(*) Marcos Rosenzvaig
(02/03/2014) – A demanda de energia cresceu drasticamente durante a história moderna. Hoje, a energia consumida é cerca de 25 vezes maior que a consumida há 200 anos. A Agência Internacional de Energia (IEA) estima que um nível sem precedentes de investimento – cerca de US$ 1,6 trilhão por ano – serão necessários para suprir a demanda de energia em 2035.
Grandes investimentos em P&D e tecnologias de manufatura são cruciais para manter vantagem competitiva a longo prazo. Empresas de exploração e produção, conhecidas como empresas E&P, são induzidas por demandas contínuas de governos internacionais e estão muito focadas na exploração em águas profundas e ultraprofundas que pressionam os limites da tecnologia.
As águas profundas estão entre as fronteiras de exploração e produção mais importantes e desafiadoras atualmente, cujo sucesso oferece uma oportunidade única para incrementar as reservas mundiais comprovadas de óleo. Conforme a exploração se expande para as águas profundas, elas revelam ambientes cada vez mais desafiadores, técnica e economicamente falando, com infraestrutura de suporte local mínima. Se aprofundar cada vez mais no oceano acarreta desafios tecnológicos sem precedentes. Os equipamentos envolvidos neste ambiente hostil devem ser desenvolvidos cuidadosamente, usando-se tecnologia de ponta e engenharia avançada.
MATERIAIS EXÓTICOS – Existe demanda crescente para usinagem de materiais exóticos, como aço inoxidável, duplex e superduplex, inconel e titânio. Caros, estes materiais são amplamente usados nestes projetos devido as suas propriedades mecânicas e resistência à corrosão na maioria das soluções ácidas-alcalinas e ambientes com cloro.
Para os fornecedores de ferramentas de corte estes materiais fora dos padrões são geralmente categorizados como ligas resistentes a alta temperatura. Buscando otimizar as condições de corte e a tecnologia das ferramentas, é importante considerar as propriedades dos materiais e como elas podem afetar a usinagem. Em termos gerais, há quatro propriedades principais para serem avaliadas antes de escolher as condições corretas de corte e as ferramentas: resistência à tensão, dureza, flexibilidade e condutividade térmica.
Para manter a sincronia entre os rígidos regulamentos de segurança e ambientais em projetos de águas profundas, as empresas E&P devem escolher equipamentos adequados, que suportem os ambientes corrosivos sujeitos à alta pressão e altas temperaturas.
Por exemplo, o Inconel 718 se tornou muito popular entre essas empresas devido às suas propriedades de resistência à corrosão. As microestruturas austeníticas desta superliga baseada em níquel proporcionam alta resistência e rendem força, otimizando os novos requerimentos de alta segurança. Na usinagem do Inconel 718 há problemas maiores a serem verificados, caracterizados pelas temperaturas muito elevadas na aresta de corte da pastilha devido aos elementos abrasivos da composição do material (níquel 50-55% e cromo 17-21%), que resultam em taxas elevadas de desgaste, cavacos, entalhe e quebra da pastilha.
A sensibilidade metalúrgica do Inconel 718 ao estresse residual e aos efeitos de autoendurecimento durante a operação de corte podem reduzir drasticamente a vida útil esperada da ferramenta devido a grandes deformações da aresta de corte mesmo em baixas velocidades de corte.
Como uma das empresas de ferramenta de corte mais avançadas no mundo e buscando usinar de forma eficaz as superligas, a Iscar desenvolveu com êxito a classe de metal duro IC806, que é o resultado da combinação do substrato submícron com cobertura PVD e um tratamento pós-cobertura especial, que oferece maior vida útil da ferramenta e melhor confiabilidade.
Usinar ligas em alta temperatura não é apenas uma questão de escolha da cobertura e substrato corretos, mas é também a escolha da ferramenta de corte e geometria corretas. Por exemplo, o processo de usinagem do inconel cladeado (revestido de solda), geralmente encontrado nos componentes da árvore de natal e da cabeça de poço. A camada relativamente fina de Inconel soldada nas paredes internas destes componentes deve ser usinada com ferramentas de corte de metal duro. Este processo é chamado de mandrilar em desbaste e envolve a preparação de usinagem crítica incluindo, entre outros, a necessidade de longos balanços de ferramentas, remoção de sobremetal instável e corte interrompido.
Todas estas desvantagens muitas vezes levam a vibrações e, como consequência, menor vida de ferramenta de metal duro. Como resultado, a operação de usinagem em revestimento de Inconel se tornou um obstáculo no processo de produção e eventualmente causa altos gastos em manufatura. (Fig. 1)
A solução é clara para os engenheiros de aplicações da Iscar: para esta aplicação recomendam a implementação das exclusivas pastilhas de metal duro SNMG 432-EM-R da linha ISO, desenvolvidas especialmente para usinagem de ligas em altas temperaturas.
