FOCO NO DESEMPENHO

AMRC

A Mitsubishi Materials eleva a indústria aeroespacial para um novo patamar.

Devido à sua expansão global, a indústria aeroespacial tornou-se um dos setores industriais mais importantes e sua tecnologia é impulsionada pelos EUA e Europa. À frente deste setor produtivo está o AMRC (Advanced Manufacturing Research Centre), um centro de excelência internacional em pesquisa de tecnologias de manufatura avançada, usadas na indústria aeroespacial. Para esta primeira edição da revista interna da Mitsubishi Materials, nossa equipe editorial visitou o AMRC para entender como a parceria entre a Mitsubishi Materials e o AMRC beneficia o setor aeroespacial.

O que é AMRC?

Adrian Allen OBE Diretor comercial e cofundador do AMRC

Localizado no Reino Unido, no distrito metropolitano de Rotherham, próximo a Sheffield, o AMRC foi inicialmente fundado em 2001 com a colaboração entre a Universidade de Sheffield e a Boeing, com o apoio da agência de desenvolvimento regional "Yorkshire Forward" e do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional. Os centros de pesquisa integrados do AMRC contam com especialistas em diferentes áreas como usinagem, fundição, soldagem, compósitos e tecnologia de impressão 3D, além de oferecer treinamento para estes profissionais.

Atualmente com mais de 80 parceiros industriais, entre eles a Boeing, Rolls Royce, BAE Systems, Airbus e, claro, a Mitsubishi Materials, o centro de pesquisa funciona como um mecanismo de apoio para a indústria aeroespacial. Através da colaboração com diversas marcas de tecnologia de ponta, como Mitsubishi, DMG Mori Seiki, Nikken, NCMT, Renishaw e Starrag, o AMRC desenvolve inovações para beneficiar empresas do setor aeroespacial, cujos objetivos principais são maior rapidez e maior eficiência na fabricação e montagem de componentes, sem a necessidade de expandir suas instalações ou estrutura.

Estima-se que até 2032, a demanda global exigirá 29.000 novos aviões civis de grande porte, 24.000 jatos executivos e 5.800 aviões regionais, com um total avaliado em mais de US$5 trilhões. Neste contexto, os centros de pesquisa, como o AMRC, promovem a inovação em conjunto com as empresas do setor para atender a essa demanda global das linhas aéreas.

Durante a nossa visita ao AMRC, falamos com Adrian Allen OBE*, diretor comercial e cofundador do AMRC, que revelou a ambição inicial por trás da fundação do centro de tecnologia há mais de dez anos atrás.

“Quando o professor Keith Ridgway CBE* e eu fundamos o AMRC, uma das nossas principais ambições era a criação de riqueza sustentável para todos os envolvidos. Nós não definimos a riqueza puramente em termos monetários, mas em termos de criação de postos de trabalho altamente qualificados, valor e lucro para os nossos parceiros. No início, nós definimos metas tangíveis contra uma linha do tempo, mas depois que construímos o nosso primeiro centro em 2004, logo superamos as nossas metas e dobramos de tamanho em quatro anos. Em 2014, abrimos o nosso centro de treinamento com o ingresso de 160 aprendizes inicialmente, mas com o rápido crescimento, chegamos ao número atual de mais de 400 aprendizes. Um dos nossos objetivos iniciais era gerar empregos de engenharia altamente qualificados e, com este centro, estamos realizando nossas ambições e criando a próxima geração de engenheiros do Reino Unido.”

O AMRC tem hoje sete edifícios e uma área construída de 38.925m2 incluindo a mais recente expansão, o "Projeto Fábrica 2050". Inaugurado em 2015, esta é a primeira fábrica digital totalmente reconfigurável do Reino Unido.

*OBE / CBE: Títulos de honra do Império Britânico.

O que acontece no chão de fábrica do AMRC?

Tom Jones General Manager, MMC Hardmetal U.K. Ltd.

