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O próximo passo para a produção automatizada

Previsão do desgaste da ferramenta para segurança dos processos e redução de desperdícios no torneamento de aço.

O próximo passo para a produção automatizada

Um estudo realizado pela Universidade Beihang na China, no International Journal of Production Research, associa directamente a manutenção preditiva à qualidade dos produtos. Mas, de que forma podem os fabricantes combinar esta previsibilidade e excelência nas suas operações de torneamento de aço com menos trabalhadores na oficina ou com a produção automatizada? Rolf Olofsson, gestor de produto da Sandvik Coromant, líder mundial de ferramentas de corte de metais, explica aqui a razão pela qual a escolha das ferramentas certas, juntamente com processos seguros, são essenciais para a qualidade dos componentes.

Enquanto a investigação da Universidade Beihang destaca "a forte relação entre estratégia de manutenção, planeamento de produção e qualidade", a Sandvik Coromant observa uma tendência crescente para a incorporação de sistemas de monitorização dos processos em máquinas CNC modernas, por parte dos fabricantes de máquinas-ferramentas.

O recente relatório Digital Factories 2020 da Pricewaterhouse Coopers (PwC) recomenda que "as empresas tomem decisões mais inteligentes recorrendo a análises preventivas e à aprendizagem automática", enquanto 98% dos fabricantes inquiridos nesse relatório afirmam esperar um aumento da sua eficiência graças à utilização da manutenção preventiva. Entretanto, prevê-se um aumento do mercado de monitorização da produção de global, de 4,0 mil milhões de $ em 2018 para 6,4 mil milhões de $ em 2023, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 9,8%, de acordo com a Markets and Markets.

Em linhas com estas tendências, a previsibilidade tornou-se também cada vez mais importante no torneamento moderno de componentes de aço. Isto coincide com os crescentes limites à supervisão humana ditados pelos novos requisitos de distanciamento social nas fábricas. É evidente que a produção automatizada é o caminho a seguir — mas não é possível alcançá-lo sem a capacidade de detectar o desgaste da ferramenta e evitar ruturas repentinas.

Sem intervenção humana

As substituições frequentes das pastilhas, as interruções da produção e a incapacidade de encontrar a pastilha certa para cada aplicação ou material são as principais responsáveis pelo desperdício de tempo na produção moderna.

Diversos factores podem impedir os fabricantes de componentes de aço de alcançarem o número pretendido de peças de trabalho por turno, mas também as propriedades de resistência ao desgaste da ferramenta. Isto aplica-se particularmente na área de aplicação ISO P15 e P25. ISO P15 e P25 referem-se às exigências impostas por diferentes condições de trabalho aos parâmetros de maquinagem. Estes incluem dados de corte, acabamento de superfície, profundidade de corte, superfícies maquinadas ou irregulares e cortes contínuos ou interrompidos.

É nesta área de aplicação que as pastilhas de metal duro com excelente resistência ao desgaste são vitais para apoiar a produção automatizada, ou mesmo com as luzes apagadas.

Mas, o que se entende por resistência ao desgaste? Existem diferentes tipos. Por exemplo, a resistência à fractura é fundamental, tal como é uma aresta de corte capaz de resistir à deformação plástica provocada por temperaturas extremas. Da mesma forma, o revestimento da pastilha tem de ser capaz de evitar o desgaste de flanco, o desgaste de cratera e a formação de aresta POSTIÇA. É também crucial a aderência do revestimento ao substrato. Se o revestimento não aderir, o substrato fica exposto, o que pode conduzir a uma rápida falha.

Para evitar estes fenómenos de desgaste, a chave é limitar o desgaste contínuo e controlável, e eliminar o desgaste descontínuo e incontrolável. Isto não é fácil, considerando a tendência actual para uma maquinagem com supervisão humana limitada ou sem supervisão humana — mas diversas tecnologias podem mostrar-se vantajosas. A manutenção preventiva é, muitas vezes, vista como software e sensores inteligentes, que podem surgir como os "olhos e ouvidos virtuais" de uma máquina, apoiando com recomendações ideais para contrariar uma deterioração de desempenho da ferramenta.

Assim, conseguimos obter um melhor desgaste através de sensores. Mas, e através de melhores ferramentas?


O próximo passo para a produção automatizada

Evitar rupturas

Ao escolher um pastilha com melhor desempenho, a classe ideal é aquela que limita o desenvolvimento de desgaste e que, em algumas operações, evita em absoluto o seu desenvolvimento. O desgaste previsível é especialmente útil para a produção automatizada e com as luzes apagadas.

