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Mais eficácia, menos desperdício

Obtenha um torneamento de aço mais sustentável e produtivo com as novas pastilhas de metal duro

30/01/2023

Um inquérito recente realizado pela OpenText concluiu que 92% dos fabricantes consideram a responsabilidade social das empresas (RSE) importante para a sua reputação geral nos mercados. Embora o torneamento de aço seja, por natureza, um processo produtor de resíduos, é possível para os fabricantes melhorar a sua sustentabilidade sem comprometer a segurança dos processos, mesmo diante dos desafios sem precedentes colocados pela Covid-19. Neste artigo, Rolf Olofsson, gestor de produto da Sandvik Coromant, especialista mundial em ferramentas de corte de metais, explica uma abordagem diferente ao torneamento de aço.

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De acordo com os 17 Objetivos Globais para o Desenvolvimento Sustentável (ODS) estabelecidos pelas Nações Unidas (UN), espera-se que os fabricantes minimizem o seu impacto ambiental, ao mesmo tempo que aprofundam e não se limitam a otimizar o uso de energia. Embora a RSE seja importante para as empresas, a Sandvik Coromant estima que os fabricantes desperdicem entre 10% a 30% de material nos seus processos de maquinagem, com uma eficiência de maquinagem típica inferior a 50%, o que inclui as fases de conceção, planeamento e corte.

Então, o que podem fazer os fabricantes? Os objetivos das Nações Unidas recomendam dois caminhos que têm em conta fatores como uma população crescente, recursos finitos e a economia linear. O primeiro passa por abordar estes desafios com tecnologia. Os conceitos Industry 4.0, como, p. ex., sistemas ciberfísicos, grandes volumes de dados ou a Internet das coisas (IoT), são frequentemente referidos como sendo o caminho a seguir pelos fabricantes que procuram reduzir os desperdícios.

No entanto, tal não tem em consideração o facto de a maioria dos fabricantes ainda não ter aplicado máquinas modernas com capacidades digitais às suas operações de torneamento de aço.

A maior parte dos fabricantes está consciente da importância da escolha da classe da pastilha para tornar o torneamento de aço mais eficiente e produtivo, bem como da forma como isso afeta o desempenho geral e a vida útil das ferramentas. No entanto, muitos estão a falhar ao não considerarem todo o conceito de ferramentas, desde pastilhas avançadas, porta-ferramentas e soluções digitais fáceis de adotar. Cada um destes fatores pode ajudar a tornar o torneamento de aço mais sustentável, reduzindo o consumo de energia e minimizando os desperdícios.

Velocidades de corte reduzidas

Os fabricantes enfrentam diversos desafios nas suas operações de torneamento de aço. Estes incluem a obtenção de mais peças por aresta a partir de uma única pastilha, o aumento das taxas de remoção de metal, a redução dos tempos de ciclo, a otimização dos níveis de inventário e, evidentemente, a minimização dos desperdícios de material.

Mas, e se houvesse uma forma de superar todos estes desafios, mas com uma orientação geral para uma maior sustentabilidade? Uma maneira de reduzir o consumo de energia é reduzir as velocidades de corte. Os fabricantes podem manter a produtividade, aumentando proporcionalmente a taxa de avanço e a profundidade de corte. Para além da poupança de energia, isto resulta igualmente numa vida útil prolongada da ferramenta. Nos processos de torneamento de aço, a Sandvik Coromant descobriu que um aumento médio de 25% na vida útil das ferramentas, em combinação com um desempenho fiável e previsível, pode minimizar os desperdícios de material quer da peça de trabalho, quer da pastilha.

A escolha certa da classe da pastilha permite, de certa forma, alcançar estes objetivos. É por isso que a Sandvik Coromant optou por acrescentar um par de novas classes de metal duro para torneamento em P, designadas por GC4415 e GC4425, à sua gama. A GC4425 fornece melhor resistência ao desgaste, resistência térmica e robustez, enquanto a classe GC4415 está concebida para complementar a GC4425 nos casos em que é necessário otimizar o desempenho e aumentar a resistência térmica.

Importante é realçar que ambas as classes podem ser utilizadas com materiais duros, como Inconel e classes ISO-P de aço inoxidável não ligado, que são especialmente complexas e difíceis de maquinar. A classe certa pode ajudar a maquinar um maior número de peças nos processos de produção em massa e/ou em série.

A classe GC4425 providencia uma segurança dos processos extremamente elevada graças à sua capacidade de retenção de uma linha de aresta intacta. Uma vez que a pastilha consegue produzir mais peças por aresta, reduz-se o consumo de metal duro para maquinar o mesmo número de componentes. Além disso, pastilhas com um desempenho consistente e previsível evitam danos na peça de trabalho, o que minimiza o desperdício de material da peça. Ambas as vantagens reduzem a quantidade de refugo produzido.

Adicionalmente, com as classes GC4425 e GC4415, o revestimento e o substrato da pastilha foram desenvolvidos para resistirem melhor a temperaturas altas. Isto reduz o efeito causador de desgaste excessivo e, consequentemente, o material é altamente capaz de manter a linha de aresta da pastilha a temperaturas mais altas.

