Porta-Ferramentas p/
Modernas Filosofias de Corte
Version 050503
Como os porta-ferramentas podem ajudar a
realizar usinagens modernas lucrativas
Switzerland, April 2005
Dipl. Eng. Hans-Peter Werner
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
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Modernos metodos de corte
Como fazer o corte mais lucrativo
Requisitos dos modernos métodos de corte
Desafios técnicos e influência dos porta-ferramentas
Porta-ferramentas do mercado
Sistemas disponíveis e suas indicações para o corte moderno
Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta
Como outros fizeram, como você pode fazê-lo
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
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Modernos métodos de corte
Como fazer o corte mais lucrativo
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Objetivos da usinagem moderna: Tornar-se mais lucrativa
Objetivos
Custo
Obter o maior retorno
sobre investimento
Material
/peça
Fabricação
/hora
c/ qualidade neces.
ao menor custo
Custo do corte
Maior produtividade
para redução custo
de fabricação p/ peça
Capital
Mao de obra
Consumíveis
Economia c/ ferr.
de corte
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Corte Tradicional
Escolha Porta-ferram.
Operação
1. Desbaste
2. Acabam.
Veloc. corte
Padrão
Padrão
Veloc.Avanço
Prof. corte
Padrão
Alta
Padrão
Baixa
Suficiente força corte
para desbaste
Suficiente precisão
p/ qualidade e acabam.
necessário
Os menores invest.
Os menores preços
Mínimos estoques –
Maior flexibilidade
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Corte a Altíssimas Velocidades (HSC)
Operacao
HSC
Efeitos
Veloc. corte
Alta veloc. eixoárvore, > 9,000 rpm
mas peq. diâmetro
Alta produtividade
(Taxa Remoção Material - MRR)
Veloc.Avanço
Alta devido veloc. de
corte, baixo avanço p/
rotação no acabam.
Prof. corte
Baixa
Alta produtividade
Usinagem Altíssimos Avanços
(HFM): Reduzida exp. térmica
Baixo avanço/rot. – Usin. c/ forca
axial reduz. (LTM), baixa deform.
Força axial reduzida
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Corte com Altíssima Performance (HPC)
Operação
Veloc. corte
Veloc.Avanço
Prof. corte
HPC
Efeitos
Acima da média
Alta produtividade
(Taxa Remoção Material MRR)
Acima da média
Necessidade. Maqs. c/ alta
forca axial, potência &
rigidez e ferram. especiais
Alta (profund. radial,
axial ou ambas)
especialm. desbaste
 HPC pode ser utilizado p/desbaste,
combinado c/ acabamento HSC
 Ferram. p/ HPC tbem. são boas
p/ materiais críticos
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Pesquisa: Métodos para aumento da produtividade
Máquinas modernas necessárias para
 Corte a altíssimas velocidades
 Corte com Altíssima Performance
Máquinas convencionais necessárias para
 Realizar altas veloc. de corte/avanço ou prof. de corte
 Economia etapas produção, desbastando c/ qual.de acabado
 Economia tempo parada maq. através redução qtd. ferramentas
 Redução tempo parada maq. através aumento vida útil das ferram.
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Restrições na produtividade de corte
Vibrações c/ aumento velocidid. 
 Perda Qualidade
 Redução de vida do Fuso, danos
 Redução de vida útil de ferramenta
 Condição de máquina instável
Aumento forcas c/ aum.avan/rot., prof.corte 
 Erros Dimensionais
 Escape ou Escorregamento da ferramenta
O porta-ferram. ajuda a
 Vibrações
solucionar tais problemas 
 Redução de vida ferramenta
Aumento ou garantia de produtiv.
(ou nec. ferr. > custo)
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Economia em custos ferramentas (ferram. corte - consumíveis)
Estudo de Caso
5 centros usinagem, 2 turnos, 250 dias trabalhados
20 ferram/centro usin., c/ subst. 12 ferr./ turno, c/subst. 3 consumíveis
Custo por ferram. USD 20,00 – incluindo 3 reafiações
Vida ferramenta
100%
120%
150%
200%
Economia ferramenta
-
17%
33%
50%
Consumo ferr/ano, pcs.
7,500
6,230
5,030
3,750
Economia ferr/ano, pcs.
