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Ferramentas de corte para maquinagem de árvores de cames: Guia de seleção de ferramentas
Encontrar as ferramentas de corte corretas para a maquinagem da árvore de cames é a diferença entre um motor de alto desempenho e um monte de sucata. É necessário equilibrar a velocidade com a precisão, uma vez que as árvores de cames passam de fases de torneamento suave para fases de retificação dura. Este guia mostra-lhe como selecionar ferramentas que reduzem o seu custo por peça.
Visão geral das fases de maquinagem da árvore de cames e das ferramentas
A produção de árvores de cames é um processo em várias etapas. Começa-se com uma fundição ou forjamento em bruto e termina-se com uma superfície endurecida com acabamento espelhado.
Torneamento em desbaste e maquinagem de ferramentas
Primeiro, é necessário remover grandes quantidades de material dos moentes. O moente é a parte do eixo que fica nos rolamentos do bloco do motor. Normalmente, utiliza-se pastilhas de metal duro aqui. O objetivo é obter elevadas taxas de remoção de metal sem partir a ferramenta. Como o material é frequentemente irregular nesta fase, as suas ferramentas devem lidar com cortes interrompidos.
Fresagem em desbaste e semi-acabamento de lóbulos de came
De seguida, concentramo-nos nos lóbulos. Estas são as peças em forma de ovo que abrem as válvulas. A fresagem destas peças é difícil porque o percurso da ferramenta não é um simples círculo. São necessárias fresas que possam lidar com os ângulos variáveis do lóbulo. A maioria das lojas utiliza fresas intercambiáveis para manter o processo rápido e os custos baixos.
Maquinação de acabamento pós-endurecimento e retificação
Após o desbaste, a árvore de cames passa normalmente por um tratamento térmico para melhorar a dureza da superfície e a resistência ao desgaste. Após o tratamento térmico, as superfícies endurecidas da árvore de cames requerem frequentemente soluções de retificação ou de torneamento duro. Para operações de torneamento duro ou acabamento duro, as pastilhas CBN são frequentemente preferidas devido à sua resistência ao calor e ao desgaste. Nesta fase, o objetivo é atingir a tolerância, o acabamento da superfície e a precisão do perfil necessários para um desempenho estável do motor.
Pastilhas de metal duro e fresas
O metal duro é a principal ferramenta da indústria das árvores de cames. É suficientemente forte para as fases iniciais e suficientemente barato para a produção de grandes volumes.
Para que são utilizadas as pastilhas de metal duro
Utiliza-se o metal duro para o torneamento de casquilhos e para a fresagem em bruto dos lóbulos. Estas ferramentas são boas para remover a pele exterior de uma peça fundida. Pretende-se uma ferramenta que se mantenha afiada apesar da natureza abrasiva do ferro fundido ou do aço forjado.
Classes e revestimentos de insertos
O material da sua árvore de cames muda tudo.
Para ferro fundido
Deve escolher Carboneto de classe K. Estes são muito duros e resistem ao desgaste provocado pelos flocos do ferro.
Para aço forjado
Precisas de carboneto de classe P. Estes têm melhor resistência para lidar com as aparas fibrosas que o aço produz.
Revestimentos
Procure revestimentos AlTiN. Este revestimento actua como um escudo térmico. Permite-lhe fazer funcionar a máquina mais rapidamente sem queimar a ferramenta.
Fresas de metal duro intercambiáveis e fresas de topo sólidas
Existem duas opções principais para fresar os lóbulos. Fresas intercambiáveis utilizar pequenas pastilhas que podem ser viradas quando ficam cegas. Esta é a escolha mais comum para as grandes fábricas porque permite poupar dinheiro. No entanto, para árvores de cames muito pequenas ou complexas, utilize fresas de topo de metal duro. Estes oferecem uma melhor precisão, mas a sua substituição é mais dispendiosa.
Preparação de arestas, quebra-cavacos e forma de inserção
A preparação do gume é a forma como o gume de corte é arredondado. Um gume afiado é bom para materiais macios, mas parte-se facilmente. Um gume arredondado é mais forte para desbastar. Também é necessário um bom quebra-cavacos. Se as limalhas não se partirem, enrolar-se-ão à volta da árvore de cames e riscarão o acabamento. Para a forma, a forma CNMG é muito popular porque é forte e tem quatro arestas de corte.
Pastilhas CBN para acabamento duro
Após o endurecimento, as pastilhas de metal duro convencionais não são normalmente a primeira escolha para a maquinagem de acabamento, especialmente quando a dureza da superfície é superior a 45-50 HRC. Nestas condições, as pastilhas de CBN são frequentemente utilizadas para torneamento ou acabamento duro porque oferecem melhor resistência ao desgaste e estabilidade térmica em superfícies endurecidas.
Porque é que as lóbulos de came endurecidos requerem CBN
As superfícies endurecidas são frequentemente de 50 a 65 HRC (Dureza Rockwell). Nesta gama de dureza, as pastilhas de metal duro convencionais podem desgastar-se rapidamente, lascar facilmente ou não conseguir manter um acabamento superficial estável e uma precisão dimensional. O CBN é o segundo material mais duro depois do diamante. Mantém-se estável a temperaturas muito elevadas encontradas na maquinagem de acabamento.
