A Indústria 4.0 na fabricação de moldes e matrizes

Para a Iscar (*), assim como para qualquer outro fabricante de ferramenta de corte, a fabricação de moldes e matrizes é um segmento importante de consumo.

Esse segmento industrial não somente consome mais e mais ferramentas assim como está constantemente demandando novas soluções, o que tem um impacto significante no avanço das ferramentas de corte. Estas demandas são típicas em todos os segmentos industriais: o cliente está sempre interessado em ferramentas mais produtivas, confiáveis e precisas. No entanto, características específicas da fabricação de moldes e matrizes necessitam de considerações especiais de projetos além dos requerimentos usuais.

Materiais, perfis usinados e estratégias de usinagem são três características distintas de moldes e matrizes e têm uma influência substancial na demanda de ferramentas de corte. De acordo com a Iscar, somente um desenvolvimento holístico do conceito da ferramenta baseado nestas três características, combinado com a integração de desenvolvimentos digitalizados baseados na Indústria 4.0, irá nos levar a soluções de sucesso para o setor de moldes e matrizes.

Materiais Desafiadores- O principal material para a indústria de moldes e matrizes é o aço, usualmente endurecido. A dureza da peça é o principal fator que influencia na escolha do material da ferramenta e a sua geometria de corte. Vários métodos de reparos para moldes e matrizes desgastadas e danificadas usam solda, deposição de material, tratamento a laser etc., que são aplicados sobre as superfícies afetadas.

Usinagens posteriores destas superfícies requerem uma ferramenta de corte para remover o material excedente que possui camadas relativamente endurecidas e macias. Esta condição significantemente reduz a vida da ferramenta e requer que o fabricante da ferramenta faça um esforço extra para compensar e garantir a necessária durabilidade.

Perfis Complexos- Moldes e matrizes possuem perfis complexos. Um perfil de trabalho tridimensional (3D) é típico em um molde (matriz) e a habilidade de usinar efetivamente uma superfície 3D é um importante requisito para a ferramenta de corte. Espera-se que a ferramenta tenha as características necessárias para a obtenção de um perfil perfeito e proporcionar um bom acabamento superficial e também a vida necessária para usinar o perfil completo solicitado em uma única operação.

Usinagem- A fabricação de moldes e matrizes requer vários processos de usinagem: torneamento, fresamento, furação, alargamento e outros, embora ferramentas de corte para moldes e matrizes estejam primeiramente associadas ao fresamento. As características especificas dos moldes e matrizes - predominância de peças que não são rotativas, o perfil complexo das superfícies usinadas, a necessidade de produzir cavidades que requerem uma remoção considerável de material etc. - faz com que as ferramentas de fresamento sejam as mais utilizadas neste segmento.

Devido à necessidade constante de aumento de produtividade na fabricação de moldes e matrizes para novos produtos, este setor foi um dos primeiros a adotar métodos avançados de usinagem tais como fresamento de alta eficiência (HSM), fresamento de alto avanço (HFM) e a desenvolver estratégias eficientes de usinagem.

Os métodos e técnicas modernas que foram introduzidas impactaram grandemente as ferramentas de cortes, apresentando novas demandas para os fabricantes de ferramentas. Ao longo dos anos, estes requisitos têm se tornados mais apertados: fabricantes de moldes e matrizes hoje representam um dos mais exigentes consumidores de ferramentas e esperam que os fabricantes de ferramentas respondam adequadamente as tendências industriais.

A Iscar tem cooperado com sucesso com a indústria de moldes e matrizes ao longo do tempo, constantemente melhorando as suas soluções através da introdução de novos produtos e atualizando os já existentes, assim como fornecendo consultorias e projetos de soluções complexas.

Classes das ferramentas de corte- Na fabricação de moldes e matrizes , fresas de canais estendidos (também conhecidas como de arestas longas) que utilizam insertos intercambiáveis são constantemente utilizadas nos desbastes de cavidades e paredes altas. Estas fresas trabalham em condições de alta carga, e o material do inserto é um fator chave para a melhoria da vida da ferramenta.

Recentemente a Iscar introduziu a classe de metal duro IC845, que possui substrato tenaz e nova nano-cobertura PVD com tratamento pós-cobertura SUMO TEC. A nova classe foi projetada especialmente para usinagens com altas cargas de impacto. Os insertos fabricados na classe IC845 mostram uma vida substancialmente melhor, o que por sua vez proporciona um desempenho melhor à fresa de canais estendidos e fresas de disco quando utilizando insertos nesta classe.