-
1,270
2,470
3,750
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Vida ferramenta
100%
120%
Custo ferr/ano, USD
150,000 125,000 101,000 75,000
Econ. Custo/ano, USD -
150%
25,000
200%
49,000
75,000
USD 160'000
140'000
120'000
100'000
80'000
60'000
40'000
20'000
0
USD 20 no
preço ferr. incl.
reafiações.
Dobro preco
significa.dobro
economia
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9
10
11
12
meses
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Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Economia no custo de ferramentas(ferram. corte - consumíveis)
O que aumenta na vida útil e tem sido obtido
Conforme nossa experiência, a vida da ferramenta tem
sido aumentado apenas p/ escolha do porta-ferramenta
Aumento de vida ferram. corte,
comparado c/ porta-ferram. convencional
No desbaste
frequ. + 30-50%
No acabamento
freq + 50-100%
As vezes aumento de ate + 400%
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
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Requisitos para os modernos métodos de corte
Desafios técnicos e a influência dos porta-ferramentas
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Erro concentr. (paral., angular)
Fuso
Ferramenta
Efeitos
 Variação dimensional
 Qualidade superficial prejud.
 Desgaste desigual na ferram. corte
 redução vida útil
* Universidade Stuttgart, Alemanha, 1993
Erro concentricidade
Vida ferram.* (c/ baixa força torsão), %
200
150
Interface
PortaFerramentas
100
50
0
2.5
7.5
12.5
17.5
25
Erro conc., microns
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Minimização do erro de concentr. do sistema de ferramentas
Cone Limpo ?
Fuso?
Pino fix.?
Erro conc. do cone
fuso?
HSK: -3 μ
BT: -5 μ
Porta-ferr+ferr. limpos?
Erro conc. do
porta-ferram.?
O sistema
completo influi!
Erro conc. do Porta-ferram.?
 3...25 μ (posic. ferr. em 3 x diâmetro)
 Prolongador porta-ferram.
proporciona maior erro concentr.
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Forca de corte radial e rigidez do sistema de ferramentas
Força de torsão
Aumenta c/ dist.
da aresta corte
Força de
corte radial
Fuso
Porta ferr.
Cone fuso Ferram.
O sistema completo influi!
Considerações
 Rigidez mantem dimensões contra
forças radiais.
 Requisitos de rigidez aumentam c/
distância aresta corte
 A área mais deficiente influi.
Aparência rigida não e suficiente.
 Reduzir comprim. área deficiente,
princip. parte frontal do porta-ferr.
 Relação entre rigidez e dia. ext.
porta-ferramenta, importante qdo.
espaço de acesso for restrito
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Visão dinâmica do sistema de ferramentas: Rotação
Erro conc. sistema
Aumenta c/ quadrado da
velocid. fuso  importante
a média+alta velocidade
Sistema
desbalanc.
Desbalanc. partes sist.
Forcas
excentr.
Vibrações
Redução
qualidade, vida
ferram. produtividade,
Redução vida
fuso
Porta Ferram.
Ferramenta
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Balanceamento
Benefícios
Considerações
 Balanceamento reduz
 Mesmo se porta-ferram. balanceado, o erro
vibrações geradas no sistema
concentric. do sistema podem estar fora centro
(desbalanc.)
 Balanceamento tem um efeito
positivo na vida do fuso máquina
Q2.5 a 25,000 rpm = Espec. massa de 1 micron
fora centro. Mas apenas fuso HSK = 3 microns!
 Balanc. conj.porta-ferr.+ferr.corte bomp/ balanc.
do sistema, especialm.p/ conjuntos longos
 Mesmo se balanc., o erro concentr.do sistema e
baixa rigidez, podem deslocar a aresta corte
 Precisão concentr. somado balanceamento
apropriados, sao requisitos p/ melhorar corte
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Vibrações
Rigidez Dinâmica (maximizar!)
Erro conc. sistema
Sistema desbalanc.
Forcas corte radiais
Problema se
espaço for restrito:
Furos profundos e
Moldes & Matrizes
Rigidez (estática)
!!
Geração de
vibrações
Transmissão
de vibrações
Massa (minimizar!)
Amortec.
Vibrações
Microfricção
nas superf.
Func. amort.
como óleo
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Remoção dos cavacos de corte
Considerações
 Cavacos devem ser
removidos da aresta corte
rapidamente.
