Aspectos da refrigeração – usinando com refrigeração

Em alguns casos pode ser um benefício ambiental e de custo para a máquina sem refrigeração (usinagem sem refrigeração). Porém, muitas aplicações requerem usinagem com refrigeração por conta da tolerância, acabamento superficial e usinabilidade. Se a refrigeração for necessária, ela deve ser otimizada para maximizar o potencial.

Refrigeração de alta pressão

Quase todas as máquinas oferecem uma alta pressão de refrigeração padrão de cerca de 70/80 bars (1015/1160 psi). Algumas máquinas podem até fornecer maiores pressões de refrigeração, até 150 bars (2176 psi), para materiais e operações exigentes.

Os benefícios podem ser enormes tanto para operações de torneamento quanto de furação, porém, é importante observar:

• Os benefícios são obtidos somente com as ferramentas desenvolvidas para aplicações com refrigeração de precisão – ou seja, as brocas com refrigeração e ferramentas de torneamento com jatos direcionados
• A pressão de refrigeração necessária para quebrar os cavacos para ferramentas de torneamento dependem do desenho do olhal, do material usinado, da profundidade de corte e do avanço
• A vazão de refrigeração necessária depende da pressão e da área total dos canais da ferramenta

Selecione as ferramentas e a bomba (pressão e vazão) corretas para cada aplicação. Um sistema de refrigeração de alta pressão corretamente utilizado proporcionará rápido retorno devido ao aumento da utilização da máquina e ao aumento da eficiência de usinagem.

Benefícios na usinagem com refrigeração

Ao combinar alta pressão com ferramentas de corte otimizados e troca rápida você vai ter muitos benefícios.

Controle de cavacos

Elimina dois dos principais "inimigos" da produção quando a luz de alerta acende.

• Paradas de máquina: Cavacos longos que ficam presos ao redor da ferramenta ou da peça
• Serviço: Os cavacos "presos" na esteira transportadora param a operação da máquina por horas ou dias

Escoamento de cavacos na furação

A refrigeração interna ajuda a escoar os cavacos evitando o entupimento no canal.

Posição fixa do olhal

Não há necessidade de configurações para o operador, o que significa maior utilização da máquina.

Velocidade de corte mais alta

Proporciona maior eficiência de usinagem.

Refrigeração de precisão com alta pressão

Alta pressão de refrigeração na máquina, juntamente às modernas ferramentas de torneamento que possuem olhais, podem proporcionar um jato de alta velocidade. Os jatos de refrigeração são direcionados para a zona de corte na face de saída da pastilha e agem como uma cunha hidráulica para levantar os cavacos. Isso diminui o contato entre a pastilha e o material, ajudando a reduzir as forças de corte, diminuindo a temperatura e melhorando o escoamento de cavacos.

Princípios de refrigeração de alta pressão

Pressão (p): Força por área da unidade

• Pascal, N/m
• Bar (1 bar = 0,1 MPa)
• psi, libras/pol.² (1 bar = 14,5 psi)

Faixa inferior (v): Volume deslocado por unidade de tempo, litro/min (galão/min)

Velocidade (w): velocidade que o fluido se move através de um tubo

Reduzir a área de saída aumenta a velocidade do jato e, ao mesmo tempo, reduz a vazão por uma determinada pressão. Utilizar os olhais otimizados de diâmetro pequeno produz um jato laminar preciso.

Velocidade de vazão w₁

Velocidade de vazão w₁

w₂>>w₁

No diagrama abaixo, a vazão de volume necessário é mostrada em relação ao diâmetro do olhal para uma pressão fixa de 80 bars (1160 psi). Ao usar olhais com diâmetros pequenos, os jatos de alta velocidade podem ser produzidos e, ao mesmo tempo, reduz a vazão e a energia necessárias se comparado aos sistemas de refrigeração tradicionais.

Eixo X: Número de olhais

Eixo Y: Vazão, litros/min

Requisitos de bombas

As exigências necessárias para a bomba aplicar a refrigeração de alta pressão de forma correta são pressão e vazão.

Pressão

O requisito de pressão para quebrar o cavaco varia dependendo do material e dos parâmetros de corte. 80 bars (1160 psi) é suficiente para a maioria das aplicações. Pressões mais altas, até 150 bars (2176 psi), são usadas para cavacos difíceis de quebrar em materiais como Inconel e Super Duplex

Vazão

A vazão necessária é determinada pelo número e o diâmetro das saídas de refrigeração.

