Usinagem de carboneto cementado com revestimento de diamantefresas de topo esféricas micro

Com as ferramentas e máquinas-ferramenta adequadas, fresar materiais duros como o aço ferramenta D-2 com dureza HRC60 não é difícil. No entanto, fresar materiais ainda mais duros, como ligas duras, não é tão simples. Esses materiais geralmente só podem ser obtidos por retificação ou eletroerosão.

Com o lançamento da série UDCB de microfresas de topo esféricas da Union Tool Inc., muita coisa mudou. "A Makino acredita que o desenvolvimento desta ferramenta é importante, talvez tão importante quanto a introdução da usinagem de materiais duros em meados da década de 1990", afirma John Bradford, chefe de pesquisa e desenvolvimento de microfabricação da Makino. No passado, a taxa de sucesso na usinagem de peças de liga dura com fresas para liga dura era de apenas 10% a 20%.

Na IMTS 2012, o Distrito de Muye demonstrou o uso de UDCB com diâmetro de 1 mm para fresamento de desbaste e fresamento fino de punções de metal duro com microfresas de topo esféricas com dureza mínima de HRA93 em seu centro de microusinagem IQ300 (figuras 1 e 2). Após 38 minutos de usinagem, o desgaste da ferramenta foi de apenas 1,8 µm. Se a peça for usinada por eletroerosão, o processo leva pelo menos quatro horas (incluindo a programação do eletrodo, a usinagem do eletrodo e a usinagem por eletroerosão da peça). "É preciso processar pelo menos três eletrodos de cobre-tungstênio. Na maioria dos casos, são necessários quatro eletrodos para manter uma precisão de 5 µm ou melhor", disse Bradford.

Figura 1udcb fresas de topo esféricas micro revestidas de diamante

Figura 2. Punções de carboneto

Para fresar múltiplas peças com profundidade de 2.200 mm, foram utilizadas fresas de topo esféricas de microfibra com dupla aresta de corte Udcb, com velocidade de rotação de 30.000 rpm e velocidade de avanço de 300 mm/min. A taxa de remoção de cavacos por lâmina foi de 10 µm. As fresas de topo esféricas de microfibra foram fixadas em um mandril de ferramentas com carregamento a quente MST Uno, e o erro máximo de variação de diâmetro certificado pela fábrica foi de 600 nm.

O diâmetro das fresas de topo esféricas de micro face dupla Udcb, desenvolvidas pela empresa de ferramentas conjuntas, varia de 0,2 a 6 mm. De acordo com Jonathan Hay, vice-presidente sênior de vendas e marketing da empresa, os revestimentos de diamante depositados por CVD com filamento quente, com espessura superior a 10 µm, oferecem boa durabilidade sob condições de processamento precisamente controladas e minimizam o efeito do raio de curvatura. Comparado ao CVD por plasma, o CVD com filamento quente permite depositar revestimentos mais uniformes em superfícies de formato complexo.

A dureza do revestimento de diamante nas fresas de topo esféricas de UDCB é de aproximadamente 100 GPa (9.000 HV), valor muito próximo ao do diamante monocristalino. Além disso, por meio de um controle preciso da interface, a adesão entre o revestimento de diamante e o substrato é muito forte.

Como a força de corte na fresagem de ligas duras é cerca de duas vezes maior que a da fresagem de aço ferramenta D-2 (HRC60), para minimizar a vibração, é necessário utilizar máquinas-ferramenta de alta rigidez ao usar fresas de topo esféricas micro UDCB e realizar o corte gradual na peça com uma ferramenta de avanço helicoidal. Durante a demonstração de usinagem na feira IMTS, a Makino utilizou uma fresa de topo esférica micro UDCB.O ângulo espiral de ° reduziu a taxa de avanço em 90% quando a fresa atingiu a peça de trabalho.

"Descobrimos que a alimentação por parafuso sem-fim é mais confiável porque a força de corte é mais uniforme", afirma Hay, observando que a alimentação pode ser mantida constante durante todo o processo de corte. As fresas de topo esféricas micro UDCB utilizam uma ranhura espiral padrão para aumentar a rigidez da ferramenta. Forças de corte uniformes ajudam a evitar danos a peças altamente frágeis, substratos de ferramentas e revestimentos.

Durante uma demonstração de usinagem, Muino utiliza ar comprimido para remover cavacos e resfriar a interface ferramenta/peça. Hay afirma que o método é superior ao resfriamento por aspersão com fluido de corte à base de água e ao resfriamento por névoa de óleo. "Se o resfriamento for feito por névoa de óleo, pode formar-se um pequeno aglomerado de óleo contendo cavacos de metal duro. O sopro contínuo de ar é mais confiável e ecológico."

Como mencionado anteriormente, embora matrizes de ligas duras e outras peças de dureza similar possam ser usinadas por retificação, os tipos de detalhes (especialmente os microdetalhes) que podem ser usinados são limitados pela capacidade da rebolo diamantada de alcançar ou penetrar nesses detalhes. Embora outras ferramentas ultraduras, como as de PCBN e PCD, estejam disponíveis, essas ferramentas podem custar até quatro vezes mais do que as fresas de topo esféricas de UDCB (US$ 534,50 a US$ 674,50, dependendo do diâmetro), e essas ferramentas de corte praticamente não sofrem desgaste gradual durante o processo. "O PCBN é muito difícil de transformar em ferramenta", afirma Hay. "Os materiais de PCD não possuem anisotropia (materiais anisotrópicos têm propriedades diferentes medidas em diferentes direções), portanto, tendem a se degradar."

Bradford disse que ficou um tanto surpreso com a reação dos visitantes durante a demonstração: "Eles não conseguem acreditar no que estão vendo. Os fabricantes de ferramentas de metal duro terão novas ferramentas. É um avanço tecnológico histórico."