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Relatório de aplicação

Mais de 14 x D –
e o processo mantém-se fiável

Confiável e dimensionalmente preciso com mais de 14 x D de comprimento de saliência. A fresagem direta proporciona uma redução significativa nos custos do processo em comparação com a eletroerosão por penetração.

A Siebenwurst redefiniu os limites da fresagem de ribs para si própria - com o apoio da Moldino
A Siebenwurst viu-se confrontada com uma decisão: a complexa estrutura estriada, que tem até 56 mm de profundidade, deveria ser obtida por elétrodoerosão ou fresagem no molde, que mede cerca de quatro metros quadrados? O fabricante de ferramentas de alta tecnologia de Dietfurt an der Altmühl optou pela segunda opção - e poupou mais de metade do tempo e muito dinheiro. Graças, em parte, ao apoio da Moldino na tecnologia de moldes e processos.

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Extremamente satisfeitos com o resultado: Maximilian Siebenwurst (à esquerda) e Xaver Ferstl da Siebenwurst juntamente com Christian Gräml da MOLDINO.

A produção de ribs faz parte da atividade diária no fabrico de moldes de plástico. No entanto, estas ainda são normalmente produzidas por eletroerosão, apesar de os custos serem mais elevados em comparação com a fresagem. Isto deve-se ao facto de não se querer correr riscos. A Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co KG, de Dietfurt an der Altmühl, a norte de Ingolstadt, Alemanha, lançou-se há algum tempo na fresagem de nervuras e não se arrependeu. A empresa de alta tecnologia do Alto Palatinado, não está apenas na primeira liga quando se trata de fabrico de ferramentas, mas também como parceiro de desenvolvimento, especialista em ligas leves e fornecedor de serviços completos. "Apesar de ainda estarmos a operar em duas vias, a fresagem de nervuras está a tornar-se cada vez mais importante para nós. Numerosos campos de nervuras distribuídos por uma placa de moldagem de 2.200 mm x 1.900 mm - isso foi um desafio", diz Xaver Ferstl, olhando para trás.

"Além disso, tivemos de fresar profundidades na sua maioria de ranhura de 56 mm, o que significou um comprimento de projeção de mais de 14 x D." Xaver Ferstl é o Diretor de Gestão de Ferramentas da Siebenwurst. E ele refere-se à placa de molde de grande formato do molde de injeção para a produção de uma bandeja de bateria para veículos comerciais movidos a eletricidade. Uma caixa de bateria que está a ser desenvolvida no âmbito do projeto do campus de investigação "HyFiVe", sob a liderança da Open Hybrid LabFactory e. V. em Wolfsburg (com financiamento do Ministério Federal da Educação e Investigação BMBF).

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Fresado na perfeição: Xaver Ferstl (à esquerda) e Maximilian Siebenwurst ao lado da placa de moldagem fixada na máquina com a estrutura nervurada de duas camadas fresada e acabada.

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A fresadora de portal Parpas Gantry XS de 5 eixos com a placa de moldagem fixada e a fresa de toro ETMP-4040-40-10 de 4 mm montada. Juntamente com a retificação de 5 mm, foi alcançado o comprimento de balanço necessário de mais de 14 x D. É possível ver a estrutura de nervuras de duas camadas, que foi completamente fresada em apenas 353 horas.

Como um dos 15 parceiros de projeto da indústria e do meio académico, a Siebenwurst está significativamente envolvida na realização de ferramentas do HyFiVe. Um dos objetivos do projeto é desenvolver um invólucro modular e escalável para o suporte da bateria num design híbrido de plástico e metal. Trata-se de uma construção leve para utilização em veículos eléctricos. Isto inclui também o desenvolvimento de todos os processos para a produção em larga escala com uma vasta gama de variantes.

E a geometria deste tabuleiro de bateria é algo de extraordinário. "A estrutura do quadro é uma combinação de perfis de alumínio com uma estrutura nervurada injetada por trás", explica Maximilian Siebenwurst, membro da equipa de gestão alargada. O filho de Christian Siebenwurst, que, juntamente com o seu irmão Roland, constitui a quarta geração à frente da empresa familiar, está envolvido no projeto do molde HyFiVe desde o início, como chefe dos departamentos de gestão de projetos e de design. Estes perfis em U asseguram a estabilidade mecânica e evitam a deformação. Em caso de acidente, protegem igualmente a bateria das forças de impacto pontuais ao longo de todo o seu comprimento. A fuga de eletrólito que acompanha frequentemente esta situação é uma das principais causas de incêndio. É por isso que duas estruturas nervuradas foram combinadas uma em cima da outra, o que Siebenwurst chama de design estrutural localmente redundante: "A estrutura nervurada é projetada de tal forma que absorve uma grande parte da energia de impacto".