Pastilhas CBN sólidas vs. pastilhas CBN com ponta
Verá dois tipos de ferramentas CBN.
Pastilhas de CBN sólido (Maciço)
Toda a pastilha é feita de CBN. Estas são muito caras, mas podem ser utilizadas em ambos os lados e lidam muito bem com o calor.
Apenas o canto de uma pastilha de metal duro tem uma pequena peça de CBN soldada. Estas são muito mais baratas e funcionam bem para cortes de acabamento ligeiros. Aqui, só precisa de uma aresta de corte.
Seleção do grau CBN
A seleção do grau depende do aglutinante utilizado para manter os cristais de CBN unidos.
Alto teor de CBN
Ideal para cortes interrompidos, especialmente quando se nota que a ferramenta está a bater repetidamente na superfície.
Baixo teor de CBN
Ideal para o acabamento contínuo dos diários para obter uma superfície lisa e brilhante.
Torneamento duro vs. fresagem dura com CBN
O CBN pode ser utilizado de duas formas. O torneamento duro é como o torneamento normal, mas numa peça endurecida. É frequentemente mais rápido do que trituração. Nalgumas aplicações, a fresagem ou maquinagem em duro pode reduzir parte da carga de trabalho da retificação, mas a retificação continua a ser muito utilizada quando é necessária uma precisão de perfil e um acabamento superficial muito apertados.
Como selecionar a ferramenta de corte correta
Deve escolher as suas ferramentas com base na realidade do seu chão de fábrica e não apenas num catálogo.
Material e dureza da peça de trabalho
Em primeiro lugar, verifique o seu material. É ferro fundido refrigerado? Ou é uma liga de aço nitretado? O ferro fundido refrigerado é muito abrasivo, pelo que é necessária uma ferramenta com elevada resistência ao desgaste. Se a peça já estiver endurecida, deve utilizar CBN.
Fase de maquinagem
Não utilize uma ferramenta de acabamento para um trabalho de desbaste. As ferramentas de desbaste precisam de uma macro-geometria que seja forte. As ferramentas de acabamento necessitam de microprecisão para atingir tolerâncias apertadas.
Volume de produção e custo por aresta
Se estiver a fabricar 100.000 árvores de cames por ano, o preço de uma pastilha é menos importante do que a sua duração. Quer-se uma ferramenta que possa funcionar durante um turno inteiro sem precisar de ser substituída. Isto reduz o tempo de inatividade.
Rigidez da máquina e líquido de refrigeração
As ferramentas CBN detestam vibrações. Se a sua máquina for antiga, o CBN vai lascar. Também precisa de decidir sobre o líquido de refrigeração. Algumas ferramentas CBN funcionam melhor a seco porque o calor ajuda efetivamente o processo de corte. No entanto, para o desbaste de carboneto, o líquido de refrigeração de alta pressão é geralmente melhor para lavar as aparas.
Matriz de seleção de ferramentas de referência rápida
| Fase de maquinagem da árvore de cames | Condição do material | Ferramenta de corte recomendada | Principal objetivo/benefício |
|---|---|---|---|
| Torneamento de diário em bruto | Fundição em bruto / forjamento / aço macio | Pastilhas de metal duro | Elevada taxa de remoção de metal, boa resistência das arestas, adequada para desbaste de superfícies instáveis |
| Semi-acabamento do jornal | Material macio ou pré-endurecido | Pastilhas de metal duro revestidas | Melhor controlo dimensional e melhor consistência da superfície antes do tratamento térmico |
| Fresagem em desbaste de lóbulos de came | Matéria-prima macia | Fresa de metal duro intercambiável | Remoção rápida e económica de material para perfilagem de lóbulos |
| Fresagem de semi-acabamento de lóbulos de came | Material macio ou pré-endurecido | Fresa de metal duro / fresa de topo de metal duro | Controlo mais estável do perfil e melhor preparação para o tratamento térmico ou acabamento |
| Reviravolta difícil dos diários | Superfície endurecida | Pastilhas de CBN com ponta | Boa escolha para acabamentos ligeiros, acabamento estável da superfície e melhor custo por aresta |
| Acabamento duro de lóbulos de cames | Superfície endurecida | Pastilhas de CBN com ponta / classe de CBN selecionada | Adequado para o acabamento de superfícies endurecidas onde a resistência ao desgaste e a qualidade da superfície são necessárias |
| Maquinação dura com interrupções pesadas | Material endurecido com corte interrompido | Pastilhas sólidas de CBN / classe CBN de alta resistência | Mais adequado para cortes mais pesados, interrupções mais fortes ou maquinagem dura em desbaste/semi-acabamento |
| Precisão do perfil final / Acabamento ultra-fino | Eixo de cames endurecido | Retificação / superacabamento / acabamento duro CBN em função da tolerância | Utilizado quando é necessário um controlo muito rigoroso da precisão do perfil, do acabamento da superfície ou da geometria final |
| Caraterísticas da árvore de cames não standard | Geometria especial / acesso limitado à ferramenta | Ferramentas de corte personalizadas | Concebida para formas especiais de lóbulos, espaços estreitos, operações combinadas ou tempo de ciclo melhorado |
Ferramentas de corte personalizadas
Por vezes, as ferramentas padrão de um catálogo não se adequam ao design específico do seu motor.