 Caso contrario aresta de corte
cortara cavacos 2 vezes 
Maior consumo de ferr. corte
Métodos de remoção de cavaco
 P/ ar comprimido
 P/ fluído refrigerante através tubo externo
 P/ passagem. interna refrig redução diâm.
ferr. corte 
risco de danos
 Pelo fluído refrig. c/ jato paralelo haste ferram.
de corte.
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Torque / Força de Fixação
Requisitos p/ porta-ferramentas
Dependendo da
força de corte (tangencial)
+ axial (escorregam. ferr.)
Metodo de Corte
Força de Corte
Acab. convencional
Baixa
HSC
Média / Baixa
Desb. convencional
Alta
HPC
Alta
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Requisitos fixação de ferramentas – dependendo da aplicação
Acab.
HSC
Desb.
HPC
Vida ferr.
Forca tangencial/escorr.
Torque de Fixação
Baixo
Baixo +
Muito
Muito
Importante Import.
Força(torsão) radial
Rigidez/resist. estática
Baixa
Baixa
Muito
Muito
Importante Import.
Qual. Superf.
Precisão batim. estatico
Important
Important
Important
Important
(se reduzir
etapas
produção)
Talvez
Talvez
Veloc. Do Fuso / Corte
Balanc.+ resist. dinam.
Média
Important
Alta
Important
Baixa
Med-high
Import.
Important
Important
Alargam., Furação acab.: Vide acab. Furação desb.: Vide Desb. Mas s/ força radial!
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Outras considerações
Produtividade e gerenciam. de risco
 Porta-ferram. de longa vida útil
 Simples manuseio
 Risco de danos no porta-ferr., ferr.
corte, etc. devido erro set-up
 Seguro para o operador
Investimento versus flexibilidade
 Investimento no Porta-ferr. e no
dispositivo fixação
 Flexibilidade e disponib. tamanhos e
uso para diferentes aplicações
Restrições
 Corte de materiais especiais
requerem alta força fixação,
talvez combinada com alta
rigidez dinâmica
 Moldes & Matrizes ou furação
prof. requerem ótima rigidez
dinâmica c/ dim. Ext. reduzidas
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Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
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Porta-ferramentas do mercado
Sistemas disponíveis e suas indicações p/ corte moderno
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Pesquisa
Desbaste, (HPC)
Força fixação
Alta
Weldon
P. pinças
baratos
30 microns
baixa precisão
desbalanceado
Mandris
shrink fit
P. pinças
de precisão
Todas aplic. incl.
HSC, HPC, aumentaram
vida útil ferr. corte
Mandris Powrgrip
(alta precisão /
alta força, conicidade
da pinça de 1:100
Mandris poligonais
Mandris hidráulicos
HSC,
Acabamento,
Balanc. fino 3 microns
Aumento vida
alta precisão
útil ferram. corte
Precisão
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-ferramentas – Aspectos Tecnológicos
Rigidez Dinâmica
 Rigidez dinâmica depende muito da
atual escolha e tamanho porta-ferr.
 Mandris Poligonais: Tipo fino e
muito fino mas c/ baixa rigidez
dinam., Tipo robusto R e muito
grande
 Shrink fit: Restrito em amortecim.de
vibrações
Material haste da ferr.+tamanho
 Shrink fit pode ter problemas p/
fixar ferram. HSS e de pequenos
diâmetros
Precisão (geral)
 Mandris Weldon não são balanceáveis
 Influencia do aquecim. no shrink fit
pode causar deformações
 Influencia do aquec.no shrink fit pode
causar restrição ao ajuste de comprim.
ferramentas
Força de Fixação
 Shrink fit e alta em grdes.
diâmetros mas restrito em
pequeno/médio diâmetros
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-ferram. – Riscos operacionais e limitações
Mandril Pinça
s/ prec.
Weld.
Pinça c/
precisão
Mandril
hidr.
Poligonal
Riscos pes.
Powrgrip
Mandril
Queima
Riscos de
danos dur.
set-up
Limitações
complem.
durante
corte
Shrink
Fit
(alguns:
torque
errado)
Veloc.
Fuso
Veloc.
Fuso
Veloc.
Alta
Fuso
temperadepende tura
da porca
etc.
Pressão
errada
Erro
medida
/ temp.