O seminário sobre a fresagem de nervuras deu o impulso necessário

Há mais de 15 anos que as ferramentas de corte do fabricante japonês Moldino Tool Engineering (com sede europeia em Hilden, perto de Düsseldorf, Alemanha) são utilizadas em muitos locais em Dietfurt. Principalmente fresas de metal duro, mas também CBN, ferramentas de perfuração e fresas com pastilhas intercambiáveis. O elevado nível de satisfação com as ferramentas, que anteriormente eram vendidas sob o nome MMC Hitachi Tool, anda de mãos dadas com o apoio técnico prestado por Christian Gräml, um otimizador de processos, como os engenheiros de aplicação da Moldino se designam, que acompanha a Siebenwurst há vários anos. Para além de prestar um apoio técnico intensivo ao processo, organiza regularmente workshops no local. Christian Gräml segue sempre o método Production50 (P50) desenvolvido pela MOLDINO, que será abordado mais adiante. Há algum tempo, a fresagem de nervuras foi também objeto de um workshop de várias horas. Desde então, todos os intervenientes sabem como este tema pode ser implementado com sucesso em termos de CAM, máquina, seleção de ferramentas e dados de corte. O cálculo da rentabilidade sempre associado ao P50 contribuiu significativamente para a decisão de que as nervuras na Siebenwurst sejam cada vez mais realizadas por fresagem.

*É por isso que Xaver Ferstl tinha uma ideia bastante clara desde o início de quais as fresas Moldino, estratégias CAM e dados de corte que seriam mais adequados para realizar o projeto de fresagem de nervuras com a ferramenta HyFiVe. Selecionar a ferramenta certa foi o exercício mais fácil através da base de dados de ferramentas Quickfinder da Moldino, com a consulta de Christian Gräml (Moldino). Todos os dados do molde, incluindo os dados 3D STEP e 2D DXF, também podem ser consultados através do Quickfinder. No entanto, muitas questões ficaram por responder neste projeto não totalmente simples: Por exemplo, o desenvolvimento de um processo para evitar ter de mudar para uma ferramenta irmã a meio da fresagem de uma nervura. Além disso, como é que profundidades de fresagem de até 56 mm poderiam ser realizadas de forma fiável quando a base tem apenas 4,2 mm de largura? E como é que uma ferramenta com mais de 14 x D de comprimento, que não pode ser encomendada de série, se comportaria em termos de vibrações?

A eletroerosão também era uma opção

A fresagem fiável da estrutura nervurada de duas camadas não teria sido fácil, apesar de toda a experiência anterior neste domínio. Foi por isso que a empresa considerou inicialmente a possibilidade de os erodir e de subcontratar este trabalho. "Porque o tamanho da peça não teria permitido a erosão nem mesmo na maior máquina de eletroerosão que temos aqui em casa, a OPS Ingersoll Gantry 1400", diz Maximilian Siebenwurst. Como resultado, foram obtidas cotações para a erosão. Estas situavam-se na faixa dos cinco dígitos, incluindo a produção de elétrodos. "Nessa altura, dissemos que, apesar de todos os desafios que o projeto implicava, iríamos fresar as nervuras." Tanto mais que a Parpas Gantry XS de 5 eixos é uma fresadora de pórtico disponível na Siebenwurst, na qual a placa de moldagem pode ser fixada sem problemas graças ao seu curso de vários metros. Apesar do seu tamanho impressionante, que equivale a uma pequena casa geminada, a Parpas XS com a sua interface HSK-63 fresa com tanta precisão que a tolerância de +/- 0,01 mm exigida para as nervuras foi alcançada. Xaver Ferstl tinha a certeza de que podiam fresar as nervuras. E neste ponto, os nomes MOLDINO e Christian Gräml devem ser mencionados.

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Fresagem de nervuras com mais de 14 x D: A fresa em toro de 4 mm pré-ajustada Moldino ETMP-4040-40-10 no porta-ferramentas HSK-63. O corte de alívio adicional de 5 mm de comprimento pode ser visto acima da área de convexidade.

A fresa ETMP deve ser capaz de lidar com tudo

Por isso, o especialista em fresagem Xaver Ferstl contactou Christian Gräml da Moldino, que se ofereceu imediatamente para ajudar. Em conjunto, começaram por determinar o procedimento básico, ou seja, em que ponto do painel se iniciaria a fresagem das nervuras e quais os passos seguintes. As ferramentas de fresagem adequadas foram rapidamente selecionadas. Em rigor, havia apenas uma fresa, a ETMP-4040 com um diâmetro de 4 mm, mas em dois comprimentos diferentes, de 32 mm e 40 mm. A ETMP é uma ferramenta tórica de 4 canais com 1 grau de convexidade. Graças ao nano revestimento TH45+ aplicado num processo PVD, é possível maquinar em temperados até 60 HRC com esta fresa - mantendo uma vida útil muito longa.

