Modernas empresas buscam a melhoria dos seus sistemas de produção a fim de aumentar a produtividade e a qualidade de produtos. A tecnologia de usinagem com alta velocidade de corte (HSC – High Speed Cutting) permite aumentar as taxas de remoção de material, as tolerâncias dimensionais das partes, assim como a melhoria do acabamento superficial. Esta tecnologia tem sido muito utilizada na área de moldes e matrizes, pois minimiza o problema de tempos de usinagem longos na produção e facilita a obtenção de elevada qualidade, normalmente requerida em produtos injetados/estampados. Atualmente diversos estudos em HSC buscam a compreensão de todos os fatores envolvidos nesta nova tecnologia, a qual ainda apresenta diversas lacunas para o seu domínio completo. Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental da condução de calor nos materiais utilizados na fabricação de moldes e matrizes, submetidos à usinagem com altas velocidades de corte. Os materiais utilizados foram os aços AISI D2 e AISI H13, muito utilizados nas indústrias de moldes e matrizes. Os ensaios foram realizados com fresas de ponta esférica (Ball-Nose) com e sem angulação de hélice e com ângulo de saída neutro, com revestimento de ('TI'AL')N e com uma ferramenta com uma placa de PcBN soldada. A geometria dos corpos-de-prova foi projetada para aproximar-se dos casos reais encontrados na indústria, casos em que superfícies complexas e paredes finas são comumente usinadas em matrizes e moldes. Dois sistemas de resfriamento foram utilizados o ar comprimido e o ar gelado utilizando o princípio de vórtice. Os resultados demonstraram uma pequena variação da temperatura em função dos materiais empregados e das ferramentas utilizadas em todos os testes. Os dois sistemas de resfriamento alternativos à usinagem sem sistema de resfriamento, o ar comprimido e o ar frio, também se mostraram influentes na variação da temperatura, apresentando-se como sistemas capazes de remover o calor no processo durante a usinagem. Os desvios de forma encontrados nos corpos-de-prova devem ser considerados na usinagem de perfis muito precisos. Foram encontrados valores da ordem de 0,05 mm, oriundos da combinação de distorções térmicas e tensões residuais, os quais podem ser signifcativos, por exemplo, na área de matrizaria / Modern industries improve their production systems aiming at increasing productivity and product quality. The high speed cutting (HSC) technology allows increasing material removal rates, workpiece dimensional tolerance and surface finishing as well. Such technology has been extensively used in mold and dies areas, since it minimizes long lead time problems and facilitates high quality machining, normally required in injected/formed products. Nowadays, several studies in HSC search for understanding all aspects involved in that new technology, which still presents many blanks for its complete knowledge. The present work shows a theoretical and experimental study on heat conduction flux in materials applied to mold and die manufacturing, submitted to HSC. It was used AISI D2 and AISI H13, which are very common in mold and die industry. Two types of cylindrical ball nose end milling tool were used in the experiments: coated with ('TI'AL')N and tipped with PcBN. The workpiece geometry was conceived to simulate real cases found in industry, in which complex surfaces and slim walls are commonly machined in molds and dies. Two cooling systems were used in the tests, compressed air and frozen air using vortex principle. Results indicated a small temperature variation as a function of machined materials and tools throughout the tests. Both alternative cooling systems, besides dry machining, compressed air and cool air, also demonstrated to affect temperature variation. They presented themselves as capable of remove heat from the process during the cutting operation. The form deviation found in the workpiece after machining must be considered when machining very precise profiles. Variation values of around 0.05 mm were found, coming from a combination of thermal distortion and residual stress, which could be significant, for example, in die manufacturing area

Dentro da cadeia produtiva de moldes e matrizes, a usinagem tem o maior peso, considerando tanto os custos envolvidos, quanto o tempo de programação e execução. O emprego das tecnologias CAD/CAM/CNC e HSC atualmente é um atributo básico de competitividade. O que determinará a vantagem estratégica das empresas será o uso otimizado dessas tecnologias. Nos processos de usinagem, o acabamento é uma operação que demanda muito tempo, e muitas vezes não se atinge o resultado desejado, seja por falta de conhecimento dos fenômenos envolvidos na usinagem, seja pelo uso de estratégias de usinagem sem conhecimento detalhado do processo de fabricação. A otimização da etapa de acabamento terá um ganho enorme na repetibilidade da usinagem, uma economia de ferramentas e, principalmente a eliminação de uma etapa, considerando a usinagem do molde/matriz com o material já tratado termicamente com a dureza final de utilização. O objetivo deste trabalho é estudar a usinagem de acabamento de superfícies planas utilizando fresas de topo esférico, demonstrando que os valores teóricos de altura de crista fornecidos pelos