No entanto, os fabricantes devem também considerar a utilização de líquido de refrigeração com a pastilha. Em caso de utilização de uma ferramenta dotada de refrigeração superior e inferior, desativar a refrigeração superior pode ser benéfico em determinadas operações. As funções principais do fluido de corte são a remoção de aparas, a refrigeração e a lubrificação entre a ferramenta e o material da peça de trabalho.

Se aplicado corretamente, irá maximizar o rendimento, aumentar a segurança dos processos e melhorar o desempenho da ferramenta e a qualidade dos componentes. A utilização de porta-ferramentas com refrigeração interna também pode aumentar a vida útil da pastilha.

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Desbastar as camadas

A GC4425 e a GC4415 contêm, cada uma delas, a camada Inveio de segunda geração, um revestimento de óxido de alumínio (Al2O3) texturizado por deposição química em fase vapor (CVD) para maquinagem. A análise microscópica da Inveio revela que a superfície do material se caracteriza por uma orientação unidirecional dos cristais. Além disso, a orientação dos cristais foi melhorada substancialmente no revestimento Inveio de segunda geração. Ainda mais do que antes, todos os cristais no revestimento de óxido de alumínio estão alinhados na mesma direção, criando uma forte barreira face à zona de corte.

A Inveio assegura à pastilha uma elevada resistência ao desgaste e uma vida útil prolongada da ferramenta. As ferramentas mais duradouras são, evidentemente, benéficas para a redução do custo por peça. Adicionalmente, o substrato de metal duro do material contém uma elevada proporção de material de metal duro reciclado, tornando-a uma das classes mais ecológicas.

Para testar estas afirmações, a classe GC4425 foi submetida por clientes da Sandvik Coromant à realização de testes prévios à colocação no mercado. Entre eles estava uma empresa de engenharia geral que aplicou uma pastilha concorrente e a pastilha GC4425 na produção de rolos de pressão. Uma classe ISO-P foi sujeita a uma maquinagem e semi-acabamento axiais externos contínuos, a uma velocidade de corte (vc) de 200 m/min, taxa de avanço de 0,4 mm/rev (fn) e profundidade (ap) de 4 mm.

Tipicamente, os fabricantes avaliam a vida útil da ferramenta pelo número de peças de trabalho maquinadas. Enquanto a classe concorrente maquinou 12 peças antes de ficar gasta devido à deformação de plástico, a pastilha da Sandvik Coromant produziu 18 peças e, ao fazê-lo, trabalhou 50% mais tempo com um desgaste estável e previsível.

O exemplo mostra os ganhos que podem ser obtidos, se forem utilizados os elementos de maquinagem certos, e de que forma as recomendações acerca de ferramentas de primeira escolha e dados de corte, por parte de um parceiro de confiança, como a Sandvik Coromant, podem ajudar a alcançar a segurança dos processos e também a reduzir o tempo gasto na procura das ferramentas certas. As ferramentas online também demonstraram a sua popularidade em ajudar os fabricantes a avaliar as melhores pastilhas de torneamento e classes para os seus requisitos, como é o caso do CoroPlus Tool Guide.

Para ajudar com a própria monitorização dos processos, a Sandvik Coromant desenvolveu também o software CoroPlus Process Control, capaz de monitorizar a maquinagem em tempo real e de atuar de acordo com os protocolos programados, caso ocorram problemas específicos — por exemplo, parando a máquina ou substituindo uma ferramenta de corte gasta.

Um círculo perfeito

Isto traz-nos para a segunda recomendação das Nações Unidas com vista a ferramentas mais sustentáveis: passar para uma economia circular, em que os produtos residuais são vistos como matéria-prima e recolocados num ciclo de recursos neutro. É cada vez mais evidente que uma economia circular pode revelar-se ecológica e, simultaneamente, rentável para os fabricantes.

Isto inclui a reciclagem de ferramentas de metal duro — no fim de contas, todos ganhamos quando as ferramentas gastas não acabam em lixeiras e depósitos de sucata. A GC4415 e GC4425 contêm ambas uma quantidade significativa de metal duro reciclado. A produção de ferramentas novas a partir de metal duro reciclado requer 70% menos energia que a produção a partir de matérias-primas virgens, o que significa igualmente uma redução de 40% na emissão de dióxido de carbono.

E, portanto, aí está o programa de reciclagem de metal duro da Sandvik Coromant, à disposição de todos os nossos clientes a nível mundial. A empresa recompra ferramentas rotativas e pastilhas gastas aos seus clientes, independentemente da origem. Isto é absolutamente necessário, se considerarmos o quão escassas e finitas serão as matérias-primas a longo prazo. As reservas estimadas de tungsténio, por exemplo, rondam as 7 milhões de toneladas, o que nos assegura cerca de 100 anos de consumo. A iniciativa de reciclagem trouxe a Sandvik Coromant para uma circularidade de 80% através do programa de recompra de metal duro.

Apesar das atuais incertezas do mercado, os fabricantes não podem esquecer-se das suas obrigações, incluindo a RSE. Felizmente, com a nova abordagem às ferramentas e a aplicação das pastilhas de metal duro certas, os fabricantes têm a possibilidade de melhorar a sua sustentabilidade sem comprometer a segurança dos processos — e de o fazerem mais eficazmente face aos desafios criados aos mercados pela Covid-19.

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