas, o que aumenta o risco de delaminação ou desfiamento. Se o corte estiver muito frio, a resina permanece frágil e o desgaste da ferramenta acelera.

Os parâmetros de corte precisam ser controlados com precisão, e ainda assim as ferramentas convencionais frequentemente têm dificuldade em encontrar o equilíbrio certo. O resultado é o desgaste rápido, vida útil da ferramenta incerta e qualidade reduzida da peça.

A usinagem confiável depende de ferramentas concebidas para estabilizar o processo, controlar a vibração e gerenciar o calor. Sem esse nível de controle, a usinagem de materiais compostos permanece uma tarefa desafiadora e imprevisível.

 

Engenharia da solução: CoroMill® Plura para materiais compostos 2P350.

 

Atender a essas demandas requer uma ferramenta projetada não apenas para cortar o material, mas para controlar como as fibras se separam e como o desgaste se desenvolve ao longo do tempo. A CoroMill® Plura composite 2P350 foi desenvolvida com esses objetivos em mente.

No coração da 2P350 está um mecanismo de corte duplo original. Ao contrário das fresas de topo convencionais, ela corta as fibras de forma limpa em vez de rasgá-las. O mecanismo funciona com uma ação semelhante a uma tesoura que aproxima duas arestas de corte para levantar e cisalhar as fibras de maneira controlada.

Uma aresta guia as fibras enquanto a outra as corta, o que mantém o laminado estável e ajuda a prevenir a delaminação. Esta ação coordenada também equilibra a carga de corte, o que reduz a vibração e cria um processo de usinagem mais consistente e previsível.

A geometria da ferramenta é otimizada para proporcionar alta produtividade. Grandes volumes de canal garantem o escoamento eficaz de poeira e fibras soltas geradas durante o corte. A remoção rápida desses materiais reduz o risco de reusinagem e ajuda a manter o corte estável e limpo.

Seja no fresamento de canais, usinagem em rampa ou usinagem de arestas, a 2P350 executa do desbaste ao acabamento em um único setup. Menor vibração e ação de corte consistente também tornam o chão de fábrica mais silencioso e confortável.

A CoroMill® Plura composite 2P350 mantém o comportamento de corte em diversos tipos de condições, permitindo que os fabricantes mantenham uma qualidade consistente, independentemente das variações da peça ou da fixação da ferramenta.

O mecanismo de corte controlado melhora o desempenho em operações complexas, o que é particularmente valioso em manufatura automatizada e/ou onde não há intervenção humana. O comportamento previsível da ferramenta e a menor vibração reduzem a probabilidade de desgaste repentino da ferramenta, possibilitando a produção contínua e reduzindo a dependência da experiência do operador.

 

O poder do O2AD

 

A geometria sozinha, no entanto, não é suficiente em aplicações com materiais compostos abrasivos. A confiabilidade da aresta deve também resistir à exposição contínua a fibras de reforço, onde a classe O2AD torna-se importante.

A classe O2AD combina engenharia de materiais avançada com uma espessa cobertura de diamante por deposição química de vapor de alta adesão. O substrato sob medida garante a ligação ideal entre a camada de diamante e o corpo da ferramenta, prevenindo a delaminação prematura da cobertura e estendendo a vida útil da ferramenta.

Testes de campo e internos mostraram que a vida útil da ferramenta aproximadamente dobrou em comparação com a da classe O12M anterior. Em um caso envolvendo uma peça de asa de aeronave usinada sem refrigeração com vácuo em um pórtico de 5 eixos, a classe O2AD proporcionou uma melhoria de 100% na vida útil da ferramenta em comparação com a O12M sob as mesmas condições de corte.

O padrão de desgaste é previsível e progressivo, dando aos fabricantes confiança para aumentar os parâmetros de corte enquanto reduzem refugo e as trocas de ferramenta. Isso cria reduções de custo tangíveis por meio de janelas de corte mais longas, estoque de ferramentas reduzido e menos tempo de inatividade.

Ao combinar a resistência dessa cobertura de diamante com um substrato estável, a classe O2AD aborda diretamente os principais desafios do fresamento de materiais compostos. A qualidade consistente da aresta mantém forças de corte estáveis, proporciona baixa vibração e cria um processo de usinagem mais previsível. Os fabricantes podem obter cortes mais limpos, vida útil da ferramenta mais consistente e resultados mais confiáveis em materiais compostos abrasivos.

CoroMill® Plura composite 2P350 com classe O2AD é mais do que uma ferramenta de fresamento. Aborda desgaste abrasivo, risco de delaminação, sensibilidade térmica e vibração, possibilitando a fabricação de peças de alta qualidade com desempenho consistente, independentemente da complexidade ou variabilidade.

Do setor aeroespacial ao automotivo, defesa, espaço e aplicações marítimas, a 2P350 ajuda os fabricantes a aumentar a produtividade, proteger a integridade das peças e controlar os custos. Para fabricantes que enfrentam o desafio de usinar materiais considerados impossíveis de usinar, a CoroMill® Plura composite 2P350 estabelece um novo padrão de referência em fresamento de materiais compostos de alto desempenho com confiabilidade.

Voltando ao desafio mais amplo, esses avanços mostram como o progresso na geometria das ferramentas e na engenharia de materiais está redefinindo os limites do que é possível na usinagem de materiais compostos. A delaminação, a variabilidade das fibras e a sensibilidade ao calor sempre farão parte do trabalho envolvendo o processamento desses materiais, e a tecnologia certa pode superar barreiras e garantir operações estáveis e previsíveis.

Para saber mais sobre a CoroMill® Plura materiais compostos 2P350, acesse a página do produto no site da Sandvik Coromant.

 

*Liam Haglington é gerente de produto para ferramentas de fresamento de topo em metal duro da Sandvik Coromant.

Opinião

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