Ferramentas de usinagem CNC para materiais duros: como escolher brocas duráveis

Quando ferramentas de usinagem CNC são usadas para processar materiais duros, como ligas de titânio, aços temperados para matrizes e ligas de alta temperatura, problemas como falha prematura de brocas e redução repentina da vida útil são comuns.

Isso não apenas aumenta diretamente o custo de aquisição das ferramentas, mas também reduz a eficiência da produção devido às frequentes paradas para troca de ferramentas, afetando inclusive a precisão da usinagem e a qualidade do produto, tornando-se um obstáculo oculto para os trabalhos de usinagem CNC.

Analisaremos toda a cadeia, desde a ciência dos materiais até o projeto geométrico, passando pela colaboração com máquinas-ferramenta, mostrando como realmente reduzir o custo total, otimizando o orçamento de usinagem CNC e ajudando você a construir um sistema de usinagem de materiais duros estável e previsível .

Resumo da Resposta Principal

Principais conclusões:

• Perspectiva da Engenharia de Sistemas: A vida útil da ferramenta resulta da interação entre materiais, geometria, revestimentos, máquinas-ferramenta e parâmetros. A seleção isolada tem efeito limitado.
• Efeito de alavancagem de custos: O custo da ferramenta em si representa apenas 3 a 5% do custo total de usinagem, enquanto as flutuações em sua vida útil afetam mais de 30% do custo total.
• Tomada de decisões baseada em dados: Depender de dados específicos de testes de processamento de materiais para usinagem CNC (por exemplo, velocidade de corte Vc, custo por furo) fornecidos pelos fornecedores é mais significativo do que confiar em marcas.
• Valor da parceria: O benefício de fazer parceria com especialistas como a JS Precision é que o risco pode ser previsto e gerenciado de forma eficaz por meio do desenvolvimento conjunto de processos, garantindo uma economia de usinagem estável.

Confie na JS Precision: Guia de Seleção de Ferramentas para Serviços de Usinagem CNC de Materiais Duros

Na usinagem CNC de materiais duros, é fundamental ter experiência para ajudar a resolver problemas. A JS Precision atua no setor há muito tempo e possui mais de 5.000 soluções de usinagem de materiais duros para as indústrias aeroespacial, de fabricação de moldes de precisão e outras.

A taxa de sucesso na seleção de ferramentas para materiais desafiadores, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura, é de 98%. Toda a equipe técnica da JS Precision possui mais de 10 anos de experiência no setor.

De acordo com a Organização Internacional de Normalização (ISO) na norma ISO 3685:1993 , as ferramentas para usinagem de materiais duros devem atender a requisitos especiais em relação à resistência do material de base e à adesão dos revestimentos.

Os sistemas de seleção de ferramentas oferecidos pela JS Precision estão em conformidade com esta norma e foram examinados quanto ao desempenho por terceiros oficialmente reconhecidos.

Também possuímos um banco de dados exclusivo de processamento de materiais que inclui parâmetros de corte e soluções de compatibilidade de ferramentas para mais de 200 tipos de materiais para usinagem CNC , fornecendo aconselhamento preciso para seus trabalhos de usinagem CNC com rapidez.

Se você está enfrentando problemas com a vida útil da ferramenta na usinagem de materiais duros, entre em contato imediatamente com a equipe de engenharia da JS Precision. Forneça os materiais a serem usinados, os requisitos de diâmetro do furo e o modelo da máquina-ferramenta para receber um plano gratuito e personalizado de seleção de brocas CNC, evitando custos com tentativas e erros e melhorando rapidamente a eficiência da usinagem.

O que realmente determina a vida útil de suas ferramentas de usinagem CNC?

A vida útil das ferramentas de usinagem CNC depende do substrato, do tipo e dos parâmetros. O conhecimento sobre esses fatores aumentará a vida útil desde a sua origem e, consequentemente, reduzirá os custos de usinagem CNC.

Avaliação quantitativa: Definindo o fim da vida útil de uma ferramenta

O fim da vida útil de uma ferramenta não é uma questão de opinião, mas sim mensurável. O critério para o fim da vida útil de uma ferramenta geralmente é uma largura média de desgaste de 0,3 mm na face de folga da ferramenta, ou o aparecimento de danos, como lascas ou ondulações, na ferramenta.