A linha de fresas de topo de metal duro inteiriço Iscar foi expandida com o acréscimo da classe IC702, cuja principal aplicação é a usinagem eficiente de materiais endurecidos (até HRC 65).

Perfil Avançado- Na usinagem de superfícies complexas, as fresas mais utilizadas são as torodais e as de topo esférico. A Iscar oferece para os fabricantes de moldes e matrizes uma linha extensa de fresas com os seguintes designs: fresas com insertos intercambiáveis, fresas de topo com cabeças intercambiáveis e fresas de topo inteiriças de metal duro.

Elas são diferentes no tamanho nominal, precisão, método de montagem (haste ou porta-fresa) e gama de aplicações, de acordo com a dureza da peça (se baixa, moderada ou alta). Fabricação de moldes e matrizes é feita normalmente por fabricantes médios e pequenos. Para esses fabricantes, a versatilidade da ferramenta (multifuncionalidade) é um fator importante na escolha da ferramenta.

A recente campanha LOGIQ da Iscar introduziu um novo produto direcionado especialmente para este mercado desafiador: a família TOR6MILL de fresas que montam insertos intercambiáveis. A fresa TOR6MILL (Fig. 1) monta insertos de quatro diferentes geometrias. Montando o inserto apropriado na fresa podemos ter uma solução toroidal, 90°, 45° ou fresa de alto avanço. A fresa pode ser utilizada na usinagem de superfícies 3D, esquadrejamento, faceamento, chanframento ou como fresa de desbaste de alto avanço de alta produtividade.


Tecnologias Inovadoras - Fresamento de alto avanço e fresamento de alta eficiência já provaram que são poderosos métodos que aumentam significativamente a produtividade da usinagem ao mesmo tempo que reduzem operações manuais, consequentemente reduzindo bastante o tempo de fabricação. Em grande parte, devido à introdução oportuna desses métodos eficientes, a indústria de moldes e matrizes conseguiu atender as demandas cada vez maiores de moldes e matrizes que ocorreram nos anos 90.

Fresamento de Alto Avanço- Hoje, os produtores de ferramentas de corte oferecem ótimas opções de fresas de alto avanço, e a linha de ferramentas de fresamento de alto avanço (também conhecida como avanço rápido ou FF) da Iscar parece ser a mais ampla. A linha de fresamento de alto avanço da Iscar compreende mais de 10 famílias de ferramentas que diferem em seu princípio de projeto (indexável, sólido, com cabeças substituíveis), diâmetro nominal, geometria de corte, método de montagem e aplicabilidade ( usinagem de faces, bolsões, cavidades profundas). Esta gama diversificada permite que os fabricantes de moldes e matrizes selecionem a fresa ideal para a sua necessidade.

A Iscar considera as ferramentas de fresamento de alto avanço como importantes impulsionadores da produtividade e continua a desenvolver a linha com a introdução de novas famílias e aprimorando as já existentes. Não surpreendentemente, os principais produtos de fresamento apresentados na recente campanha de marketing de ferramenta de corte LOGIQ da Iscar estavam diretamente relacionados as fresas de alto avanço.

NAN3FEED e MICRO3FEED, duas das mais recentes famílias Iscar de fresas de alto avanço que montam insertos intercambiáveis, apresentam faixa de diâmetro de 8-16 mm. Embora as fresas de topo inteiriças de metal duro tradicionalmente dominem esta faixa, os especialistas da Iscar acreditam que as vantagens do conceito de pastilha intercambiável para usinagem de desbaste posicionarão as famílias como alternativas sérias e com boa relação custo-benefício aos designs de metal duro.

A família LOGIQ4FEED de fresas de alto avanço (fig.2) apresenta insertos de face dupla “em forma de osso”. Este perfil de inserto incomum com quatro arestas de corte, com uma excepcional capacidade de rampa de descida que define a principal aplicação da família: fresamento em desbaste de alta eficiência de cavidades, particularmente cavidades profundas. As fresas são adequadas para usinagem de peças com dureza até HRC 50.


Fresamento de Alta Eficiência- Expandindo a gama de produtos destinada ao fresamento de alta eficiência, a Iscar introduziu fresas de topo inteiriças de metal duro de múltiplos canais com diâmetros de 2 a 20 mm para operações de acabamento de alta eficiência e semi-acabamento.

