Sustentabilidade na usinagem: Qual é o papel do suporte de ferramenta?

Mantendo um olhar atento em todo o processo.

Considerações sobre sustentabilidade estão atualmente "na moda". A usinagem e os equipamentos usados para tal não são exceção. Elementos individuais, como o suporte de ferramenta, são frequentemente considerados. No entanto, se realmente deseja agir de maneira sustentável, não deve focar-se demasiado nesses detalhes, caso contrário, pode perder vantagens no processo global.

A sustentabilidade é um tema que está justamente se tornando cada vez mais importante para nós. Os recursos são limitados e a energia está se tornando cada vez mais cara. Ao avaliar a sustentabilidade, é importante não se concentrar muito estreitamente em um produto, mas também considerar o ambiente - o ciclo de vida do produto e todo o processo no qual o produto é integrado.

Como a sustentabilidade se apresenta na usinagem?
A usinagem de metais possui muitos aspectos. Dependendo do material, geometria do componente e quantidade, uma ampla variedade de máquinas, ferramentas e dispositivos de fixação são utilizados. Circunstâncias externas, como a localização da produção, as qualificações dos funcionários e a possível automação, também devem ser consideradas. Existem muitas opções de fabricação diferentes que podem ser a melhor, mais econômica e mais sustentável solução, dependendo do caso individual. É difícil evitar comparações entre situações muito distintas.

Como a sustentabilidade é medida?
Além dos materiais utilizados, a eficiência energética é provavelmente o fator principal que determina um processo sustentável. Portanto, uma abordagem promissora é identificar os maiores consumidores e otimizar o seu uso.

A máquina-ferramenta oferece potencial de economia.
Na usinagem, isso é indiscutivelmente atribuído à máquina-ferramenta, que consome a maioria da energia utilizada com seus acionamentos de fuso e eixos, periféricos e unidades auxiliares, como refrigeração, lubrificação ou fornecimento de ar comprimido. Ao adquirir novas máquinas, o usuário pode reduzir significativamente o consumo ao prestar atenção a componentes econômicos em termos de energia. Andreas Haimer, Diretor Executivo e Presidente do Grupo HAIMER, líder de mercado em tecnologia de suporte de ferramentas, explica: "Em nossa própria produção, aprendemos que a substituição de um antigo centro de usinagem por um novo, mantendo o mesmo processo de usinagem, requer cerca de 30% menos energia." Ele adiciona outro fator fundamental: "Como uma empresa familiar, damos muita atenção à sustentabilidade. Por exemplo, obtemos nosso aço para ferramentas da Alemanha, usamos exclusivamente eletricidade de fontes renováveis há anos e investimos em sistemas de energia solar e infraestrutura verde. No último exercício financeiro, investimos um total de mais de um milhão de euros e economizamos mais de 250 toneladas de CO2 por ano."

De volta à maquinaria, onde nem todo centro de usinagem mais antigo pode ser substituído por um novo, economias também podem ser realizadas no processo de usinagem, por exemplo, através do uso de estratégias de usinagem otimizadas por CAD/CAM, como a fresagem trocoidal. Andreas Haimer tem um exemplo concreto: "Um cliente nos forneceu dados sobre como ele conseguiu reduzir o tempo de usinagem em 75%, de 71 minutos para 18 minutos por peça, ao utilizar a fresagem trocoidal com nossos mandris de aperto HAIMER Power e fresas HAIMER MILL em comparação com a usinagem com uma fresa frontal. A mudança na estratégia de usinagem foi acompanhada por economias de energia devido ao consumo significativamente menor de energia. Enquanto a carga do fuso era de 80-85% para 10 peças na usinagem convencional com uma fresa frontal, resultando em custos totais de energia de cerca de EUR 150, a estratégia de fresagem trocoidal, com uma carga do fuso de 8-10% e tempo de operação da máquina significativamente mais curto, reduziu os custos de energia para um total de EUR 5 para 10 peças. Isso, por sua vez, significa uma produção mais alta com menor consumo de energia por peça produzida - isso é o que eu chamo de sustentável e eficiente.”

"A sustentabilidade do suporte de ferramentas: uma abordagem holística”
Se observarmos toda a cadeia de processos, já pensou em como um suporte de ferramenta poderia contribuir para a sustentabilidade?

Em vista de um processo de usinagem no qual a fresadora consome, em média, cerca de 30 kW, além da energia de dispositivos hidráulicos e pneumáticos, equipamentos de automação e robôs, o suporte de ferramenta desempenha apenas um papel secundário. Isso ocorre porque o suporte de ferramenta é um detalhe comparativamente pequeno, mesmo que o processo de fixação com um mandril de aperto cônico consuma uma quantidade mínima de energia.