O chão de fábrica do AMRC é considerado o campo de testes da indústria para a próxima geração de tecnologia de produção. Por exemplo, as ferramentas de usinagem utilizadas no AMRC possuem elevado conteúdo tecnológico e são fornecidas por fabricantes de ferramentas ou por fabricantes de aeronaves. Os novos desenvolvimentos tecnológicos em fluidos de corte, ferramentas de corte, fixação de peça e de ferramentas, software CAM e estratégias de usinagem, assim como as novas composições de material são todos testados ao limite nas máquinas.

Para garantir o sucesso da adaptação dos resultados da pesquisa à produção em massa, o AMRC também realiza testes em máquinas padrão da indústria. Para os fabricantes de aeronaves, a vantagem deste processo é que as ferramentas de corte existentes são otimizadas através da introdução de novas técnicas e estratégias, sem interromper a sua linha de produção. Já para os fornecedores de componentes aeroespaciais, sua tecnologia é rigorosamente testada sob condições definidas pelos principais nomes na indústria aeroespacial. O teste abrangente da fresa Mitsubishi Coolstar é um exemplo.

Em 2014, a Mitsubishi Materials foi homologada como um dos parceiros do AMRC. Desde então, a Mitsubishi Materials fornece ao AMRC as suas mais recentes inovações em ferramentas de corte e os conhecimentos técnicos em usinagem. Em contrapartida, o AMRC disponibiliza para a Mitsubishi o 'feedback' e os resultados completos dos testes realizados com as ferramentas de corte.

Quais são as contribuições da Mitsubishi Materials para o AMRC?

Destacando a importância da contribuição da Mitsubishi no AMRC, Adrian Allen OBE* afirma: “Estamos orgulhosos e honrados em trabalhar com a Mitsubishi Materials. Os fabricantes japoneses têm mudado a paisagem industrial no mundo e podemos dizer que sem as parcerias com as empresas japonesas, o AMRC não teria a mesma estrutura que tem hoje.”

“Como uma entidade comercial, queremos estar associados às grandes marcas da indústria que têm o domínio das mais avançadas tecnologias. Esta parceria potencializa a nossa força abrangente e impulsiona o desenvolvimento tecnológico na indústria aeroespacial. Mitsubishi é um nome muito conhecido e altamente respeitado na Europa. É um nome que traz elogios ao AMRC e ajuda a construir a marca AMRC. Nós nos esforçamos para sermos reconhecidos e respeitados, e o nosso objetivo final é beneficiar todos os nossos parceiros. Por trás disso, fazemos uma visão holística do setor e queremos manter o vínculo com as empresas líderes globais, para que possamos utilizar as melhores tecnologias, produtos e conhecimentos disponíveis. A Mitsubishi Materials é uma das principais impulsionadoras dos avanços tecnológicos em ferramentas de corte e gostaríamos de manter uma colaboração cada vez mais estreita.”

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Quais são os benefícios para a Mitsubishi Materials?

O AMRC dispõe de uma estrutura única que permite testar os mais recentes desenvolvimentos técnicos sob condições de teste exclusivas, estabelecidas pelos maiores fabricantes mundiais de aeronaves. E os resultados completos dos testes realizados no AMRC são disponibilizados para a Mitsubishi. Estas condições de teste únicas vão muito além da esfera dos testes realizados internamente nas instalações dos fabricantes de ferramentas de corte.

Por exemplo, o AMRC dispõe de uma Starrag STC1250 de 5 eixos, uma máquina padrão para as operações de usinagem na indústria aeroespacial, onde foram testados os limites da nossa fresa de topo da linha Coolstar, com múltiplos furos de refrigeração e geometria especial do canal.