As fresas de topo são produzidas com o grau de metal duro ultrafino IC902, que foi desenvolvido para usinar materiais duros e têm uma relação comprimento de corte-diâmetro de até 6. Elas são utilizadas com rotações de até 20 mil rpm. A aplicação de fresas de topo de metal duro para fresamento em desbaste de abertura de canais e cavidades - por técnica trocoidal e alta taxa de remoção de material (MRR) - tem também chamado à atenção dos fabricantes de moldes e matrizes.

Opções Multi-Master- A necessidade de customizar moldes e matrizes para produtos específicos é o motivo pelo qual a fabricação de moldes e matrizes é geralmente de baixo volume ou mesmo peça única, o que resulta em grande número de fabricantes de pequeno e médio portes envolvidos na fabricação de moldes e matrizes. Para estes fabricantes, a utilização eficiente de ferramentas de corte e o gerenciamento bem executado de estoque de ferramentas são de importância fundamental.

No entanto, a customização geralmente requer uma configuração de ferramenta específica para usinar áreas de peças de difícil acesso. Nem todas as ferramentas de corte em um estoque de ferramentas são ideais para esse tipo de usinagem, mas “customizar” a ferramenta ao solicitar um projeto feito sob medida está longe de ser a melhor solução.

A família Multi-Master da Iscar (fig.3) de ferramentas montadas com cabeçotes de corte intercambiáveis ajuda a superar essas dificuldades.


De acordo com o conceito Multi-Master, a cabeça é adequada para montagem em diferentes corpos de ferramenta (hastes), e a haste pode montar diferentes cabeças. As cabeças são variadas em forma, geometria de corte e diâmetro e são projetadas para usinar superfícies 3D, esquadrejar, faces e ranhuras, chanfros e furos. As hastes cilíndricas e de perfil cônico apresentam dimensões diferentes para uma gama de balanços. Suas opções de projeto asseguram a fixação nos porta-ferramentas, porta-pinças ou diretamente no fuso da máquinas.

A Multi-Master, com sua rica variedade de cabeças, hastes, redutores e extensões, possibilita mais de 40 mil diferentes configurações de montagens. As ferramentas Multi-Master cumprem integralmente os requisitos do importante princípio “no-setup time”, já que a substituição de uma cabeça gasta não requer operações de configuração adicionais. A cabeça pode ser substituída sem removê-la da uma máquina, o que diminui significativamente o tempo de inatividade. Esses recursos tornam a família extremamente popular na indústria de moldes e matrizes.

Montagem Online de Ferramentas para Simulação- A característica de baixo volume da fabricação de moldes e matrizes e as formas usinadas altamente precisas torna qualquer desvio das especificações do molde (matriz) um calcanhar de Aquiles.

Mesmo um pequeno erro pode rejeitar um produto inteiro. Impulsionada pelos desenvolvimentos da Indústria 4.0, a modernização na fabricação está fornecendo aos fabricantes de moldes e matrizes um instrumento eficaz para superar esse obstáculo: a modelagem computacional de processos de usinagem. Isso garante a implementação de estratégias de usinagem e trajetórias da ferramenta produtivas e otimização de dados de corte e prevenção de possíveis colisões.

A Iscar expandiu seus recursos digitais com a introdução de uma opção de montagens de ferramentas de corte em seu catálogo eletrônico, que contém dados acessíveis e precisos das ferramentas para pré-usinagem digital. Criar a representação digital de uma ferramenta que seria a representação de uma montagem, com base na norma ISO 13399, facilita a comunicação precisa das informações da ferramenta entre os sistemas de software.

A integração dessa nova função ao sistema CAD/CAM de um fabricante de moldes e matrizes pode evitar erros no chão de fábrica durante a usinagem, enquanto que a capacidade de planejar múltiplas montagens economiza tempo e custos no processo de planejamento. A empresa planeja expandir seus produtos com dados direcionados para Indústria 4.0 e conectar para os fabricantes de moldes e matrizes os mundos digital e virtual da manufatura.

Muitos produtos ao nosso redor são fabricados usando moldes e matrizes, e a demanda por esses produtos cresce constantemente. Os avanços em segmentos industriais, como a indústria automotiva, um dos principais consumidores de moldes e matrizes, têm um grande impacto na fabricação de moldes e matrizes. Mais solicitações de moldes e matrizes levarão a um novo nível de requisitos para os fabricantes de ferramentas de corte. A Iscar afirma que os fabricantes de ferramentas de corte devem antecipar essas demandas e agir de acordo, fornecendo as soluções necessárias.

(*) Artigo escrito pela equipe de engenharia da matriz da Iscar, em Israel. Traduzido e adaptado pela Engenharia de Fresamento da Iscar do Brasil.

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