softwares CAM não são valores reais. A determinação de fatores ligados à etapa de acabamento de superfícies planas, indicando a melhor alternativa na usinagem do aço ferramenta WNr 1.2367, mostra que os parâmetros de usinagem estudados tiveram grande influência na rugosidade, principalmente o sentido de corte. O conhecimento dos melhores parâmetros de usinagem e suas influências no resultado final, assim como outros fatores, tem o intuito de oferecer informações às empresas e aos seus programadores no sentido de agilizar o planejamento e execução de moldes e matrizes. / In die mould production sequence, the milling is the most important factor, considering both the programming costs and the manufacturing time. In fact, the application of CAD/CAM/CNC and HSC technologies is a basic competitiveness edge. The optimized use of these technologies will determine the strategic advantage for industries. The finishing by milling is a step that spend a long time and, in most cases, the final result is not the desired one. That is a consequence of the lack of knowledge on the involved phenomenon or by the use of milling strategies without the enough knowledge on milling processes. The optimization of the finishing by milling will provide a gain on the next operations, save tools, and mainly because of the possibility of eliminating one step, consider a mould being machined in hardened state. The main objective of the present work is to study the finishing milling on flat surfaces using ball nose end mills and shows that the theoretical scallop height values yielded by CAM softwares is not reached on practical operations. Also, the factors governing flat surfaces as well as the best parameters for the WNr. 1.2367 tool steel showing that the studied milling parameters has a strong influence in the roughness, manly the cut sense. The knowledge of the best milling parameters and their influences on the final result, as well as others some factors, intend to offer information for industries and their programmers to optimize the die and moulds cutting plan and manufacturing.

Dentro da cadeia produtiva de moldes e matrizes, a usinagem tem o maior peso, considerando tanto os custos envolvidos, quanto o tempo de programação e execução. O emprego das tecnologias CAD/CAM/CNC e HSC atualmente é um atributo básico de competitividade. O que determinará a vantagem estratégica das empresas será o uso otimizado dessas tecnologias. Nos processos de usinagem, o acabamento é uma operação que demanda muito tempo, e muitas vezes não se atinge o resultado desejado, seja por falta de conhecimento dos fenômenos envolvidos na usinagem, seja pelo uso de estratégias de usinagem sem conhecimento detalhado do processo de fabricação. A otimização da etapa de acabamento terá um ganho enorme na repetibilidade da usinagem, uma economia de ferramentas e, principalmente a eliminação de uma etapa, considerando a usinagem do molde/matriz com o material já tratado termicamente com a dureza final de utilização. O objetivo deste trabalho é estudar a usinagem de acabamento de superfícies planas utilizando fresas de topo esférico, demonstrando que os valores teóricos de altura de crista fornecidos pelos softwares CAM não são valores reais. A determinação de fatores ligados à etapa de acabamento de superfícies planas, indicando a melhor alternativa na usinagem do aço ferramenta WNr 1.2367, mostra que os parâmetros de usinagem estudados tiveram grande influência na rugosidade, principalmente o sentido de corte. O conhecimento dos melhores parâmetros de usinagem e suas influências no resultado final, assim como outros fatores, tem o intuito de oferecer informações às empresas e aos seus programadores no sentido de agilizar o planejamento e execução de moldes e matrizes. / In die mould production sequence, the milling is the most important factor, considering both the programming costs and the manufacturing time. In fact, the application of CAD/CAM/CNC and HSC technologies is a basic competitiveness edge. The optimized use of these technologies will determine the strategic advantage for industries. The finishing by milling is a step that spend a long time and, in most cases, the final result is not the desired one. That is a consequence of the lack of knowledge on the involved phenomenon or by the use of milling strategies without the enough knowledge on milling processes. The optimization of the finishing by milling will provide a gain on the next operations, save tools, and mainly because of the possibility of eliminating one step, consider a mould being machined in hardened state. The main objective of the present work is to study the finishing milling on flat surfaces using ball nose end mills and shows that the theoretical scallop height values yielded by CAM softwares is not reached on practical operations. Also, the factors governing flat surfaces as well as the best parameters for the WNr. 1.2367 tool steel showing that the studied milling parameters has a strong influence in the roughness, manly the cut sense. The knowledge of the best milling parameters and their influences on the final result, as well as others some factors, intend to offer information for industries and their programmers to optimize the die and moulds cutting plan and manufacturing.