A Vida Útil Média da Ferramenta (MTTL, na sigla em inglês) é uma importante medida estatística. Ela indica a vida útil média de um grupo de ferramentas e oferece suporte estatístico ao processo de planejamento do ciclo de substituição de ferramentas em usinagem CNC de fresamento .

Defesa sinérgica do substrato e do revestimento

• Resistência do substrato: O teor de cobalto do carboneto cementado (6% a 12%) e o tamanho das partículas de carboneto equilibram a resistência ao desgaste e a resistência ao impacto.
• Proteção por Revestimento: Os revestimentos de AlTiN, AlCrN ou SiAlYN são resistentes ao calor e ao desgaste, adequados para materiais específicos usinados por CNC.

Quer saber se suas ferramentas de usinagem CNC estão atingindo sua vida útil ideal? Envie seus parâmetros de usinagem e o modelo da ferramenta, e a JS Precision fornecerá uma avaliação gratuita da vida útil e sugestões de otimização específicas para ajudá-lo a reduzir ainda mais os custos.

Figura 1. Cinco brocas helicoidais com diferentes revestimentos de superfície (brilhante, óxido preto, TiN, TiCN, TiAlN) estão alinhadas.

Como dominar a ciência da seleção de brocas CNC para materiais duros?

A seleção de brocas CNC é crucial para o processamento de materiais duros, exigindo uma combinação precisa de materiais e design geométrico para melhorar a eficiência e a vida útil.

Escolha do material: Carboneto cimentado, aço rápido com cobalto ou aço rápido fabricado por metalurgia do pó.

Materiais duros usinados com brocas de diferentes materiais apresentam desempenhos de usinagem bastante distintos. Uma comparação detalhada segue abaixo:

Design geométrico: feito para remover chips dos centros do processador e para refrigeração.

As propriedades geométricas da broca têm um impacto direto no desempenho do corte e devem ser selecionadas, normalmente, dependendo do material a ser usinado:

• Ângulo da ponta: 130°-140° para ligas de titânio para aumentar a resistência da aresta de corte, 118°-135° para aço para obter o centragem ideal.
• Ângulo da hélice: Aproximadamente 30° para materiais de alta dureza, aproximadamente 40° para materiais viscosos para facilitar a remoção de cavacos.
• A ampla aresta de corte e os sulcos polidos para remoção de cavacos , que ajudam a evitar o aquecimento e a formação de aresta postiça, são úteis em ligas de alta temperatura.

Figura 2. O processamento de materiais duros requer o uso de estratégias e ferramentas corretas.

Por que seu centro de usinagem CNC é um fator decisivo para a vida útil da ferramenta?

Um centro de usinagem CNC de boa qualidade pode garantir a qualidade das ferramentas de usinagem CNC; sua precisão, rigidez e sistema de refrigeração também determinam o potencial de produção.

Precisão Dinâmica: A Ferramenta Assassina Frequentemente Ignorada

O desvio radial do fuso também é Um dos fatores essenciais que influenciam a precisão da perfuração é a excentricidade, que deve ser controlada em 0,003 mm (3 μm), pois, se houver excentricidade excessiva, isso cria uma tensão desigual na broca ou na aresta de corte, dobrando a carga na aresta de corte e diminuindo as chances de lascamento.

Ao mesmo tempo, A rigidez geral da máquina-ferramenta também é importante. Se não for suficientemente rígida, produzirá marcas de vibração durante o corte, o que não só danificará a ferramenta, como também afetará a qualidade da superfície usinada.

Eficiência de resfriamento: auxiliar ao processo central

O desempenho do sistema de refrigeração é um fator direto no controle das temperaturas de corte. A refrigeração interna de alta pressão garante o fornecimento preciso de fluido refrigerante à aresta de corte. A refrigeração interna de alta pressão é definida como um processo de refrigeração que utiliza uma pressão mínima de 70 bar.

Por exemplo, na usinagem de materiais com baixa condutividade térmica, como ligas de titânio, a necessidade de um sistema de refrigeração de alto desempenho, onde o centro do fuso e o orifício de refrigeração interno da ferramenta estejam precisamente alinhados, é fundamental.

