Engenharia: Sandvik Coromant desenvolve a maior barra de mandrilar do mundo

A Sandvik Coromant, especialista em máquinas-ferramentas, desenvolveu a maior barra de mandrilar do mundo. A estrutura mede quase 11.000 mm de comprimento e 600 mm de diâmetro e foi desenvolvida especificamente para atender aos requisitos de usinagem da unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä, uma empresa finlandesa de engenharia. 

A gigantesca ferramenta de torno será usada para produzir peças metálicas precisas para uma série de setores, incluindo petróleo e gás offshore, transmissão de energia e energia renovável.

Quando procurou inicialmente a Sandvik Coromant, a unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä tinha um conjunto incomum de especificações. Era necessário uma ferramenta capaz de usinar um tipo específico de peça com dimensões críticas. Embora o tipo de peça não tenha sido especificado - devido a acordos de confidencialidade -, ela era especialmente grande, medindo 800 mm de diâmetro por 12.000 mm (12 m) de comprimento, e seria usinada nos dois lados.

A ferramenta necessária era uma barra de mandrilar, usada em operações de usinagem para aumentar e refinar o diâmetro de um furo existente em uma peça. Os furos feitos por uma barra de mandrilar são mais precisos, exatos e uniformes do que os feitos por furação, que podem produzir furos mais ásperos. 

Entretanto, o diâmetro e o comprimento de uma barra de mandrilar são determinados pelas dimensões da própria peça. Recomenda-se selecionar o maior diâmetro de barra possível para uma aplicação para obter a melhor estabilidade possível. Simplificando, a aplicação exigia uma barra de mandrilar de dimensões sem precedentes. O tamanho grande seria essencial para permitir operações de torneamento interno profundas e precisas, uma tarefa que está além da capacidade das barras de tamanho padrão.

Redução de vibrações

A unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä abordou seu parceiro ŠMT - anteriormente Skoda Machine Tool -, sediado na República Tcheca, um dos principais fabricantes mundiais de máquinas de mandrilar e fresar horizontal de alta precisão e tornos horizontais. Ficou claro que a ŠMT precisaria recorrer aos serviços de um especialista em máquinas-ferramentas que pudesse fornecer uma barra de mandrilar com as dimensões extraordinárias necessárias para acomodar as demandas de um projeto tão exclusivo. Para esse fim, a ŠMT recorreu à Sandvik Coromant CZ, também sediada na República Tcheca, para perguntar se poderia colaborar no desenvolvimento da barra de grande porte.

“A Sandvik Coromant é conhecida como produtora de barras de mandrilar, especialmente barras com qualidades antivibratórias,” explica Vaclav Faber, Engenheiro de Projeto na Sandvik Coromant CZ. “A redução das vibrações de uma barra de mandrilar é crucial porque garante a precisão e a qualidade do acabamento superficial nas operações de usinagem.”

Vibrações excessivas podem levar a imprecisões, desgaste da ferramenta e comprometimento da integridade da peça, o que era uma preocupação devido à enorme escala da operação de usinagem da unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä. Em vez disso, ao minimizar as vibrações, a barra de mandrilar mantém condições de corte estáveis e controladas, o que resulta em maior produtividade, maior vida útil da ferramenta e acabamentos superficiais superiores.

A ŠMT tinha outras exigências rigorosas para a barra: seu cliente, a unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä, precisava de uma ferramenta que se integrasse perfeitamente ao maquinário existente e, ao mesmo tempo, ampliasse os limites das operações de torneamento. Também era essencial que a nova barra fosse compatível para uso no grande torno da ŠMT.

Desafios

A barra é feita de aço e contém uma peça chamada "amortecedor" feita de metal pesado. Um amortecedor é um dispositivo usado para reduzir ou absorver vibrações, raramente encontrado em máquinas ou estruturas, e fixado em anéis de borracha especiais. 

Outra característica crucial da barra é o porta-ferramentas Coromant Capto afixado na frente da barra, que segura as pastilhas de corte necessárias para usinar a peça de trabalho. A Coromant Capto foi desenhada para reduzir os tempos de set-up e de troca de ferramentas para aumentar significativamente o uso da máquina e dar suporte à usinagem estável e confiável.

Testes extensivos

Os especialistas da Sandvik Teeness realizaram medições de frequência cruciais no local para avaliar a eficácia do adaptador de amortecimento integrado à barra. A barra foi colocada em operação em um grande torno CNC e testada várias vezes em três aplicações - desbaste, acabamento e perfilamento -, cada vez com diferentes parâmetros de corte.

A ferramenta foi operada com um balanço máximo permitida de 10 vezes o diâmetro (10 x D), recomendado para minimizar as vibrações e obter a melhor estabilidade e precisão possíveis. Barras de mandrilar Silent ToolsTM, da Sandvik Coromant, assim chamadas porque operam com vibrações mínimas, geralmente são usadas em longos balanços de ferramenta, sendo crucial uma fixação rígida. As barras de mandrilar cilíndricas devem ser sempre fixadas em um suporte de luva dividida com um comprimento mínimo de fixação de 4 x diâmetro da barra.

Os parâmetros de corte foram baseados em recomendações iniciais geradas pelo software CoroPlus Tool Guide e foram alterados durante os testes. Para a aplicação de desbaste, a barra foi operada todas as vezes com uma velocidade de corte (vc) de 100 m/min e avanço por rotação (fn) de 0,4 mm/rot. A carga em uma barra de mandrilar depende principalmente da profundidade de corte (ap), do avanço e do material da peça. É essencial garantir um ap e fn suficientes para evitar a vibração durante o corte. Um ap e fn muito altos podem causar vibração através da deflexão da ferramenta.

Por esses motivos, o ap foi ajustado para fins de teste. A barra de mandrilar apresentou sinais de vibração a uma profundidade de corte ap de 5,6 mm e desempenho limitado a 4,5 mm, mas, no final, foi constatado que uma profundidade de corte de 3,5 mm era a recomendada.

Nas aplicações de acabamento e também de perfilamento, a barra foi operada a uma vc de 110 m/min e ap de 0,5 mm em cada passe. O fn foi ajustado e 0,25 foi considerado a configuração ideal e recomendada, proporcionando uma média de rugosidade (Ra) de 3,4.

“Com base nos resultados dos testes, os especialistas da Sandvik Coromant puderam recomendar parâmetros de corte e pastilhas para a ŠMT”, explica Faber. Jaroslav Šuga, gerente de contas globais da Sandvik Eslováquia, acrescenta: "Houve reuniões regulares com a equipe de produção da Sandvik Teeness sobre o prazo de entrega da barra e todos os detalhes relativos à manipulação, transporte e logística. O sucesso foi possível porque trabalhamos em conjunto com os designers, tecnólogos, a equipe de produção da ŠMT na Noruega e todas as pessoas envolvidas no processo de vendas.

Mais investimentos

A Sandvik Coromant desenvolveu uma barra de mandrilar que não apenas se destaca pelo seu tamanho, mas também se tornou um recurso inestimável para a unidade do Häkkinen Group em Jyväskylä. Atualmente, ela está sendo usada na fábrica para usinar com precisão peças para diversos setores. Olhando para o futuro e impressionada com a maior barra de mandrilar do mundo, a ŠMT planeja investir em outras barras de mandrilar da Sandvik Coromant, embora ligeiramente menores, para a usinagem de peças um pouco mais compactas.