A Kennametal impulsiona a inovação em corte de metal com ferramenta impressa em 3D para o fornecedor automotivo Voith
Expandindo o sucesso de sua premiada ferramenta impressa em 3D para usinagem de estatores em veículos elétricos, a Kennametal desenvolveu para a Voith uma inovadora ferramenta impressa em 3D para carcaça de transmissão, reduzindo o peso em aproximadamente 45% e o tempo de usinagem em cerca de 50%.
À medida que os componentes de transporte tornam-se cada vez mais sofisticados e os requisitos, mais rigorosos, os fabricantes necessitam de soluções complexas de ferramental para usinar esses componentes. Porém, isso apresenta um desafio, pois o peso dessas ferramentas pode se tornar excessivo para uma operação eficiente em centros de usinagem, trocadores de ferramentas e magazines de ferramentas. Os operadores de máquinas também podem ter dificuldade em utilizar a ferramenta.
Uma colaboração recente entre a Kennametal, líder em tecnologia industrial, e a Voith, principal fornecedora de tecnologias de acionamento , demonstra como a impressão 3D, ou manufatura aditiva, oferece um caminho para soluções inovadoras e mais leves de ferramental que superam esses desafios e melhoram a produtividade e a eficiência.
O desafio: Nos centros de usinagem existentes, realizar a usinagem de múltiplos furos de grande diâmetro com tolerâncias rigorosas
A Voith buscava uma solução inovadora para otimizar ainda mais seus processos de usinagem para carcaças de transmissão. A empresa precisava de uma ferramenta de estágios múltiplos capaz de usinar vários furos em uma operação para alcançar as tolerâncias necessárias. A ferramenta também precisava ter duas arestas de corte eficazes nos diâmetros principais para atingir o tempo de ciclo especificado. Por fim, a ferramenta precisava pesar menos de 12 kg para atender aos requisitos de troca de ferramentas e momento de inclinação no trocador de ferramentas.
“Finalizar a usinagem de uma grande carcaça de alumínio com vários furos de até 350 mm e uma classe de tolerância IT7 é uma aplicação exigente”, afirmou Werner Penkert, Gerente de Engenharia de Produto. “Para usinar esses furos grandes com tolerâncias tão rigorosas, precisamos de ferramentas muito rígidas, o que geralmente significa peso elevado. Ao ser fabricada utilizando métodos convencionais, uma solução típica de ferramental para esse tipo de aplicação poderia pesar até 25 kg, o que é pesado demais para as máquinas existentes ou para um operador que trabalhe com a ferramenta”.
Intrigada com a forma como a Kennametal utilizou a impressão 3D para produzir uma ferramenta de estator mais leve para a usinagem de veículos elétricos, a equipe da Voith recorreu a essa líder em tecnologia industrial para colaborar em uma solução.
"A abordagem inovadora da Kennametal com a impressão 3D nos empolgou e inspirou a seguir esse caminho juntos", diz Friedrich Oberländer, Diretor de Tecnologia de Produção na Voith.
A solução: Experiência da Kennametal em design generativo e impressão 3D
Assim como na ferramenta de estator, a Kennametal utilizou sua experiência em fabricação aditiva de metal, somada ao conceito de design generativo, para atender aos exigentes requisitos da ferramenta de transmissão da Voith.
Na fabricação subtrativa convencional, o peso é reduzido ao se remover o material excedente. Mas com a impressão 3D, os fabricantes podem começar com nada e colocar material apenas onde for necessário, resultando em geometrias mais leves e complexas que não seriam possíveis por meio de processos de fabricação convencionais.
Para aproveitar totalmente a liberdade de design da fabricação aditiva, a Kennametal utilizou o design generativo, um processo iterativo que otimiza o design de peças impressas em 3D para atender a um conjunto específico de restrições de aplicação. O processo de design generativo frequentemente resulta em formas complexas e orgânicas, lembrando estruturas encontradas na natureza.
No caso da ferramenta da Voith, o design generativo abordou diretamente as forças de usinagem na ferramenta, permitindo que a Kennametal projetasse uma solução otimizada para estabilidade, rigidez, equilíbrio e fornecimento de refrigerante, com um peso de apenas 11,5 kg.
A Kennametal aplicou sua experiência não apenas na fabricação aditiva, mas também na usinagem para produzir a ferramenta. Os encaixes da ferramenta são usinados com precisão e projetados para uso combinado com a comprovada tecnologia de insertos RIQ da Kennametal.
“A fabricação aditiva é uma ferramenta em nossa caixa de ferramentas, mas também aplicamos nossos profundos conhecimentos em usinagem de precisão para desenvolver uma solução inovadora que aborda eficientemente os desafios de se usinar furos profundos em conjunto com diversos diâmetros grandes”, Penkert.
O design da ferramenta da caixa de transmissão impressa em 3D da Kennametal imita as formas orgânicas encontradas na natureza, proporcionando peso reduzido e uma redução de 50% no tempo de usinagem para o cliente, a Voith. Crédito da imagem: Kennametal
Os resultados: redução de 50% no tempo de usinagem
Trabalhando em estreita colaboração com a Voith, a Kennametal fabricou um protótipo da ferramenta e o submeteu a testes em seu centro de demonstração em Fürth, Alemanha, que faz parte de uma rede global de centros de teste e demonstração onde a empresa colabora com clientes para projetar, repetir e validar soluções de usinagem.
Essa solução foi especialmente desafiadora para atender aos requisitos tanto de fabricação quanto de qualidade da peça. A simulação de design, a fabricação aditiva e os testes práticos no centro de demonstração permitiram à equipe validar os resultados da usinagem. Em seguida, a Voith realizou os primeiros testes no local, seguidos por testes de longo prazo na produção em série. Outros requisitos do cliente foram implementados e a ferramenta foi aperfeiçoada e finalizada em conjunto.
“A ferramenta da Kennametal proporcionou qualidade e desempenho excepcionais desde o primeiro uso, alcançando uma redução de 50% no tempo de usinagem, ao mesmo tempo em que manteve os requisitos de precisão e acabamento de superfície. Além disso, o peso reduzido limita a carga no magazine, no trocador de ferramentas e no fuso, reduzindo efetivamente os custos de manutenção”, afirmou Oberländer. “Nossa colaboração com a Kennametal demonstra claramente o enorme potencial de inovação da fabricação aditiva quando aplicada em parcerias cooperativas como esta.”