Ao analisar outros sistemas de fixação, o consumo de energia durante o processo de fixação é maior em uso operacional do que com um mandril hidráulico ou de fresamento. Se olharmos para o ciclo de vida completo de um suporte de ferramenta, que inclui produção, manutenção e descarte, uma imagem completamente diferente emerge.
A produção de um mandril hidráulico requer esforço e energia significativamente maiores devido à sua estrutura mais complexa. Além da usinagem de alta precisão de componentes individuais, há também a soldagem da manga de expansão, tratamento térmico adicional para evitar a quebra da junta de solda, bem como o esforço necessário para limpeza, montagem e enchimento com óleo. "De acordo com nossa experiência, a energia necessária para a produção é cerca de três vezes maior do que para o mandril de aperto cônico", explica Andreas Haimer. "Além dos mandris de aperto cônico, também temos mandris hidráulicos em nosso extenso portfólio, embora seus preços de lista sejam duas a três vezes mais altos do que os mandris de aperto cônico devido ao processo de produção complexo. Eles são a solução certa para determinadas aplicações. No entanto, não são mais sustentáveis. Nossas análises mostraram que um mandril hidráulico requer aproximadamente 25 kWh a mais de energia para fabricação do que um mandril de aperto cônico. Por outro lado, em termos de ciclo de vida do produto, isso significa que um mandril de aperto cônico, com uma necessidade de energia de 0,026 kWh por ciclo de fixação e resfriamento, pode ser utilizado quase 1.000 vezes antes de requerer mais energia do que um mandril hidráulico." O mesmo se aplica aos mandris de fresamento, que são muito mais complexos e contêm mais componentes, bem como graxa e lubrificantes.

Ciclo de vida e confiabilidade do processo são cruciais.
Além dos custos de fabricação aumentados, há também a diferença em termos de manutenção. Enquanto os mandris de aperto cônico da Haimer são isentos de manutenção devido à qualidade especialmente alta do aço para ferramentas a quente e, em combinação com a tecnologia patenteada de bobina e máquina de encolhimento da Haimer, podem ser encolhidos e expandidos um número ilimitado de vezes, os mandris hidráulicos e mandris de fresamento precisam ser devolvidos ao fabricante a cada 2-3 anos, no máximo, para verificar a força de fixação, lubrificar o parafuso de fixação ou lubrificar o sistema e realizar manutenção regular do mandril devido ao desgaste. O fluido hidráulico ou graxa contidos também tornam a disposição ambientalmente amigável mais difícil do que com os mandris de aperto cônico, que não contêm componentes adicionais. Além do ciclo de vida, também existem diferenças significativas em termos de confiabilidade do processo: em caso de usinagem a seco ou resfriamento insuficiente no processo de usinagem, os mandris hidráulicos apresentam o risco de ruptura das câmaras de fixação devido ao alto desenvolvimento de calor, incluindo a retirada da ferramenta e o risco de peças defeituosas. Os mandris de aperto cônico são mais robustos e duráveis nesse aspecto; se quiser eliminar completamente o risco de retirada da ferramenta, o sistema Haimer Safe-Lock está disponível como opção para os mandris de aperto cônico para 100% de segurança.

Consumo de energia em perspectiva.
Mas como é realmente calculado o consumo de energia durante o processo de encolhimento? Aquecer um mandril de aperto cônico leva cerca de 5 segundos com uma máquina de encolhimento atual da HAIMER. Usuários experientes encolhem uma ferramenta de corte desgastada e encolhem uma nova ferramenta de corte em uma única operação. Portanto, o suporte de ferramenta é aquecido e resfriado apenas uma vez. A potência máxima de uma máquina de encolhimento HAIMER Power Clamp com a bobina patenteada NG é de 13 kW, mas a média é de 8 kW. Isso significa que um único processo completo de encolhimento consome cerca de 0,011 kWh. Além disso, o resfriamento consome cerca de 0,015 kWh - embora os dispositivos Haimer possam resfriar até cinco suportes simultaneamente com quase o mesmo consumo de energia. No pior cenário, isso resulta em um total de 0,026 kWh para todo o processo. Se um quilowatt-hora custar 20 centavos, encolher e resfriar uma ferramenta custa cerca de 0,5 centavos.

E como deve ser classificado o consumo de energia ao considerar o processo de usinagem, no qual o consumo de energia de uma fresadora com todos os acionamentos auxiliares é de cerca de 30 kW? Supondo que uma ferramenta esteja em uso por aproximadamente 1 hora e que mesmo apenas um por cento do tempo de usinagem possa ser economizado graças à alta concentricidade e rigidez ou às estratégias de fresamento aprimoradas devido ao contorno fino, seria economizado 0,3 kWh de energia. Isso é aproximadamente 11 vezes a quantidade de energia usada para encolher.
Andreas Haimer resume: "O consumo de energia por processo de fixação desempenha um papel insignificante em comparação com as questões de ciclo de vida, confiabilidade do processo e estratégia de usinagem. Estratégias modernas de fresamento otimizadas por CAD/CAM podem economizar 75 por cento do tempo de usinagem. Os usinadores devem focar em processos aprimorados como esses se quiserem ser sustentáveis e produtivos. E, em uma segunda etapa, devem selecionar o suporte de ferramenta mais adequado e confiável para essas estratégias."
 



Sustentabilidade na HAIMER
Em 2023, a HAIMER investiu mais de um milhão de euros em infraestrutura verde. Entre outras coisas, o sistema de energia solar foi expandido para outros edifícios e convertido para luzes de LED. Isso resultará em uma economia de mais de 250 toneladas de CO2 por ano.



Andreas Haimer com novo mandril híbrido
Andreas Haimer, Presidente do Grupo HAIMER, com um novo mandril híbrido: "Temos uma ampla gama de diferentes suportes de ferramentas. Isso inclui muitos mandris de aperto cônico e, também, mandris hidráulicos. Na EMO, apresentamos uma novidade mundial com o HAIMER Hybrid Chuck. Ele combina as propriedades de amortecimento de vibrações de um mandril hidráulico com as de um mandril de aperto cônico de alta precisão e alto desempenho, abrindo muitas possibilidades para tornar o processo de usinagem ainda mais eficiente e sustentável."

  Peça mais informações…