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Os testes de usinagem

Daniel Smith | Engenheiro do Grupo de Componentes de Estrutura do AMRC – Grupo de Tecnologia de Processo (direita) Adrian Barnacle | Gerente de Aplicação de Materiais Avançados, MMC Hardmetal U.K. Ltd. (esquerda)

O AMRC possui diversas divisões de pesquisa interna, entre elas o Centro de Pequisa de Compósitos e o Grupo de Tecnologia de Processo, que abrange os componentes de estrutura, trem de pouso, 'casings' (carcaça), eixos, discos e pá de hélice. Logo no início da parceria com o AMRC, a Mitsubishi Materials passou a integrar o projeto de usinagem de bolsões em titânio, do Grupo de Componentes de Estrutura.

Adrian Barnacle, Gerente de Aplicação de Materiais Avançados da Mitsubishi do Reino Unido, é o principal engenheiro que acompanha o AMRC. Segundo Barnacle, “o AMRC tende a se concentrar em projetos que os grandes fabricantes de aeronaves planejam para o futuro. Em relação às peças em titânio, usadas nas estruturas das aeronaves, tanto os fabricantes de aeronaves como a indústria em geral concentravam-se em operações de usinagem com baixos avanços, porém com grandes profundidades e larguras de corte, usando ferramentas de corte robustas. No entanto, a Mitsubishi Materials identificou a possibilidade de reduzir significativamente os tempos de ciclo e os custos de usinagem, através da redução da profundidade de corte e do aumento da velocidade de corte. Desta forma, a Mitsubishi Materials está mudando o senso comum na indústria.”

Daniel Smith, engenheiro do AMRC, testou a fresa Coolstar da Mitsubishi. Porém, naquele momento, o maior diâmetro disponível na linha Coolstar era de 20mm, sendo que o padrão da indústria aeroespacial era 25mm. Assim que recebeu a solicitação, a Mitsubishi imediatamente desenvolveu a fresa Coolstar com diâmetro de 25mm para fins experimentais.

Inicialmente foi testada a VF6MHVCH da linha Coolstar, uma fresa de topo inteiriça com 6 cortes, hélice variável e múltiplos furos de refrigeração. Foi definido como critério de vida útil, um desgaste frontal de 0,3mm. Mas antes mesmo que alcançasse este valor, a fresa sofreu microlascamento na aresta de corte. Naquele momento, era previsível a possibilidade de evitar o microlascamento com um raio de canto de 3mm, prolongando a vida útil da ferramenta. Além disso, considerando o desgaste de apenas 0,1mm após 30 minutos de usinagem, concluiu-se que a velocidade de corte de 90m/min era muito baixa e que era possível aumentar a velocidade de corte até 200m/min, mantendo o critério de vida útil da ferramenta.

A partir destes resultados, foi testada a fresa de topo com raio de canto de 3mm, promovendo grandes avanços neste projeto de usinagem em alta velocidade, desde o desbaste até o acabamento dos componentes de estrutura de aeronave com profundidade de até 80mm. Estavam cada vez mais próximos de atingir a meta, que era chegar a uma taxa de remoção de metal de 133cm3/min.

Com a profundidade de corte, velocidade de corte e avanço adequados para a aplicação, é possível controlar a temperatura e o esforço de corte sobre a aresta. A ferramenta utilizada neste teste apresentou maior estabilidade de usinagem com velocidade de corte de 130m/min e espessura de cavaco (Hex) de 0,08 mm. Com estes parâmetros de corte, foi possível usinar com uma taxa de remoção de metal de 133cm3/min por cerca de 60 minutos.

A Mitsubishi Materials muda o patamar da usinagem

Adam Brown Líder Técnico do Grupo de Tecnologia de Manufatura – Grupo de Tecnologia de Processo

Daniel Smith, engenheiro-chefe do AMRC neste projeto, afirmou em seu relatório: “Com o raio de canto adequado e o controle da geração de calor, a fresa de topo Coolstar com diâmetro de 25 milímetros, desenvolvida pela Mitsubishi, tem uma comprovada capacidade de usinar em velocidades de corte elevadas com pouco efeito sobre a vida útil. Na operação de desbaste com ae=10% do diâmetro da ferramenta, foi possível aumentar a velocidade de corte até 130m/min. No acabamento, com velocidade de corte de 160m/min, manteve um excelente acabamento superficial e apresentou potencial para redução dos tempos de ciclo em função de um aumento ainda maior da velocidade de corte.”