Para obter um desgaste mínimo, é essencial seleccionar a pastilha de metal duro certa, capaz de providenciar um desempenho consistente e previsível. É por isso que a Sandvik Coromant lançou um par de novas classes de metal duro para torneamento em P ISO na sua gama, GC4415 e GC4425, ambas concebidas para oferecer uma melhor resistência ao desgaste, resistência térmica e tenacidade.

Ambas as classes são ideais, em particular, para a utilização com aço de baixa liga e não ligado. Podem maquinar um maior número de peças de trabalho e contribuir para uma vida útil mais longa — quer na configuração de produção em massa, quer em série.

As classes GC4415 e GC4425 — que, como sugere o nome, se referem a P15 e P25 — incluem, cada uma delas, a tecnologia Inveio® de segunda geração. A tecnologia Inveio caracteriza-se por uma orientação unidireccional dos cristais na camada de revestimento de alumínio, com propriedades únicas que podem ser observadas examinando o material a nível microscópico.

Todos os cristais no revestimento de alumínio estão alinhados na mesma direcção, criando uma forte barreira face à zona de corte. A orientação dos cristais foi melhorada substancialmente no revestimento Inveio de segunda geração. Isto proporciona à pastilha uma resistência ao desgaste ainda maior e uma vida útil da ferramenta prolongada — e pode ajudar com um desgaste previsível.

Objectivos alinhados

A GC4415 e a GC4425 já proporcionaram benefícios impressionantes aos clientes da Sandvik Coromant. Com efeito, quando comparada com uma pastilha concorrente, a GC4425 alcançou um aumento da vida útil para 270 peças, face a 150 peças.

Outro teste comparativo foi realizado por um cliente de engenharia geral nos EUA, através da medição do desempenho da GC4415 relativamente a uma pastilha de metal duro concorrente. Ambas as pastilhas foram utilizadas para processos de acabamento e torneamento na produção em série de uma peça de trabalho em aço 330HB, tendo a ferramenta sido substituída quando exibiu um mau acabamento de superfície. Em cada um dos casos, foi utilizada a refrigeração por emulsão.

Os resultados finais foram claros. Com a pastilha GC4415, o cliente conseguiu quase duplicar os seus parâmetros de dados de corte. Estes incluem uma velocidade de corte (vc) de 280 m/min (918 pés/min) com a GC4415 face a 200 m/min (656 pés/min) com a ferramenta concorrente; e uma taxa de avanço (fn) de 0,15 mm/rot. (0,006 pol./rot.) face a 0,1 mm/rot. (0,004 pol./rot.).

O cliente conseguiu aumentar significativamente a vida útil das suas ferramentas e a sua produtividade. Em termos gerais, a pastilha GC4415 da Sandvik Coromant com tecnologia Inveio produziu o dobro do número de peças, 80, antes de mostrar sinais de desgaste, face a apenas 40 peças com a outra ferramenta. Isto corresponde a um aumento de produtividade de 100% e ao dobro da vida útil da pastilha.

Optimização digital

Para além da otimização das ferramentas com as pastilhas das classes GC4415 e GC4425, a Sandvik Coromant também melhorou a sua oferta de digitalização. Para o efeito, os seus especialistas trabalharam em estreita colaboração com fabricantes de máquinas-ferramentas, fornecedores de serviços em nuvem e empresas de rede, para desenvolver CoroPlus®, uma plataforma digital de ferramentas conectadas e software.

O software reflete a mudança dos tempos. Anteriormente, os operadores tinham de confiar na experiência e no instinto para melhorar os processos e detectar desgaste nas ferramentas. Hoje, com a utilização de ferramentas equipadas com sensores, os gestores de produção podem ajustar, controlar, monitorizar o desempenho das suas máquinas automaticamente e em tempo real.

A plataforma CoroPlus já deu provas da sua utilidade na monitorização e no controlo de ferramentas equipadas com sensores. A plataforma ajuda a optimizar processos eliminando os já referidos principais responsáveis pelo desperdício de tempo na produção moderna, minimizando o número de paragens da produção necessárias para substituir ferramentas gastas, incluindo pastilhas de torneamento em metal duro, e reduzindo os desperdícios.

Além disso, em conjunto com as pastilhas das classes GC4415 e GC4425, ou com outras ferramentas otimizadas da Sandvik Coromant, o CoroPlus é fundamental para apoiar a manutenção preventiva. É através de uma combinação dos sistemas de software certos que os fabricantes conseguem detetar préviamente o desgaste da ferramenta e evitar ruturas repentinas.

Isto permite alargar as vantagens da produção automatizada: maior segurança dos processos, tempo de inactividade reduzido e investimentos protegidos. Ao fazê-lo, conforme refere a Universidade Beihang, associa directamente a manutenção preventiva. à qualidade consistente dos produtos.

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