Modernas empresas buscam a melhoria dos seus sistemas de produção a fim de aumentar a produtividade e a qualidade de produtos. A tecnologia de usinagem com alta velocidade de corte (HSC – High Speed Cutting) permite aumentar as taxas de remoção de material, as tolerâncias dimensionais das partes, assim como a melhoria do acabamento superficial. Esta tecnologia tem sido muito utilizada na área de moldes e matrizes, pois minimiza o problema de tempos de usinagem longos na produção e facilita a obtenção de elevada qualidade, normalmente requerida em produtos injetados/estampados. Atualmente diversos estudos em HSC buscam a compreensão de todos os fatores envolvidos nesta nova tecnologia, a qual ainda apresenta diversas lacunas para o seu domínio completo. Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental da condução de calor nos materiais utilizados na fabricação de moldes e matrizes, submetidos à usinagem com altas velocidades de corte. Os materiais utilizados foram os aços AISI D2 e AISI H13, muito utilizados nas indústrias de moldes e matrizes. Os ensaios foram realizados com fresas de ponta esférica (Ball-Nose) com e sem angulação de hélice e com ângulo de saída neutro, com revestimento de ('TI'AL')N e com uma ferramenta com uma placa de PcBN soldada. A geometria dos corpos-de-prova foi projetada para aproximar-se dos casos reais encontrados na indústria, casos em que superfícies complexas e paredes finas são comumente usinadas em matrizes e moldes. Dois sistemas de resfriamento foram utilizados o ar comprimido e o ar gelado utilizando o princípio de vórtice. Os resultados demonstraram uma pequena variação da temperatura em função dos materiais empregados e das ferramentas utilizadas em todos os testes. Os dois sistemas de resfriamento alternativos à usinagem sem sistema de resfriamento, o ar comprimido e o ar frio, também se mostraram influentes na variação da temperatura, apresentando-se como sistemas capazes de remover o calor no processo durante a usinagem. Os desvios de forma encontrados nos corpos-de-prova devem ser considerados na usinagem de perfis muito precisos. Foram encontrados valores da ordem de 0,05 mm, oriundos da combinação de distorções térmicas e tensões residuais, os quais podem ser signifcativos, por exemplo, na área de matrizaria / Modern industries improve their production systems aiming at increasing productivity and product quality. The high speed cutting (HSC) technology allows increasing material removal rates, workpiece dimensional tolerance and surface finishing as well. Such technology has been extensively used in mold and dies areas, since it minimizes long lead time problems and facilitates high quality machining, normally required in injected/formed products. Nowadays, several studies in HSC search for understanding all aspects involved in that new technology, which still presents many blanks for its complete knowledge. The present work shows a theoretical and experimental study on heat conduction flux in materials applied to mold and die manufacturing, submitted to HSC. It was used AISI D2 and AISI H13, which are very common in mold and die industry. Two types of cylindrical ball nose end milling tool were used in the experiments: coated with ('TI'AL')N and tipped with PcBN. The workpiece geometry was conceived to simulate real cases found in industry, in which complex surfaces and slim walls are commonly machined in molds and dies. Two cooling systems were used in the tests, compressed air and frozen air using vortex principle. Results indicated a small temperature variation as a function of machined materials and tools throughout the tests. Both alternative cooling systems, besides dry machining, compressed air and cool air, also demonstrated to affect temperature variation. They presented themselves as capable of remove heat from the process during the cutting operation. The form deviation found in the workpiece after machining must be considered when machining very precise profiles. Variation values of around 0.05 mm were found, coming from a combination of thermal distortion and residual stress, which could be significant, for example, in die manufacturing area

