TECNOLOGIA DE USINAGEM EM ALTA VELOCIDADE

Brasil domina tecnologia de usinagem em altas velocidades
Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/02/2010


A usinagem em alta velocidade foi concebida no início do século 20, mas somente no fim da década de 1980 foi alcançada a tecnologia necessária para que ela fosse colocada em prática. [Imagem: Datron]
Apenas seis países no mundo todo dominavam até hoje uma tecnologia industrial chamada usinagem com altas velocidades, ou HSM (High Speed Machining).
Agora são sete.
O Brasil acaba de entrar nesse seleto grupo, graças ao trabalho da equipe do professor Reginaldo Teixeira Coelho, da Escola de Engenharia de São Carlos, ligada à USP.
Precisão dimensional
A capacitação brasileira nesta área do conhecimento é considerada estratégica para a indústria nacional, uma vez que a usinagem em altas velocidades está impondo novos padrões de produtividade e qualidade ao setor industrial.
"A HSM não só economiza tempo de produção como proporciona maior precisão dimensional e melhor acabamento para as peças usinadas", disse Coelho.
O processo HSM consiste em submeter o material a cortes, desbastes ou acabamentos em velocidades de cinco a dez vezes maiores do que as utilizadas em usinagens convencionais.
A técnica foi concebida no início do século 20, mas somente no fim da década de 1980 foi alcançada a tecnologia necessária para que ela fosse colocada em prática.
Máquinas, ferramentas e software
Os desafios para a execução da usinagem com altas velocidades envolvem o desenvolvimento de três áreas distintas: máquinas, ferramentas e software.
"Os atuais programas para usinagem, chamados CNC, são extremamente longos e não é mais possível escrevê-los manualmente como se fazia no passado", explicou Coelho, ressaltando que somente cinco empresas no mundo comercializam softwares adequados para HSM.
"A tecnologia também depende de ferramentas especiais, fabricadas e revestidas de materiais mais duros como aqueles baseados em nitreto de titânio-alumínio (TiAl)N ou nitreto de cromo-alumínio (CrAl)N. Já as máquinas precisam ser especialmente projetadas para o desempenho em alta velocidade. Partes móveis como os 'carros' [contendo sobre si a mesa móvel na qual a peça é presa, no caso de uma fresa)] devem ser extremamente leves ou a inércia impedirá a usinagem em HSM", disse.
Usinagem sem fluido de corte
O projeto coordenado pelo professor Reginaldo iniciou-se em fevereiro 2006 e está se encerrando agora, depois de alcançar avanços importantes em diversas operações de usinagem, como torneamento, fresamento e rosqueamento.
Especificamente no rosqueamento, a equipe obteve resultados superiores aos de países como os Estados Unidos. "Nossos resultados se igualam àqueles obtidos por laboratórios tradicionais na Alemanha, precursores dessa tecnologia", comemora Coelho.
Outra vantagem da usinagem com alta velocidade é a dispensa de um fluido de corte. Nas fabricações convencionais é necessário utilizar óleo ou uma emulsão de óleo com água para proteger a peça fabricada e a ferramenta que a corta do calor gerado pelo atrito e evitar a formação de "cavacos" (lascas de metal).
Com a alta velocidade, no entanto, o tempo de contato da ferramenta com a peça é tão pequeno que as partes pouco se aquecem, proporcionando um processo adiabático (no qual não há troca de calor). Quando muito, é utilizado apenas ar comprimido. Também nesta área o grupo brasileiro inovou, usando ar gelado em alguns processos.
Moldes para plásticos
Por confeccionar peças em muito menos tempo, a HSM representa um considerável ganho de produtividade, além de proporcionar precisão dimensional e rugosidade baixíssima, menor que um micrômetro (0,001 mm), o que significa uma superfície extremamente lisa e adequada para moldes de injeção de plástico.
"O ganho com a tecnologia de alta velocidade pode ser ainda mais impactante no caso de ela ser utilizada na fabricação de peças, moldes e ferramentas de conformação para os setores aeronáutico e de termeletricidade", disse Coelho.
Com a HSM, um molde da indústria de injeção de plásticos, por exemplo, pode ser fabricado na metade do tempo gasto pelo processo convencional. Se o material das peças for de corte fácil, como compósitos à base de resina ou ligas de alumínio, esse tempo cai para um décimo do período de usinagem comum.
"No Brasil, uma empresa espera em média seis meses entre a encomenda do molde e o início de sua utilização. Isso, dentre outros fatores, leva indústrias de grande porte a encomendar moldes no exterior", disse Coelho.
Tecnologia estratégica
Por esse motivo, o pesquisador estima que a HSM será cada vez mais estratégica para o Brasil. Agora sua equipe pretende aprimorar a pesquisa desenvolvendo a chamada usinagem de alto desempenho.
Esse novo conceito envolve aqueles de HSM integrados ao desenvolvimento mecânico e eletrônico das máquinas-ferramentas otimizados por ensaios virtuais, antes mesmo da fabricação, a fim de corrigir erros de projeto sem a necessidade de construir vários protótipos.
"Esse novo campo também inclui a microusinagem, com a confecção de peças ou de seus detalhes, que sejam menores que 1 milímetro. Componentes de celulares, instrumentos médicos e odontológicos e microrreatores, por exemplo, dependem de processos de fabricação nessa escala", disse.
E, quem sabe, aproximar-se no futuro do torno mais preciso do mundo.