Segundo dados da American Metalworking Technology Society (AMT), a vida útil da ferramenta em usinagem de materiais duros com refrigeração interna de alta pressão aumenta de 2 a 3 vezes .

Tem dúvidas se o seu centro de usinagem CNC está configurado com as ferramentas de melhor desempenho? Entre em contato com a JS Precision para uma avaliação gratuita do desempenho da sua máquina-ferramenta. Otimizaremos as combinações de ferramentas e parâmetros com base no seu equipamento para maximizar o valor sinérgico do seu conjunto de equipamentos e ferramentas.

Quem realmente paga pelo fracasso prematuro das ferramentas em seus trabalhos de usinagem CNC?

Os custos ocultos da falha prematura de ferramentas excedem em muito o preço de compra. O cálculo preciso do custo total é essencial para reduzir custos e aumentar a eficiência em trabalhos de usinagem CNC .

Análise detalhada dos custos ocultos: o custo das ferramentas é apenas a ponta do iceberg.

O custo total da usinagem de um único furo é composto por várias partes, e a fórmula específica é:

[(Custo da ferramenta/Número de furos durante a vida útil) + Custo do tempo de troca da ferramenta + Custo do risco de sucata + Consumo de energia da máquina].

Por exemplo, uma broca custa US$ 50 e, com 100 furos, o custo da ferramenta será de US$ 0,50, mas estender a vida útil da broca para 300 furos reduzirá o custo da ferramenta para apenas US$ 0,17. Além disso, a redução na troca de ferramentas diminuirá o custo do tempo de inatividade, e ferramentas estáveis ​​reduzirão a porcentagem de descarte , fatores que podem alterar significativamente o custo total.

Soluções da JS Precision: Otimização total de custos, da cotação à entrega.

Para trabalhos de usinagem CNC, a JS Precision utiliza software de simulação para calcular a análise das forças de corte e da carga térmica, bem como a estratégia de ferramentas de usinagem antes do início do processo.

Nossos orçamentos para máquinas CNC são precisos na estimativa de ciclos de troca de ferramentas, vida útil das ferramentas e taxas de refugo. Através da otimização técnica, nossa empresa conseguiu reduzir em 45% o custo total da usinagem de peças únicas para nossos clientes.

Quais materiais para usinagem CNC exigem estratégias de ferramentas radicais?

Existe uma variedade de materiais que podem ser usinados usando a máquina CNC. Isso se deve às diferentes propriedades dos materiais. Portanto,

Expandindo os Limites: Lidando Microscopicamente com Ligas de Alta Temperatura e Ligas de Titânio

O Inconel 718 e o Ti-6Al-4V apresentam forte endurecimento por deformação e baixa condutividade térmica. De acordo com a norma ISO 2296:2018 , é necessária uma combinação de "revestimento resistente ao desgaste + substrato resistente + aresta de corte afiada", com Vc controlado entre 20 e 40 m/min.

Dureza e Abrasão: A Luta entre o Aço Endurecido e os Materiais Compósitos

• Aço temperado e endurecido HRC50+: Utilize uma broca com ângulo de ataque negativo e um padrão de corte com pequenos pontos para evitar lascas.
• CFRP: Utilize brocas revestidas com DLC ou PCD para proporcionar resistência à abrasão e garantir a qualidade do furo.

A seguir, encontra-se uma tabela com as ferramentas de corte e parâmetros recomendados para diferentes materiais duros:

Como decodificar e otimizar seu orçamento de usinagem CNC para obter valor a longo prazo?

Um orçamento profissional para usinagem CNC carrega consigo uma promessa técnica. É importante compreender os detalhes essenciais para uma escolha acertada e para obter os melhores benefícios a longo prazo.

Citação técnica: Encontrando a promessa oculta nos números

Um orçamento de usinagem CNC de qualidade deve descrever claramente as recomendações quanto ao tipo/modelo da ferramenta de usinagem, valores predefinidos de S/F (superfície/frequência), taxas aproximadas de desgaste da ferramenta, entre muitos outros detalhes técnicos. Na verdade, todos esses detalhes mencionados constituem a maior garantia de qualidade e custo, dando-lhe uma ideia prévia de todos os riscos potenciais no processo de usinagem.