Atualmente, nota-se um crescimento na fabricação de produtos utilizando moldes e matrizes contendo formas geométricas complexas. No entanto, a fabricação destes ferramentais onde se emprega, principalmente, operações de fresamento, não tem acompanhado esta evolução com a mesma velocidade. O advento dos sistemas CAD/CAM, máquinas CNC e da tecnologia de usinagem em altas velocidades (HSC) influenciaram positivamente a fabricação de superfícies complexas. Contudo, nota-se ainda ineficiências neste processo produtivo. A qualidade superficial após as operações de usinagem ainda não é suficiente para que estes ferramentais entrem diretamente na linha de produção. Assim, operações manuais de acabamento são exigidas, elevando o tempo e custo de produção, comprometendo a qualidade dimensional. Com a finalidade de aprimorar a fabricação de moldes e matrizes, este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a usinagem HSC; um estudo sobre a força de usinagem para o fresamento de formas complexas e uma análise sobre a metodologia utilizada por sistemas CAD/CAM e CNC para gerar e interpretar programas NC que contenham movimentações complexas de ferramenta. Análises práticas foram realizadas em um centro de usinagem HSC, e os resultados indicam que as limitações tecnológicas atuais na cadeia CAD/CAM/CNC limitam a usinagem de formas complexas com altas velocidades, reduzindo a velocidade de avanço programada e que as características intrínsecas deste processo de remoção de material demonstrou ser bastante complexo, acarretando em constantes alterações na força de usinagem / In recent years the number of products containing free-form shapes produced by dies and molds have been growing noticeably. However, the milling process used to manufacture those dies and molds does not meet their requirements. The arrival of the CAD/CAM systems and the High Speed Cutting Technology (HSC) helps to improve this manufacturing process. Although to obtain the surface quality needed to meet the dies and molds requirements, a hand finishing still requires. It involves time, money and decrease the product quality. Technological limitations in the CAD/CAM/CNC chain limit the feed rate when milling free-form shape. It also has a negative effect on the surface roughness. Besides, this kind of milling still lacks scientific knowledge of the cutting process. With the aim to support the dies and moulds fabrication, this work presents an overview about HSC Technology; the cutting forces in a non-planar milling; the cutting tool deflection; a detailed description of the process chain involving the CAD/CAM/CNC systems and the methodologies used by those systems to generate and accomplish free-free tool-paths. Free-form milling experiments applying the HSC Technology were made to study the behavior of this process, and the outcomes are presented

Atualmente, devido à globalização das empresas e de seus produtos, tem havido uma competição acirrada no mercado mundial entre as organizações. Estas empresas se veêm obrigadas a contemplar as expectativas do mercado quanto à alta tecnologia, a qualidade do produto, os baixos custos e a redução dos tempos de desenvolvimento do produto. Todo este mecanismo gera uma busca contínua de desenvolvimento da tecnologia dentro das empresas na área de fabricação, as quais estão intimamente relacionadas ao surgimento de novos materiais de difícil usinagem, assim como de novos revestimentos para ferramentas e de máquinas-ferramentas cada vez mais rápidas e eficientes. A utilização da tecnologia de usinagem com altas velocidades de corte – HSM (High Speed Machining) tem demonstrado grande eficiência para a fabricação de moldes e matrizes com formas complexas, propiciando uma vantagem competitiva para as organizações. Entretanto, o fresamento de formas complexas ainda apresenta vários gargalos na linha produção. Após as operações de desbaste, além do sobremetal deixado para as operações de acabamento, um volume excedente de material indesejado permanece na geometria. Este volume está relacionado à estratégia de desbaste em 2 1/2 eixos, ao grau de curvatura da superfície e à geometria da ferramenta de desbaste. Por não ser uniforme esta quantidade excedente de material acaba prejudicando o processo, especialmente quando uma das exigências é uma extrema precisão dimensional. Este trabalho procura identificar as características mais relevantes para preservar a qualidade superficial em função da flexão da ferramenta, devido a esse excedente de sobremetal. Desta forma, as variáveis de influência consideradas foram o balanço