Embora neste projeto tenha sido fresado aço pré-endurecido 1.2738, a longa vida útil da ferramenta e a consequente fiabilidade do processo foram um aspeto importante. "Outra vantagem é o facto de a aresta de corte da ETMP ter um corte oval ", explica Christian Gräml. "Duas arestas de corte estão no diâmetro e duas arestas de corte estão abaixo do diâmetro, de modo que a ferramenta se acalma durante a fresagem e as vibrações permanecem baixas, especialmente em situações de grande comprimento. A ferramenta também reage de forma muito mais relaxada na zona dos cantos". Isto é particularmente importante para grandes profundidades. "Porque aqui tivemos de fresar uma profundidade de uns bons 14 x D. Por outras palavras, ranhuras até 56 mm de profundidade com uma fresa de 4 mm de diâmetro, o que é como andar na corda bamba."

High feed

A programação NC foi efetuada com o Tebis CAM, que a Siebenwurst utiliza para gerar os programas de fresagem (para além do Work NC). O software CAM possui funções especiais de desbaste e acabamento para ranhuras e nervuras negativas, que também podem ser automatizadas. Esta é uma estratégia já preparada no Tebis CAM (R-Plan). "Aqui, o contorno final é fresado a zero imediatamente, sem necessidade de sub espessura de material", diz Xaver Ferstl, descrevendo o procedimento. Na área de interseção, onde são criadas áreas maiores, a estratégia também suaviza a superfície. "Entre outras coisas, isto otimiza a dinâmica da máquina, de modo a obter os avanços de percurso necessários." A fresa efetua movimentos planos e constantes em Z ao longo do contorno.

O avanço lateral preciso ae de 1,6 mm foi então especificado pelo otimizador de processos Christian Gräml. A fresa ETMP, ligeiramente mais curta, foi utilizada para as nervuras não tão profundas. Foram utilizados os valores de corte padrão sugeridos pela Moldino.

Para as nervuras de 56 mm de profundidade, no entanto, foi necessário um ajuste em termos de velocidade, taxa de avanço e profundidade de avanço. "O nosso objetivo era garantir que cada um destes segmentos pudesse ser fresado em cinco horas", explica Xaver Ferstl. Afinal, este era o tempo de vida da ferramenta previamente determinado, no qual não era visível qualquer desgaste na aresta de corte da fresa longa ETMP. O objetivo era substituir uma ferramenta irmã depois de cada segmento de nervura ter sido fresado até à dimensão final. Para chegar a este tempo de maquinação, foram efetuados vários testes com uma peça de teste sob a forma de um segmento. Com uma velocidade de avanço de 2,3 m/min a pouco menos de 10.000 rpm e uma profundidade de avanço ap de 0,1 mm, estas cinco horas por zona foram atingidas com exatidão.

A retificação de 5 mm trouxe a solução

Mas como é que isto era suposto funcionar? Porque, com 40 mm, a ETMP mais comprida disponível, com a sua gama de convexidade de 34 mm mais 6 mm de comprimento da aresta de corte, era demasiado curta para esta profundidade de ranhura. Xaver Ferstl: "A ranhura tem uma convexidade de 1 grau e uma largura de 4,2 mm no fundo. Teríamos ficado zero a zero com o cone da fresa".

Depois pensámos como resolver este problema. "Decidimos então aumentar a área do cone de 1 grau da fresa em 5 mm numa máquina de retificação aqui na empresa", diz ele, descrevendo a abordagem pragmática que acabou por conduzir ao sucesso. A haste de 6 mm da fresa foi assim reduzida para 5 mm, para corresponder à convexidade do diâmetro. "Foi assim que entrámos na nervura e ainda tínhamos cerca de 1/10 mm de folga. Tínhamos de ter isso para podermos trabalhar em segurança.

Christian Gräml sublinha que, ao fresar nervuras em geral, e especialmente para este projeto, é importante que o processo de maquinação seja o mais eficaz possível: "Optámos, portanto, por um corte com acabamento bruto e fresámos a partir do sólido, o que é facilmente possível com a fresa ETMP." As geometrias das nervuras também foram otimizadas. Em colaboração com o departamento de design interno, os contornos foram alterados em alguns locais para que fossem mais fáceis de fresar.