Trabalhando com a JS Precision - Transformando Risco em Certeza por meio do Desenvolvimento Conjunto

A JS Precision pratica a colaboração em "desenvolvimento conjunto" , na qual a comunicação está presente desde as fases iniciais do projeto. Oferecemos análises aprofundadas e gratuitas relacionadas ao projeto para manufatura (DFM), ajudando a otimizar o design da peça e a facilitar sua usinagem.

Para componentes ou conjuntos críticos, podemos também fornecer usinagem de amostra da primeira peça para trabalhos encomendados (pagos) ou já contratados (pagos). Dessa forma, podemos validar em conjunto os parâmetros ideais da ferramenta de corte para máxima eficiência e custos mínimos no processo de produção em massa.

Deseja um orçamento transparente para usinagem CNC com especificações técnicas detalhadas? Envie seus desenhos de peça e requisitos de usinagem, e a JS Precision lhe fornecerá um orçamento detalhado em até 24 horas, apresentando claramente todas as especificações técnicas e a discriminação de custos para que você possa tomar uma decisão mais informada.

Estudo de Caso: Vida útil da ferramenta aumentada em 300%, JS Precision supera desafios na usinagem de furos profundos em Inconel 718 para motores aeroespaciais.

Desafio: “Pesadelo” de Buracos Profundos com Diâmetro 30x

Um fabricante de peças aeroespaciais solicitou a usinagem de furos profundos com 6 mm de diâmetro e 180 mm de profundidade, com uma relação profundidade/diâmetro de 30:1, em liga de alta temperatura Inconel 718.

O método convencional empregava brocas de metal duro convencionais com uma vida útil média de apenas 3 furos. A remoção inadequada de cavacos era responsável por grandes desvios na localização do furo e valores de rugosidade superficial Ra elevados, o que contribuía para uma taxa de desperdício de até 15%, atrasando o desenvolvimento do projeto e acarretando um custo superior a US$ 2 por furo usinado.

A inovação sistêmica da JS Precision

Após receber a solicitação, a JS Precision formou uma equipe técnica para solucionar os problemas:

1. Ferramentas de corte especializadas: Utilizando uma matriz de pó ultrafino de carboneto cementado com 10% de cobalto, juntamente com um ângulo de hélice elevado de 38°, projetada para melhor remoção de cavacos, e uma camada nanocompósita de SiAlYN para melhor resistência ao desgaste em altas temperaturas e capacidade antiaderente.

2. Inovação de Processo: A programação do computador envolve um processo de 'furação progressiva com breve retração' , onde há um recuo de 2 mm para cada movimento de broca de 5 mm, juntamente com o resfriamento de ultra-alta pressão da máquina-ferramenta, que atinge 120 bar.

3. Cooperação com Máquina-Ferramenta: A escolha de um centro de usinagem CNC com um fuso rígido (desvio radial <0,002 mm) e um sistema de refrigeração interna preciso para usinagem em cooperação com a ferramenta.

Resultados: De um buraco negro de custos a uma produção estável.

Após a introdução da nova solução, a vida útil da broca foi aumentada para mais de 12 furos (apresentando um aumento de 300%), o erro de posicionamento do furo foi mantido abaixo de ±0,01 mm , enquanto a rugosidade da superfície foi reduzida para Ra ≤ 1,6 μm.

A taxa de refugo foi reduzida para menos de 2%, o custo de processamento de um único furo foi reduzido para 0,8 dólares americanos, o custo total de processamento de uma única peça diminuiu 45% e o ciclo de entrega do projeto foi encurtado em 30%.

Deseja replicar resultados semelhantes de redução de custos e aumento de eficiência? Entre em contato com a JS Precision , compartilhe seus desafios de usinagem e nós forneceremos soluções de processo personalizadas para ajudá-lo a superar gargalos técnicos e garantir lucros estáveis.

Figura 3: Usinagem CNC de componentes aeronáuticos com furos profundos

Perguntas frequentes

Q1: Ao usinar aço temperado (HRC 60 ou superior), qual característica da broca deve ser a mais importante?