• Use um filtro de 20 mícrons
• Torneamento: Se usar porta-ferramentas com três olhais de refrigeração de 1 mm (0,039 pol.), a exigência de vazão é de 20 litros/min por posição da ferramenta. Porém, é importante considerar o número de ferramentas sendo usinadas com refrigeração ao mesmo tempo (número de ferramentas × 20 litros/min.). Por causa do tamanho da máquina, um tanque grande é necessário para fornecer o tempo de circulação
• Furação: O diâmetro dos furos de refrigeração na broca aumenta com o diâmetro da broca, o que significa que quanto maior a taxa de vazão necessária, maior o diâmetro da broca. O objetivo é o volume de vazão, não a pressão. É recomendada uma bomba de pressão variável e o uso de pressões inferiores com brocas de maior diâmetro

Conexão para refrigeração

Um dos grandes benefícios de usar os sistemas de refrigeração de alta pressão é a redução do ajuste do tubo de refrigeração. Com os tubos externos, normalmente, são necessárias duas ou três tentativas para conseguir a posição correta da refrigeração. Com frequência, o controle de cavacos ruim bloqueia o tubo e o reajuste é uma ocorrência comum que causa processo inconsistente, e um alerta acende.

Ao utilizar porta-ferramentas com olhais de precisão, o fornecimento de refrigeração da ferramenta para a aresta de corte é fixo, mas a refrigeração ainda precisa ser conectada ao porta-ferramentas. As conexões do tubo podem ser usadas em um suporte convencional, porém, isso aumentará o tempo de set-up cada vez que a ferramenta for trocada. Além disso, cria-se interferência, além de problemas com os cavacos.

A melhor solução é usar a troca rápida, uma solução plug and play. A refrigeração é permanentemente ligada à unidade de fixação do porta-ferramentas. Com essas soluções, a usinagem com refrigeração de alta pressão tem um benefício extra de reduzir o tempo de set-up durante o controle de cavacos e aumentar a eficiência de usinagem.

Conexão de refrigeração em centros de torneamento e tornos

Com as unidades de fixação Coromant Capto®, a refrigeração passa por dentro da torre, permitindo a troca rápida e a pré-medição fora da máquina. As unidades de fixação estão disponíveis para todos os tipos de torno (centros de torneamento, tornos verticais e tornos com barramento plano) e os novos conjuntos de fixação permitem a pressão de 200 bars (2900 psi).

Conexão da refrigeração em máquinas com cabeçote móvel

O fornecimento de refrigeração em uma máquina com cabeçote móvel varia consideravelmente se comparada a um centro de torneamento. Óleo sintético é usado no lugar da emulsão para dar suporte à construção do percurso da guia deslizante e é fornecido a todas as ferramentas de forma simultânea, independentemente de qual ferramenta esteja em corte.

Embora a maioria das máquinas seja fornecida com bombas de alta pressão, sem ferramentas otimizadas a área de fornecimento da refrigeração (diâmetro da saída da refrigeração x número de saídas) provavelmente será muito grande para a capacidade de vazão da bomba e, assim, a pressão máxima não será alcançada.

É importante reduzir a área de fornecimento:

1. Usando ferramentas com refrigeração interna e bloqueando o fornecimento externo a essas ferramentas
2. Otimizando a área de fornecimento de refrigeração para minimizar a vazão necessária

O sistema de fixação QS™ inclui porta-ferramentas que possuem refrigeração bombeada através do limitador que é montado na máquina de forma permanente. Um tubo de refrigeração na parte traseira do porta-ferramentas QS™ assegura que a refrigeração seja canalizada diretamente para fora dos olhais ao mesmo tempo em que a ferramenta é montada.

Os olhais têm 1 mm (0,039 pol.) de diâmetro garantindo um jato preciso para auxiliar o controle de cavacos e, ao mesmo tempo, manter a necessidade de vazão ao mínimo.

Buchas para set-up rápido de barras de mandrilar

Buchas com vedação metálica de alta pressão, como as EasyFix, que fornecem set-up rápido das barras de mandrilar com haste cilíndrica. O pino esférico com mecanismo tipo mola localiza o canal na barra de mandrilar para encontrar a posição central em segundos.