Segundo Adrian Barnacle, da Mitsubishi, “especificamente na usinagem de bolsões em titânio, a Mitsubishi Coolstar tem desempenho bastante superior em relação às ferramentas concorrentes.” Adam Brown, Líder Técnico do Grupo de Tecnologia de Manufatura do AMRC, diz: “Apesar do pouco tempo de parceria, a Mitsubishi Materials tem proporcionado resultados muito positivos ao AMRC, principalmente no que se refere ao desenvolvimento de ferramentas focadas às necessidades do setor que nós apoiamos, a indústria aeroespecial. Nós apreciamos a colaboração da Mitsubishi em P&D, especialmente na customização e desenvolvimento de ferramentas para teste. Em todos os casos, tanto nos projetos de pesquisa quanto nos projetos de usinagem, a parceria com a Mitsubishi trouxe resultados extremamente positivos.”

Adrian Barnacle acrescentou: “Nos últimos anos, a usinagem pesada de materiais de difícil usinabilidade tem sido o 'benchmark' predominante na indústria aeroespacial. Por outro lado, os clientes deste setor atualmente buscam a redução do estoque e do tempo de usinagem, através de processos que permitam, na medida do possível, obter componentes com o conceito 'near net shape'. Considerando a expectativa do cliente, a estratégia de usinagem de alta velocidade com a Coolstar já nos coloca na vanguarda da indústria.”

Os resultados

Este projeto tornou-se extremamente vantajoso, tanto para o AMRC quanto para a Mitsubishi Materials.

Para a Mitsubishi, o projeto impulsionou a expansão da linha Coolstar, ao qual foram incluídos diâmetros maiores e fresas de topo com raio para atender os padrões da indústria aeroespacial. A Mitsubishi também adquiriu maior entendimento sobre as tecnologias mais avançadas da indústria, sendo que tais informações têm o potencial de servir como base para futuros desenvolvimentos.

O AMRC, por sua vez, obteve maior compreensão sobre os materiais de alto desempenho e a tecnologia de desenvolvimento das ferramentas da Mitsubishi. Isto permitiu abrir novos caminhos de colaboração no projeto para a indústria aeroespacial.

Além disso, para ambos, AMRC e Mitsubishi, este projeto ajuda no atendimento aos fabricantes de aeronaves, pois facilita o aconselhamento sobre as melhores estratégias.

Para Adrian Barnacle, “como resultado deste projeto, nossos parceiros do setor aeroespacial se beneficiam com a redução dos tempos de ciclo, melhor acabamento superficial e redução dos custos de ferramentas.” Tudo isso reforça a filosofia do AMRC quanto à geração de riqueza para todos os envolvidos, como mencionado por Adrian Allen.

O que o futuro reserva?

O próximo passo é olhar para outros projetos do AMRC, como concluiu Adrian Barnacle: “Apenas arranhamos a superfície do nosso potencial no AMRC. Este foi um projeto desenvolvido com a divisão de estruturas de aeronaves e agora estamos também voltando a nossa atenção para a divisão de 'casings' (carcaças) e motores e a divisão de compósitos. No momento, estamos muito satisfeitos com a implantação da Coolstar, que é específica para a usinagem de bolsões em titânio. Queremos agora testar a AJX, nossa linha de fresas intercambiáveis de alto avanço para usinagem de bolsões maiores em titânio, e também a nossa linha iMX de fresas de topo com cabeça intercambiável para o acabamento de bolsões”.

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