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Tecnologias avançadas de acabamento de moldes e ferramentas

Introdução

As exigências sempre crescentes da produção mecânica de alta qualidade conduzem, necessariamente, ao desenvolvimento de tecnologias específicas, em que os aspectos mais relevantes são: as tolerâncias dimensionais e de forma; o estado de superfície; a redução dos tempos de execução; a eliminação de operações posteriores de acabamento, caso do trabalho manual, ou de processos tecnológicos mais lentos como a electroerosão e a rectificação.

Apesar da indústria de moldes e ferramentas especiais ter sido pioneira na introdução de novos processos tecnológicos, persistem limitações nos processos actualmente utilizados, e grandes dificuldades na implementação de processos avançados de fabrico, recentemente desenvolvidos.

Importava identificar as tecnologias avançadas de fabrico, que possibilitariam a demonstração dos efeitos qualitativo e quantitativo, da introdução dessas tecnologias na produtividade e qualidade. Importava também identificar as tecnologias alternativas de fabrico possibilitadas pelos novos equipamentos e pelos novos desenvolvimentos, ao nível dos materiais para ferramentas, como por exemplo, o torneamento com matérias ultra duras (cerâmicas, CBN e PCD), a fresagem a alta velocidade e a electroerosão com aditivos entre outros.

Objectivos

Os objectivos industriais deste projecto eram os seguintes:

  • Desenvolver e aplicar as tecnologias avançadas de acabamento anteriormente referidas;
  • Proceder à reengenharia do processo de fabrico com a utilização das novas tecnologias ou tecnologias alternativas de produção;
  • Proceder à eliminação ou redução de fases posteriores de acabamento;
  • Implementar nas empresas cadeias alternativas de produção em moldes para materiais plásticos, moldes para vidro (embalagem e vidro prensado), ferramentas para processos de enformação mecânica e ferramentas especiais em carboneto de tungsténio e cobalto, em função dos resultados obtidos nas diversas fases do projecto.

Tecnologias Envolvidas

As tecnologias envolvidas e objecto de desenvolvimento, optimização, divulgação e demonstração no âmbito do projecto TAVAC, foram:

  • Maquinação a alta velocidade, nomeadamente, a fresagem e o torneamento de materiais endurecidos (HSM – High Speed Machining)
  • Maquinação e polimento por ultra sons (USM – Ultrasonic machining)
  • Maquinação por escoamento abrasivo (AFM – Abrasive Flow Machining)
  • Rectificação na massa (CFG – Creep feed Grinding)
  • Electroerosão “avançada”
  • Sistemas de informação para o planeamento integrado do processo, programação CNC e gestão de ferramentas.

Resultados

Podemos dizer que os objectivos propostos na candidatura foram atingidos, e que para além do acabamento de superfícies moldantes endurecidas por tratamento térmico, fez-se algum trabalho de investigação experimental de semi-acabamento,  e desbaste de materiais endurecidos e torneamento de materiais temperados ou cementados com ferramentas ultra duras (cerâmicas e CBN), com o objectivo de substituir os processos tecnológicos tradicionalmente utilizados, caso da rectificação. Para além das vantagens ecológicas (tecnologia mais limpa), concluiu-se que o torneamento era, nalguns casos, uma alternativa económica e técnica à rectificação.

A HSM tem duas grandes virtudes, a mais óbvia consiste na rápida remoção de grande volume de material e a área maquinada por unidade de tempo, o que constitui um factor chave de produtividade. Porém, a capacidade para maquinar paredes de pequena espessura - difíceis utilizando os métodos tradicionais - constitui um verdadeiro avanço.

O segredo consiste basicamente na maquinação, utilizando parâmetros que excedem aqueles que normalmente induzem a vibrações e resultam em danificações. Utilizando elevadas velocidades de corte na superfície, as forças de corte descem significativamente, ou seja as forças laterais são reduzidas a um tal ponto, que irão ter uma influência negligenciável na deflecção das paredes laterais do material (caso dos alumínios e dos grafites utilizados como eléctrodos).