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A programação NC foi efectuada com o Tebis CAM, que dispõe de funções especiais de desbaste e acabamento para ranhuras e nervuras negativas. Este projeto envolveu a fresagem diretamente a partir do sólido, utilizando uma estratégia combinada de desbaste e acabamento até às dimensões acabadas.

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Os testes foram efetuados com esta peça de teste sob a forma de um segmento com nervuras até se atingir um tempo de maquinação de cinco horas. Só depois de o segmento ter sido fresado nas suas dimensões finais é que se deve mudar para uma ferramenta irmã.

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Ainda quase como nova: A fresa toro de 4 mm Moldino ETMP-4040-40-10 no dispositivo de pré-ajuste e medição da ferramenta, que está a funcionar há cinco horas. A imagem da câmara mostra que a retificação oval da aresta de corte ainda não apresenta qualquer desgaste.

"Em termos de fiabilidade do processo, estava agora garantido que cada segmento individual poderia ser fresado com uma nova fresa sem qualquer retrabalho." Todas as nervuras foram fresadas exclusivamente a seco com arrefecimento a ar.

Grandes ganhos em tempo e custos de produção

Christian Gräml, da Siebenwurst, também utilizou o método Production50, mencionado anteriormente, para este projeto. O conceito P50 consiste basicamente na análise dos processos existentes em conjunto com o cliente, de modo a obter uma nova perspetiva sobre todo o processo de produção com base nesses resultados. Isto também inclui cálculos de rentabilidade que documentam o valor acrescentado de uma mudança.

"A vantagem da fresagem de nervuras foi particularmente grande com o molde HyFiVe", sublinha Maximilian Siebenwurst, Diretor de Gestão de Projetos e Design de Produtos. "Optar pela fresagem de nervuras em vez da EDM para abertura de matrizes resultou numa potencial poupança de custos de até 30 % nesta área." Para além disso, haveria também os custos do esforço de polimento, significativamente mais elevado.

Em suma, o projeto de fresagem de nervuras foi um sucesso total, resume Xaver Ferstl. Isto também se aplica à elevada qualidade das superfícies laterais fresadas, o que é extremamente importante para o processo de desmoldagem. O funcionamento com pouca vibração da fresa ETMP de 4 mm, apesar do enorme comprimento da saliência de mais de 14 x D, continua a impressioná-lo. "O facto de esta ter funcionado tão bem é, por si só, um ponto alto", sublinha. "E isso com a entrega e a rapidez. Porque não nos podemos esquecer que só precisámos de cinco horas por painel com nervuras."

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O ETMP-TH está disponível com diâmetros que variam de
2 a 6 mm e comprimentos úteis de 6, 8 e 10xDC.
Para esta aplicação, foi adicionada uma retificação de folga de 5 mm de comprimento acima da área de convexidade (não visível nesta imagem).

A cooperação é a chave para o sucesso!

Christian Karl Siebenwurst
Construção de modelos e moldes

O principal objetivo da empresa familiar com sede em Dietfurt, Altmühltal, Alemanha, é a conceção e o fabrico de ferramentas de moldagem por injeção complexas. Isto também inclui soluções completas para processos especiais para a produção de componentes grandes e complexos - com foco em soluções leves.
Os especialistas da Siebenwurst planeiam e fabricam ferramentas de moldagem por injeção e prensagem para vários processos e tecnologias, tais como chapa orgânica, processos híbridos, hidroformação, RIM RTM e muitos outros.

Fabrica igualmente ferramentas de estampagem e de conformação. O foco principal é o setor automóvel, embora os clientes venham cada vez mais de outros setores, como o ambiente ou a energia. Toda a cadeia de processos é coberta, desde o modelo de conceção até à experimentação e à produção de pequenas séries, para a qual a própria oficina de moldagem por injeção da empresa também contribui. Em 2020, a Siebenwurst expandiu o seu portefólio para incluir a construção de máquinas especiais. Cerca de 150 moldes são fabricados anualmente nas instalações de Dietfurt, que emprega atualmente 300 pessoas.

A empresa colabora com várias universidades e outras instituições de investigação no domínio da construção leve, bem como no projeto HyFiVe. Por último, mas não menos importante, o compromisso da Siebenwurst com a otimização de processos e tecnologias inovadoras valeu-lhe o prémio "Toolmaker of the Year" três vezes até agora (2009, 2012, 2018). Este prémio é atribuído anualmente em quatro categorias pelo Laboratório de Máquinas-Ferramenta WZL da Universidade RWTH Aachen e pelo Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Produção IPT.

www.siebenwurst.com

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