Alta
temperatura
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Comparação de Porta-Ferramentas – tempo de vida e investimento
Mandril Pinça Pinça c/
s/prec. precisão
Weld.
Acessório
Preço
Mandril
Mandril
Hidr.
Não necessário
Poligonal
Shrink
Fit
Mandril
Powrgrip
Neces. Disposit. Fixação
Baixo
Baixo
Médio
Muito alto Alto
Médio
Alto
Vida mandril Longa
(fixação)
Média
Longa
Variada
Variada
Muito
longa
Longa
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Conteúdo
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Reengenharia proc. de corte c/ escolha do porta-ferramenta
Como outros fizeram, como você pode fazê-lo
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
neutral photo
Exemplo Reengenharia: HSC / Produção de Base de Molde (USA)
Acabamento (HSC)
Material: 4140 (AISI) /
~1.7223 (DIN) / ~41CrMo4
20.000 rpm
Maquina: Makino, Fuso 20.000 rpm
Ferram.: Fresa Esp. c/ cobert.diamante,
USD 60.00/pc.
Avanço 100 IPM, Prof. Corte= 0.05“,
Duração teste 4.5 horas. (2 peças)
Porta-ferr. anterior:
Porta-pinça
balanceado p/ 20.000 rpm
Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip, c/ anéis
balanc., montado balanceado p/ 20.000 rpm
Problema:
Erro concentr.,vida
ferram.–0.5 pc/ ferr. corte
Resultado obtido teste:
300% aumento vida útil ferramenta corte:
2 peças p/ ferramenta (ainda poderia ir alem)
Economia 3 ferram. p/ 2 peças = USD 90.00/pc
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
neutral photo
Examplo de Reengenharia: HSC /
Indústria Automotiva (USA)
Acabamento (HSC)
Material: H13 (AISI) /
1.2344 (DIN) / X40CrMoV5
11.000 rpm
Maquina: Makino A55 Horizontal.
Ferramenta: Fresa acab. 1/8“
Avanço 60 IPM, Prof. Corte=0.008“,
Duração Teste 8 horas.
Porta-ferram. anterior:
Vários Porta-ferr. Conv.
Porta-ferr. testado:
Mandril PowRgrip
Problema:
Erro conc., quebra ferr.,
rigidez
Resultado obtido:
Giro ferr. concentr., tolerâncias
dimensionais mantidas, < carga s/
fuso que outras ferrs. testadas, > vida
útil ferram., etc. Economia custos
USD 200.000,00/ano, estim. p/cliente
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Exemplo de Reengenharia:
Desbaste de material crítico / Indústria Médica (USA)
Desbaste
Material: Inox 1740
1.600 rpm
Maquina: Mori-Seiki SA 50
Ferram.: Fresa topo metal duro ¾“-6 cortes,
Avanço 6-8 IPM, 2.75“ prof. corte x 0.050“
larg. Duração teste 7 ciclos
Porta-ferram. anterior:
Mandril Shrink fit / Weldon
Porta-ferr. testado: Mandril PowRgrip
Problema:
Escorregamento fresa topo de
maior dia c/ Mandris Shrink Fit .
Fixação segura c/ Weldon, mas
curta vida ferr. (4 ciclos/fresa topo)
Resultado obtido:
75% aumento vida útil,
sem escorreg. ferramenta.
7 ciclos p/ fresa de topo.
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05.11.2015
Porta-ferramentas p/ Modernas Filosofias de Corte
Como explorar o seu próprio potencial de redução de custos
Etapas
1. Definir objetivos ou linha de direção
2. Definir aplic. em amostras significat.
(em máquinas novas ou existentes)
3. Selecionar porta-fer.(ver cap. 3)
4. Fazer testes práticos c/ novos
porta-ferram. nas amostras
5. Estimativa apróx. de ganhos pelo
aumento produtividade ou vida ferr.
Objetivos possíveis (ver capit. 1)
Aumento produtividade na qualidade
solicitada
Introduzir HSC/HPC? Novas máquinas?
Trabalhar mais rápido c/ métodos atuais?
Trabalhar mais tempo c/ métodos
existentes (Maior vida de ferramenta)?
Soluc.problemas precisão ou escor. ferr?
Reduzir consumo da ferram. de corte
Em aplicações c/ alto consumo de
ferram. corte ou c/ ferram. caras ?
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05.11.2015