Avanços na Usinagem Ultrassônica para Processamento de Ligas Duras

No domínio da manufatura de precisão, certos materiais apresentam desafios formidáveis aos engenheiros. O carboneto de tungstênio, também conhecido como carboneto cimentado, destaca-se como um desses "caroços difíceis de roer". Esta liga composta de tungstênio e carbonetos tornou-se indispensável para ferramentas de corte e componentes resistentes ao desgaste devido à sua excepcional dureza, resistência ao desgaste e estabilidade térmica. No entanto, essas mesmas propriedades criam dificuldades significativas de usinagem, onde os métodos convencionais se mostram inadequados, enquanto as técnicas especializadas lutam com ineficiência e desgaste rápido da ferramenta.

As propriedades excepcionais do carboneto de tungstênio - 2-3 vezes mais duro que o aço, com uma classificação de dureza Mohs de 8,5-9 - o tornam superior à maioria dos materiais metálicos. Sua estabilidade química permanece inalterada mesmo sob altas temperaturas e condições adversas, tornando-o ideal para ferramentas de corte e componentes de alto desgaste em aplicações de metalurgia, mineração, conformação de metais e lâminas de serra.

No entanto, essa dureza extrema cria desafios de usinagem sem precedentes. Os métodos tradicionais de torneamento, fresamento e furação se mostram ineficazes. Embora ferramentas de diamante policristalino (PCD), nitreto de boro cúbico (CBN) ou cerâmica possam ser empregadas, elas sofrem desgaste acelerado e rápida perda de nitidez.

Os principais métodos atuais de usinagem envolvem retificação com rebolo diamantado ou usinagem por descarga elétrica (EDM). Embora funcionais, essas abordagens apresentam múltiplas dificuldades para obter resultados de qualidade.

Os obstáculos de usinagem se manifestam em três áreas críticas:

• Qualidade e Longevidade da Ferramenta: A dureza extrema do material vem com fragilidade, levando a lascas, rachaduras e degradação rápida da ferramenta. Os métodos convencionais lutam para manter a qualidade, enquanto as ferramentas especializadas se desgastam excessivamente.
• Limitações de Eficiência: A combinação de alta densidade, dureza e fragilidade requer controle preciso da vibração e das forças de corte. O controle inadequado resulta em microfissuras e fragmentação, tornando o processo demorado e frustrante para os fabricantes.

Os recentes avanços na tecnologia de usinagem ultrassônica oferecem soluções promissoras para esses desafios persistentes. Essa técnica inovadora sobrepõe vibrações de alta frequência (mais de 20.000 microvibrações por segundo) aos processos de usinagem convencionais, criando vibrações longitudinais da ferramenta durante a rotação.

Os benefícios desse mecanismo de microvibração incluem:

• Forças de Corte Reduzidas: Menos atrito entre a ferramenta e a peça de trabalho permite taxas de avanço mais altas, melhorando a qualidade da superfície e prolongando a vida útil da ferramenta.
• Melhor Evacuação de Cavacos: As vibrações de alta frequência promovem a fratura dos cavacos e evitam o emaranhamento, melhorando a qualidade e a eficiência.

Caso 1: Retificação com Acabamento Espelhado
Um fabricante alcançou qualidade de superfície de grau óptico (Ra < 0,002μm) em uma peça de trabalho de carboneto de tungstênio de 20x20mm usando um porta-ferramentas ultrassônico HSKE40 com CTS, ATC e automação CNC integrados. O processo de ferramenta única completou tudo, desde o desbaste até o acabamento espelhado final, provando ser particularmente valioso para moldes de precisão, punções e componentes de válvulas de alta pressão.

Caso 2: Usinagem de Rosca
Outra operação usinou roscas M10x1.5P e realizou retificação em forma de H em uma peça de trabalho de 50x70x10mm usando um porta-ferramentas ultrassônico HSKA63. O tempo de conclusão de 5 horas representou uma redução de 60% em comparação com os métodos EDM tradicionais, ao mesmo tempo em que alcançou um acabamento superficial superior (Ra 0,8μm).

Compatibilidade da Ferramenta: Os sistemas ultrassônicos digitalizam automaticamente as ferramentas em busca de frequências ressonantes (normalmente 20-32kHz) e podem se adaptar aos requisitos específicos da ferramenta, com a maioria das ferramentas padrão comprovando ser compatível após extensa validação.

Otimização de Parâmetros: A tecnologia inclui suporte abrangente para determinar as taxas de avanço e amplitudes ideais, garantindo que os usuários obtenham o máximo benefício do sistema.

Para os fabricantes que enfrentam desafios de usinagem de carboneto de tungstênio, a tecnologia ultrassônica representa um avanço significativo, oferecendo maior eficiência, qualidade e longevidade da ferramenta em comparação com os métodos convencionais.