Fabrico híbrido: a chave para aumentar a competitividade

A nova feira internacional GrindingHub, centrada nas tecnologias de retificação, decorre em Estugarda, entre 17 e 20 de maio. O certame oferece uma visão geral do mercado de tecnologias de produção relacionadas com este processo. Neste artigo, exploramos algumas delas.

Os fabricantes de engrenagens enfrentam desafios como a enorme pressão dos custos das matérias-primas e da energia e a crescente exigência de precisão nos processos de produção. E esta é uma tendência em crescendo, impulsionada, em partem pelas mudanças na indústria automóvel, com forte impacto neste setor. O objetivo é produzir muito mais variantes de transmissão no futuro. Como estão as empresas a enfrentar este desafio? O fabricante de máquinas Emag GmbH & Co. KG, com sede em Salach, no sudoeste da Alemanha, respondeu a esta pergunta com o desenvolvimento de uma nova série de equipamentos que combina retificação com torneamento e outros processos (incluindo automação), e que permite levar a cabo uma vasta gama de soluções de fabrico, incluindo a maquinação completa dos componentes de transmissão.

Entretanto, a empresa acrescentou outra máquina à sua carteira: trata-se de um equipamento maior, concebido para componentes até 350 mm de diâmetro. Pela primeira vez, esta máquina oferece também a opção de integrar um fuso de retificação com eixo rotativo NC. Isto pode incluir uma mó cilíndrica, por exemplo, que pode ser utilizada para retificar furos internos. “Estamos a falar de processos de fabrico com lotes menores, que inevitavelmente incluem muitos processos de mudança”, explica Markus Isgro, do departamento de comunicação da Emag. “Nestes casos, o ideal é que se incluam na máquina, várias fresas de retificação diferentes. A máquina conta com um espaço reservado para tal, de forma a poder realizar várias tarefas”.

Isto significa que a maquinação convencional de peças como as engrenagens ou rodas dentadas pode ser realizada na própria máquina-ferramenta, desde o torneamento da superfície plana até ao desbaste do furo e ao acabamento de contornos.

A Emag é uma das expositores da GrindingHub 2022.

Máquina de torneamento e retificação da Emag. Diferentes processos de maquinação em peças de mandril de até 350 milímetros de diâmetro são executados consecutivamente numa única configuração. Foto: Emag.

Os processos de fabrico aditivo trazem uma série de benefícios impressionantes às empresas e a sua cada vez maior adoção por parte das empresas é inevitável. Além de aumentar a produtividade, permitindo uma produção flexível e eliminando a necessidade de ferramentas convencionais, a grande variedade de possibilidades de desenho geométrico desta tecnologia também permite o processamento de componentes altamente complexos.

O elevado grau de flexibilidade impressão industrial em 3D garante a possibilidade de produção de pequenas e médias séries. Em muitos casos, contudo, o pós-processamento continua a ser inevitável. Dependendo do componente e do processo, pode ser necessário remover as estruturas auxiliares e de apoio utilizadas durante o processo aditivo. Caso contrário, será necessário proceder a operações de acabamento de superfície como a retificação ou polimento, bem como à posterior inspeção de componentes.

Contudo, para uma maior eficiência, o ideal é incorporar tanto o fabrico aditivo como o subtrativo num sistema híbrido. Os requisitos de pós-processamento devem ser considerados desde o início ao criar o modelo 3D. A aplicação de demasiado material leva a um aumento dos custos, enquanto que muito pouco torna o pós-processamento da peça difícil ou impossível. Idealmente, deveria haver uma integração direta de dados ao longo de toda a cadeia de processo. Na prática, isto significa que os processos são coordenados com precisão e executados sem a necessidade de manusear a peça. Soluções automatizadas e assistidas por robôs, tais como a inovadora célula de fabrico para acabamento automático de superfícies da Supfina Grieshaber GmbH & Co. KG, são concebidas precisamente para este fim. Os processos podem ser combinados de forma flexível e perfeitamente integrados na produção com uma única instalação. Isto resulta numa alta fidelidade de acabamento e numa maior relação custo-eficácia.

Atualmente, surgem no mercado ferramentas cada vez mais complexas e precisas feitas de diferentes materiais, o que coloca desafios aos fabricantes de máquinas de retificação de ferramentas. “Nem todos os materiais ou combinações podem ser processados apenas por retificação”, explica Siegfried Hegele, gestor de produto da Walter Maschinenbau GmbH, Tübingen, “Também são necessárias tecnologias como a EDM ou o laser, incluindo sistemas de medição. Na GrindingHub, os visitantes podem encontrar as soluções da Walter e da Ewag, para todos os requisitos em maquinação de ferramentas”.

Para a retificação dos recortes desta ferramenta é necessária uma máquina-ferramenta com fuso de desempenho superior. Foto: Walter Maschinenbau.