Uma das características mais importantes destas pastilhas é a ausência de raio. Seu ângulo de ataque de 45º reduz o desgaste do entalhe e permite melhorar tanto a velocidade quanto o avanço do corte, e proporciona também vida útil da ferramenta de longa duração. (Fig. 2)
Uma aresta de corte reforçada por uma pequena preparação da aresta é seguida de um ângulo de corte de 13º, o que permite profundidade considerável de 6 mm (0,236″) no corte nestes materiais difíceis de cortar.
Contudo, nem o corte nem a geometria destas pastilhas podem garantir a eficiência durante a usinagem das ligas em altas temperaturas, uma vez que é muito difícil alcançar o bom controle de arestas.
Conforme mencionado anteriormente, as ligas de altas temperaturas produzem temperatura muito elevada enquanto estão sendo cortadas. Ao remover de maneira eficiente o calor com a aplicação de refrigeração, os cavacos se tornam menos dúcteis e, deste modo, mais fáceis de quebrar.
O fato é que o sistema anterior de fornecimento de refrigeração externa não é mais usado. A refrigeração através do fuso e das ferramentas são obrigatórias quando há usinagem de ligas de alta temperatura.
Hoje, as máquinas CNC padrão geralmente são equipadas com sistemas de refrigeração tradicionais, que fornecem a refrigeração em baixa pressão. Porém, quando há usinagem de ligas de alta temperatura, a faixa de calor gerada vai além do ponto de ebulição do refrigerante, que evapora antes de chegar à zona de corte da usinagem, causando choque térmico nas arestas de corte e eventualmente um impacto negativo na vida das pastilhas.
Sistemas de refrigeração de alta pressão podem ultrapassar esta barreira termodinâmica pressurizando o refrigerante e entregando um volume de líquido suficiente através dos pequenos bocais de saída. Na pressão atmosférica, o refrigerante correndo nos bocais podem alcançar velocidades muito altas. Como resultado, é gerada uma força considerável nos cavacos, diminuindo a temperatura e protegendo a aresta de corte de choques térmicos, garantindo maior vida útil de ferramenta com pastilha de metal duro e melhor acabamento da superfície da peça.
Um exemplo de um sistema de ferramenta de refrigeração de alta pressão eficaz para centros de torneamento, tornos verticais e máquinas multitarefas é o sistema JHP da Iscar, que foi uma das primeiras fornecedoras de ferramentas de corte que atendeu às necessidades do mercado ao desenvolver e fornecer ferramentas para fluxos de refrigeração de alta e ultraalta pressão. (Fig. 3)
Implementando este sistema de ferramentas de refrigeração de alta pressão, cavacos menores podem ser controlados mais facilmente – eles não se entrelaçam ao redor da peça ou dos componentes da máquina, assim não há necessidade de parar o processo frequentemente. Esta vantagem/característica adicional aumenta a produtividade e corta altos custos de fabricação.
Foi provado que a aplicação de refrigerante de alta pressão melhora consideravelmente a vida da ferramenta e controla cavacos quando há usinagem de aços inoxidáveis e ligas de alta temperatura. A nova geração de ferramentas de corte de alta pressão da Iscar é essencial para aumentar a produtividade da indústria de óleo e gás atualmente.
FURAchr38Ccedil;ÃO – O amplo e rápido crescimento da linha de furação da Iscar provou ser a melhor solução quando clientes de óleo e gás avaliam a eficiência da fabricação. Por exemplo, a nova SumoGun é a única broca canhão no mercado com cabeça de furação intercambiável, oferecendo duas arestas de corte eficazes. São muito mais produtivas que as brocas canhão tradicionais com pontas soldadas. A broca tem o mesmo conceito das brocas SumoCham com ponteiras de tamanhos intermediários e geometrias para vários materiais.
A SumoGun possibilita a substituição da ponteira dentro da máquina, portanto não há necessidade de remover a broca para a troca da ponta. Oferece dois canais retos e alinhados com a ponteira SumoCham padrão, o que permite furos mais profundos e com taxas de avanço maiores quando comparada com as outras brocas canhão disponíveis no mercado. (Fig. 4)
A flexibilidade deste novo produto oferece a capacidade de fixar as diferentes geometrias de ponteiras de acordo com o material e o tipo de aplicação. As ponteiras SumoCham podem ser removidas facilmente usando chave plástica de poliamida. (Fig. 5).