A nível do acabamento, os proveitos traduzem-se da qualidade da superfície, que permite a redução do trabalho de bancada, ao mesmo tempo que se obtém uma melhor precisão dimensional.

O projecto parcelar PP3 teve como objectivos, o estudo da aplicação das tecnologias, desenvolvidas no sub-projecto PP1, a casos reais da indústria produtora de moldes para vidro e plástico, por forma a avaliar a aplicabilidade das diferentes tecnologias aos diferentes produtos, e determinar qual a conjugação dos diferentes processos que determinam melhores resultados técnico-económicos, ajudando, assim, a definir as cadeias alternativas de produção.

Identificaram-se os produtos característicos, as cadeias de produção típicas e os constrangimentos relacionados com o processo de acabamento.

Para a fundamentação do processo foram estudados aspectos tecnológicos gerais de maquinação. Também foram definidas as estratégias específicas de corte para a fresagem de cavidades, com o objectivo de optimização do acabamento superficial e rigor dimensional.

Seleccionaram-se diversos casos de estudo e estabeleceram-se as novas gamas de fabrico. Aplicaram-se os processos de acabamento emergentes, de acordo com o proposto na candidatura, tendo-se concluído o seguinte:

A fresagem a alta velocidade com três ou cinco eixos, e o torneamento com materiais ultra duros, são os processos com maior importância estratégica no contexto da indústria dos moldes para vidro e materiais plásticos, possibilitando um aumento significativo de produtividade, o que originou investimentos realizados pelas empresas A H Abrantes e Intermolde.

Um outro aspecto, não menos importante, é a reengenharia do processo que foi possível operar. Estas novas tecnologias permitiram uma alteração profunda nas gamas de fabrico, isto é, redução do número de fases de fabrico com execução das diferentes operações no mesmo “setup”. Nestas circunstâncias, a qualidade sai melhorada e os tempos improdutivos resultantes da preparação da máquina ou tempos de espera são reduzidos.

As empresas além de serem receptoras das tecnologias desenvolvidas pelas instituições de I&D, procedendo à industrialização dessas tecnologias e servindo de demonstradora da sua aplicação na indústria de moldes, executaram também produções piloto tendente a optimizar os parâmetros processuais, procedendo à reengenharia dos seus processos produtivos.

Na electroerosão constatou-se que a utilização de aditivos no fluído dieléctrico, faz diminuir a rugosidade para o mesmo tempo de erosão.

Na maquinação de ligas de Cu-Be verificou-se que a taxa de remoção de material é cerca de dez vezes inferior ao verificado nos aços, e a rugosidade é, sensivelmente, metade.

No entanto, a espessura da camada branca, tal como a profundidade da camada termicamente afectada, é menor, derivado da maior condutibilidade do material.

Foram estudados métodos conducentes à melhoria do processo de lavagem em electroerosão.

Paralelamente, preparou-se uma candidatura à iniciativa EUREKA, em consórcio com a FATRONIK (SP), Tekniker (SP), Goratu (SP), Máquinas Herramientas (SP) e Fídia (I), para o projecto EU2022 – HISIM –Desenvolvimento de um célula de fresagem inteligente de alta velocidade, para o qual muito contribuíram os desenvolvimentos nesta tarefa do projecto TAVAC – metodologias e modelos de fresagem de alta velocidade.

Os esforços do Centimfe concentraram-se no desenvolvimento da tecnologia de fresagem de ferros fundidos, e aços endurecidos por tratamento térmico (até 63HRc). A Agiltec centrou a sua actuação no desenvolvimento de sistemas de monitorização, diagnóstico de operações de fresagem e sua integração na célula de fresagem.

Esta célula foi construída pelas empresas espanholas do consórcio, e já se encontra em funcionamento.

Parceiros

A empresa Aníbal H. Abrantes foi o promotor líder deste projecto, e o consórcio era integrado pelas seguintes empresas:

  • Intermolde
  • F. Ramada
  • Durit
  • A. Rigorosa


as infraestrututas tecnológicas:

  • INETI
  • CENTIMFE
  • ITEC (posteriormente substituído pela Agiltec).