Quando as ferramentas padrão não são suficientes
Se tiver um espaço muito estreito entre os lóbulos, uma fresa normal atingirá o lóbulo seguinte. Ou, talvez tenha uma forma de lóbulo côncava que uma ferramenta plana não consegue alcançar.
Cenários comuns de ferramentas personalizadas
Precisa de uma ferramenta de passo. Esta é uma ferramenta que pode fazer uma volta e um chanfro ao mesmo tempo. Poupa-lhe a necessidade de mudar de ferramenta na máquina. Outro cenário é uma ferramenta especial barra de perfuração para o orifício de óleo que passa pelo centro da árvore de cames.
O que especificar para ferramentas personalizadas
Quando se pede uma ferramenta personalizada, é necessário fornecer três elementos:
- Um desenho 2D ou 3D da peça.
- O material exato e a sua dureza.
- O tipo de máquina e a ligação do fuso.
Problemas comuns de ferramentas e soluções
Mesmo com as melhores ferramentas, há coisas que correm mal. Eis como corrigir os problemas mais comuns.
Desgaste prematuro de ferramentas em superfícies endurecidas
Se o seu CBN está a desgastar-se muito rapidamente, a razão é a velocidade de corte. Se a velocidade for demasiado baixa, o CBN não consegue criar a deformação plástica necessária para cortar suavemente. Tente aumentar a velocidade em 10%. Se isso falhar, verifique se o material é mais duro do que esperava.
Acabamento superficial deficiente nos anéis de rolamento
Uma superfície rasgada significa frequentemente que a ferramenta não está suficientemente afiada ou que a velocidade de avanço é demasiado elevada. Para os diários, é necessário um avanço muito pequeno por rotação. Além disso, certifique-se de que a sua ferramenta tem uma geometria alisadora. Um raspador é um ponto plano na extremidade da pastilha que alisa a superfície à medida que corta.
Tolerâncias inconsistentes de elevação do excêntrico
Se a altura dos seus lóbulos estiver a mudar de peça para peça, a sua ferramenta estará a mover-se no suporte. Verifique a sua força de aperto. O calor também pode causar a expansão do suporte da ferramenta. Usando uma ferramenta de alta precisão suporte hidráulico pode resolver o problema.
Vibração e vibração na fresagem de lóbulos
A vibração deixa riscas de zebra no metal. Isto acontece normalmente porque a ferramenta é demasiado longa ou porque a configuração não é rígida. Experimente uma fresa com passo diferencial. Isto significa que os dentes estão espaçados de forma desigual, o que interrompe a vibração.
Resumo
A escolha da ferramenta correta requer a correspondência entre a fase de maquinação e a classe de material correta. Utilize metal duro para o desbaste inicial e guarde o CBN para o acabamento endurecido. Concentrando-se na rigidez da máquina e em projetos personalizados quando necessário, é possível produzir bons eixos de comando de válvulas com o menor custo possível por peça.
FAQs
Que tipo de pastilha é melhor para o acabamento dos lóbulos endurecidos da árvore de cames?
Para o acabamento dos lóbulos endurecidos da árvore de cames, pastilhas de CBN com ponta são normalmente a escolha preferida. Proporcionam uma boa resistência ao desgaste, estabilidade térmica e acabamento superficial, mantendo o custo por aresta mais razoável. Pastilhas de CBN sólido são mais adequados para cortes mais pesados, maquinação interrompida ou desbaste/semi-desbaste de superfícies endurecidas onde é necessária uma maior resistência da aresta.
As pastilhas de metal duro standard podem maquinar árvores de cames após tratamento térmico?
Geralmente, não. O carboneto normal desgasta-se quase instantaneamente em materiais mais duros do que 45-50 HRC. É necessário CBN para essas fases.
Qual é a diferença entre as pastilhas de CBN sólidas e as pastilhas de CBN com ponta?
O CBN sólido é uma peça única de material, enquanto o CBN com ponta tem uma pequena aresta de corte de CBN ligada a uma base de metal duro. As pastilhas de CBN sólidas fornecem mais material de CBN e podem ser adequadas para cortes mais pesados ou maquinação interrompida mais forte. As pastilhas de CBN com ponta são mais económicas para operações de acabamento ligeiro e acabamento contínuo.
Como é que escolho entre o torneamento duro e a retificação para o acabamento do moente da came?
O torneamento duro com CBN é frequentemente mais rápido e utiliza menos energia. No entanto, a retificação é ainda melhor se necessitar de tolerâncias extremamente apertadas ou de uma textura de superfície específica em forma de cruz.
Oferecem ferramentas de corte personalizadas para geometrias especiais de árvores de cames?
Sim, as ferramentas personalizadas são comuns para formas de lóbulo únicas ou quando é necessário combinar várias etapas de maquinagem numa única ferramenta.