O aspecto mais importante a considerar é a resistência ao impacto. Devido à dureza extremamente alta do aço temperado, a aresta de corte da ferramenta é submetida a grandes forças durante o corte, tornando-a propensa a quebras. Portanto, é aconselhável priorizar brocas de liga dura com designs de aresta de corte robustos (como chanfros) e substratos de alta tenacidade, em vez de simplesmente buscar a dureza.

Q2: O resfriamento interno de alta pressão (>70 bar) é realmente necessário? O líquido refrigerante comum não seria suficiente?

Desempenha um papel crucial na usinagem CNC de furos profundos e materiais de difícil usinagem . A refrigeração convencional por vazamento não penetra na área de corte, portanto, não consegue resfriar e remover adequadamente os cavacos metálicos. A refrigeração interna de alta pressão atinge a ponta de corte, fragmentando os cavacos e removendo o calor rapidamente, prolongando a vida útil da ferramenta em várias vezes.

Q3: Como determinar se uma broca deve ser reafiada ou descartada?

Basicamente, examine duas características. Primeiro, verifique se o valor VB do desgaste uniforme na face de folga é superior a 0,3 mm e se há microlascas na aresta de corte. Reafiar brocas de metal duro é muito caro, portanto, descartá-las diretamente é mais econômico.

Q4: A cor do revestimento (dourado, preto, roxo-azulado) representa o nível de desempenho?

A cor do revestimento está relacionada à composição, mas não representa diretamente o nível de desempenho . Por exemplo, AlTiN: preto-arroxeado, AlCrN: preto-acinzentado, e o dourado pode ser um revestimento de TiN. O desempenho real depende da composição específica, estrutura, espessura e outros indicadores essenciais do revestimento.

Q5: A JS Precision pode recomendar parâmetros de corte para o meu material específico?

Claro. A JS Precision possui um banco de dados completo de materiais para usinagem CNC. De acordo com o tipo de material e as condições da máquina-ferramenta do cliente, podemos fornecer parâmetros de corte otimizados e comprovados que podem ser adotados diretamente.

Q6: É necessário adquirir brocas especiais caras para materiais específicos durante a produção experimental em pequenos lotes?

Sim, é verdade. Ferramentas inadequadas resultam em mais desperdício, tempo perdido e desgaste da máquina-ferramenta. Esses custos são muito maiores do que os de brocas especiais e se tornaram um investimento importante para garantir o sucesso da produção experimental em pequenos lotes.

Q7: Como monitorar a vida útil das ferramentas na produção em massa?

Implemente o CEP (Controle Estatístico de Processo) para rastrear o número de furos perfurados em todas as máquinas-ferramenta CNC. Dessa forma, monitore as variações na força de corte ou no desempenho da potência do fuso para prever as trocas de ferramentas e evitar quebras repentinas da máquina.

Q8: O seu orçamento inclui os custos de ferramentas?

Na cotação de usinagem CNC da JS Precision, as "taxas de serviço de usinagem" e as "taxas de consumo de ferramentas" são normalmente diferenciadas. Para projetos de longo prazo, é possível oferecer um "preço único com tudo incluído", que abrange as ferramentas.

Resumo

O maior problema na usinagem CNC de materiais duros nunca foi a questão de "selecionar uma ferramenta mais dura". Em vez disso, sempre foi o estabelecimento de um sistema científico que combine materiais, ferramentas, máquinas-ferramenta e parâmetros.

Embora a variação na vida útil das ferramentas de usinagem CNC pareça insignificante, ela pode causar uma variação de mais de 30% nos custos totais. Somente escolhendo o método correto podemos realmente reduzir custos e aumentar a eficiência.

A JS Precision, com base em experiência e dados, pode ajudá-lo com dificuldades de usinagem em materiais exóticos, como ligas de titânio, ligas de alta temperatura e outros materiais especiais. Seja na seleção de brocas CNC ou em orçamentos de usinagem CNC, estamos aqui para ajudar.

Se você está enfrentando problemas como falhas prematuras de ferramentas e custos elevados , entre em contato com a JS Precision imediatamente. Envie seus desenhos de peças e detalhes dos materiais para que possamos fornecer um orçamento completo de usinagem CNC, incluindo nossa expertise.