O torno mais preciso do mundo
Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/12/2001


Além do mensurável
Imagine um torno tão preciso que os instrumentos de medida não consigam checar a exatidão de seu trabalho. Um equipamento no qual o operador não possa se aproximar porque o calor do seu corpo poderá afetar a perfeição do trabalho final.
Pois este torno já existe e está em funcionamento no Lawrence Livermore National Laboratory, nos EUA. Chama-se LODTM (pronuncia-se "load'em"), sigla de "Large Optics Diamond Turning Machine". As peças usinadas saem do torno brilhantes como um espelho. É por isso que seu principal trabalho é justamente a construção de espelhos em formatos curvos, utilizados em telescópios e artefatos militares.
Ferramenta de diamante
O torno mais preciso do mundo trabalha com uma ferramenta de diamante de meio quilate. Ele é capaz de tornear peças com até 1,65 metro de diâmetro por 0,5 metro de altura e pesando 1.360 quilos.
A peça trabalhada gira a 50 rpm (rotações por minuto). O trabalho final é especificado com tolerâncias de 28 nanômetros, mais de mil vezes mais preciso que um torno industrial convencional. Esta precisão é tamanha que até hoje não foi possível à NIST ("National Institute of Standards and Technology") corroborá-la, por imprecisão dos equipamentos de medição.
O LODTM nasceu dentro do projeto Guerra nas Estrelas, do governo norte-americano. As experiências com a utilização de raios laser para a defesa contra mísseis inimigos exigiram a criação de sistemas ópticos perfeitos e em formatos pouco usuais, principalmente curvos e cônicos. O LODTM nasceu para criar espelhos em materiais como alumínio, cobre, silício, níquel e ouro.
Operação complexa
O torno trabalha em um ambiente cuidadosamente controlado, a uma temperatura de 20º C. O diamante de corte também é mantido constantemente nessa temperatura, resfriado por óleo.
Após a configuração operacional da máquina, a sala é mantida fechada e o torno só começa a trabalhar 12 horas depois, tempo suficiente para que o calor do corpo do operador se dissipe totalmente. Cerca de 80% do tempo operacional do torno é gasto totalmente com sua própria configuração para operação.
Medidores
O coração do LODTM é um conjunto de medidores isolados do ambiente do torno. O conjunto é construído de invar, uma liga de aço-níquel-cobalto que possui um dos mais baixos coeficientes de expansão independentemente do movimento do torno, fornecendo uma referência precisa.
As medições da peça usinada são feitas sempre em relação a esse conjunto de medidores e não em relação à ferramenta de corte. Sete interferômetros monitoram continuamente a posição da ferramenta em relação à peça. Estas medições a partir de uma plataforma independente e estável são utilizadas em tempo real para guiar a ferramenta, eliminando erros que possam ser gerados pela geometria do torno ou mesmo por um caminhão que passe pela rua.
Espelho de telescópio
O LODTM foi utilizado para a construção dos três espelhos secundários para o telescópio Keck, o mais poderoso telescópio de luz infravermelha atualmente em operação. Produziu também os espelhos primários para o projeto SPARCLE da Nasa. Para a Força Aérea norte-americana, está atualmente produzindo espelhos cônicos de silício para utilização em sistemas laser. O LODTM certamente estará presente no projeto da NASA para o sucessor do telescópio Hubble.