O fabrico de uma ferramenta de fresagem com ponta em PCD (diamante policristalino), por exemplo, envolve várias etapas. Neste caso, uma ferramenta de carboneto sinterizado é inicialmente submetida a uma retificação cilíndrica. De seguida, são retificados os espaços para as aparas. Para realizar estas operações de forma eficiente, é necessária uma máquina com elevada potência de fuso. O passo seguinte é retificar os assentos de placa nos corpos de carboneto.

Ao contrário do que acontece inicialmente, nesta fase são necessárias velocidades elevadas por causa dos pequenos pinos de retificação. Antes de soldar, é necessário verificar primeiro se as tolerâncias foram respeitadas durante os processos de retificação. O ideal é que isto seja feito com uma máquina de medição automática CNC. O passo seguinte é soldar as placas de PCD pré-cortadas a partir de um leito circular de PCD nos assentos das placas. Aqui, o diamante policristalino é brevemente aquecido a uma temperatura próxima da grafitação. A ferramenta tem então de ser limpa e é tomada uma decisão sobre qual a tecnologia mais adequada para a maquinação de PCD. Neste caso, a maquinação combinada com diferentes tecnologias, tais como a retificação e a EDM, pode trazer vantagens significativas. A isto segue-se uma medição final para controlo de qualidade.

A combinação de processos de fabrico também abre novas potencialidades na produção. A motivação clássica para maquinação múltipla simultânea de uma peça numa máquina com vários fusos, por exemplo, é a redução dos tempos de ciclo. No entanto, em princípio, as máquinas necessárias para tal envolvem elevados custos de investimento, o que só se justifica para grandes quantidades. Além disso, a maquinação híbrida numa única máquina pode contribuir para aumentar os níveis de qualidade, produtividade e fiabilidade do processo, uma vez que há menos erros relacionados com a fixação ou transporte de componentes.

Para além de combinar a tecnologia e os processos de corte com uma geometria particular, a interação de diferentes processos de retificação dentro de uma única máquina é também muito útil. No caso das engrenagens, por exemplo, são cada vez mais utilizados processos especiais de acabamento para executar a maquinação dentro da própria máquina de retificação. Até agora, o acabamento requeria frequentemente equipamento adicional (para a retificação vibratória, por exemplo) que muitas vezes só está disponível em fornecedores de serviços externos. “No passado, quando se fabricavam engrenagens para a indústria automóvel, os elevados custos envolvidos significavam que raramente estas eram retrabalhadas. Agora são cada vez mais utilizados conceitos de ferramentas híbridas que permitem operações de retificação e acabamento”, diz o professor Eckart Uhlmannhead do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Produção e Tecnologia de Design (IPK), em Berlim, que também é membro da WGP (Associação Académica Alemã para a Tecnologia de Produção), uma associação de académicos líderes na indústria. “A GrindingHub declarou recentemente a sua intenção de funcionar como um centro de informação, oferecendo múltiplas oportunidades de partilha de conhecimento”.

Como plataforma internacional, a GrindingHub 2022 cobre toda a tecnologia de retificação e processos de polimento. O organizador VDW, em cooperação com a Messe Stuttgart e a Swissmem, criou o ambiente necessário para tal. Nesta feira a atenção está virada para as máquinas de retificação, retificadoras de ferramentas e abrasivos, juntamente com soluções de software, ofertas de automação e serviços relacionados.

Os fluxos de trabalho de fabrico híbrido também facilitam a ligação de informações e dados relacionados com a maquinação. “Esta interligação é útil quando se trata de criar gémeos digitais dos processos de fabrico e do próprio componente para melhorar a eficiência dos modelos e simulações e para otimizar tanto o controlo do processo como as ferramentas”, explica o Professor Eckart Uhlmann do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Produção e Tecnologia de Design (IPK) em Berlim. “Além de máquinas altamente especializadas para maquinação combinada, está a ser dada cada vez mais atenção a soluções universais destinadas, por exemplo, a converter máquinas de retificação convencionais em máquinas combinadas através da utilização de ferramentas híbridas. Em operações de maquinação híbridas, os dados do processo e a sua interpretação automática são essenciais para definir o controlo de cada etapa individual de maquinação, com base no estado inicial de cada caso”.

Antecedentes da GrindingHub 2022

A primeira edição da GrindingHub acontece em Estugarda de 17 a 20 de maio de 2022. A feira apresenta-se como a nova montra mundial da tecnologia de retificação. A VDW (Associação dos Construtores Alemães de Máquinas-Ferramenta) prevê que o evento seja realizado de dois em dois anos, em cooperação com a Messe Stuttgart e a Swissmem (Associação Suíça das Indústrias Mecânicas e Elétricas) como patrocinador institucional.

A retificação é um dos quatro principais processos de fabrico na indústria alemã de máquinas-ferramenta: em 2020, o setor produziu máquinas no valor de 870 milhões de euros. Exportou quase 80%, cerca de metade para a Europa. Os maiores mercados destes equipamentos são a China, os EUA e a França. A Alemanha, Japão e Suíça encabeçam a lista dos principais produtores mundiais.