As brocas canhão SumoGun modulares padrão vem com uma característica adicional que é a troca modular da haste (acionador). Esta solução revolucionária conta com conexão traseira, o que permite a fixação de diferentes padrões de tamanhos e tipos de hastes.
A nova SumoGun está disponível na faixa de diâmetro de 14 a 25mm, e conta com as ponteiras intercambiáveis padrão SumoCham. Cada ferramenta com diâmetro padrão está disponível com canal medindo 400 e 800 mm de comprimento e podem ser usadas em centros de usinagem horizontais padrão, em tornos, em máquinas multitarefa e máquinas dedicadas para broca canhão. O corpo destas ferramentas são revestidos de níquel para fluxo constante e ininterrupto de cavacos.
Para uso em furações com diâmetro maior que 25 mm, o novo sistema de furos da Iscar, a CombiCham, é uma das melhores soluções para aumentar a produtividade e a eficiência no que diz respeito ao uso em furações profundas de óleo e gás. (Fig. 6)
Este novo sistema de furação modular está disponível na faixa de diâmetros de 26 a 50 mm. É capaz de alcançar 5xD, oferecendo pontas de brocas de metal duro intercambiáveis fixadas em uma cabeça de furação piloto SumoCham intercambiável que está fixada firmemente ao corpo da broca.
Estas características de brocas inovadoras oferecem uma ponteira piloto SumoCham e pastilhas retificadas quadradas com alisadores em vários tamanhos, feitas na classe IC 808, uma nova classe de cobertura PVD da Iscar. Como a broca é realmente eficiente, ela permite furação com altas taxas de avanço, oferecendo alto nível de precisão e ótimo acabamento superficial.
CAVIDADES – Para usinagem de cavidades profundas nas peças do segmento de óleo e gás é recomendado o uso de ferramentas confiáveis que garantam a rigidez, vida da ferramenta, repetibilidade, precisão e performance de vida de ferramenta otimizada.
Neste caso, a tecnologia de usinagem mais avançada é a fresa de metal duro de EEP sólido “tudo em um”. Seu design de alta tecnologia fornece as melhores vantagens no fresamento das cavidades, oferecendo uma combinação imbatível das fresas de topo mais inovadoras.
A fresa de topo de metal duro EFP FeedMill traz configuração de aresta de corte com raio grande que permite taxas de avanço altamente melhoradas de até 0,5 mm/faca e profundidade de corte de 0,3 a 1,0 mm. Como resultado, a fresa oferece redução significativa no tempo de ciclo, o que aumenta a produtividade. (Fig. 7)
A geometria exclusiva das arestas de corte axial direciona a carga de corte através do fuso, oferecendo alta estabilidade durante o corte e possibilitando altas taxas de avanço, mesmo com ferramentas de balanço longo. Esta característica exclusiva permite altas taxas de remoção de material durante a usinagem de alojamentos e cavidades em ligas de alta temperatura.
Depois da penetração na cavidade, as arestas de corte serrilhada oferecem picos planos, que permitem melhor acabamento da superfície em comparação com outras fresas de topo para desbaste. Os canais de divisão de cavaco também efetuam melhor distribuição de força, combinada com o passo variável da ChatterFree, que é a solução vencedora para taxas máximas de remoção de material.
Esta fresa exclusiva de metal duro está disponível na faixa de diâmetro de 6 a 20 mm, com 4 e 5 canais. Com cobertura da classe de submícron IC 903, esta classe de material duro oferece um substrato da classe ultrafina que é protegida pela tecnologia de cobertura AL-TEC.
A combinação destes parâmetros oferece excelente resistência ao desgaste e tenacidade. Esta fresa de metal duro EFP também é eficaz nas aplicações de óleo e gás que precisam ser usinados em máquinas de baixa potência, equipadas com conexões de adaptação ISO40 / CAT40 / BT40.
A indústria de óleo e gás fornece para os 6,9 bilhões de pessoas no mundo 60% de suas necessidades de energia diárias. Óleo e gás têm sido encontrados de forma crescente em áreas desafiadoras, como águas profundas, regiões árticas e regiões politicamente desafiadoras do mundo. Os projetos de águas profundas da superfície até o leito do mar estão tipicamente em profundidades de 1500 a 2000 m e o número de poços perfurados em profundidades de até 7000 m continua crescendo. Para cumprir com estes desafios e manter a produtividade econômica, a Iscar desenvolveu ferramentas de corte inovadoras e avançadas, apropriadas para usinagem de materiais exóticos que possam suportar os ambientes hostis de águas profundas.
(*) Marcos Rosenzvaig é engenheiro da equipe Oil & Gas Industry da Iscar em Tefen, Israel