e o diâmetro da ferramenta, sua trajetória e o volume não-uniforme de material a ser removido. Os piores valores de rugosidade ocorreram com o máximo balanço independentemente de sua inclinação. Também foi possível constatar que a estratégia de usinagem ascendente gerou uma melhor rugosidade comparada com a descendente. Contudo em superfícies com pouca inclinação horizontal e com variações bruscas de sobremetal a usinagem descendente obteve melhores resultados do que a ascendente. / Nowadays the companies and their products have become global and, consequently, are facing an intense competition in the world market. These companies are forced to match the expectations of the market regarding technology, product quality, low costs and reduction of product development time. This entire mechanism generates continue search for the development of manufacturing technology, which are intimately linked to the arise of new and difficult to cut materials, as well as of new coatings for tools, fast and more efficient machine-tools. The use of high speed milling has demonstrate to be of great efficiency for the production of moulds and dies with complex forms, leading to a competitive advantage for companies. However, milling complex form still presents several bottle necks in the production line. After the roughing operations, besides the stock removal left for the finishing operations, an extra volume of unwanted material remains on the workpiece. This material is related to the roughing strategy in 2 1/2 axes, to the degree of curvature of the surface and the geometry of the cutting tool. Since the distribution of that material is not uniform, it affects the product quality, especially when one of the requirements is a high dimensional precision. The present work aims at identifying the most important characteristics necessaries to obtain a good high superficial quality despite of the tool flexion during cutting. The tool length and its diameter are considered as well as the cutting strategy to remove the stock and its excess. The highest roughness values occurred with the largest in-balance length, independently on the surface inclination. It was also verified that for some cases upward cutting has produced smaller roughness being compared to the downward strategy. However, on surfaces with little horizontal inclination and with abrupt variations of stock removal the downward cutting can produce better result than upward cutting.

Atualmente, devido à globalização das empresas e de seus produtos, tem havido uma competição acirrada no mercado mundial entre as organizações. Estas empresas se veêm obrigadas a contemplar as expectativas do mercado quanto à alta tecnologia, a qualidade do produto, os baixos custos e a redução dos tempos de desenvolvimento do produto. Todo este mecanismo gera uma busca contínua de desenvolvimento da tecnologia dentro das empresas na área de fabricação, as quais estão intimamente relacionadas ao surgimento de novos materiais de difícil usinagem, assim como de novos revestimentos para ferramentas e de máquinas-ferramentas cada vez mais rápidas e eficientes. A utilização da tecnologia de usinagem com altas velocidades de corte – HSM (High Speed Machining) tem demonstrado grande eficiência para a fabricação de moldes e matrizes com formas complexas, propiciando uma vantagem competitiva para as organizações. Entretanto, o fresamento de formas complexas ainda apresenta vários gargalos na linha produção. Após as operações de desbaste, além do sobremetal deixado para as operações de acabamento, um volume excedente de material indesejado permanece na geometria. Este volume está relacionado à estratégia de desbaste em 2 1/2 eixos, ao grau de curvatura da superfície e à geometria da ferramenta de desbaste. Por não ser uniforme esta quantidade excedente de material acaba prejudicando o processo, especialmente quando uma das exigências é uma extrema precisão dimensional. Este trabalho procura identificar as características mais relevantes para preservar a qualidade superficial em função da flexão da ferramenta, devido a esse excedente de sobremetal. Desta forma, as variáveis de influência consideradas foram o balanço e o diâmetro da ferramenta, sua trajetória e o volume não-uniforme de material a ser removido. Os piores valores de rugosidade ocorreram com o máximo balanço independentemente de sua inclinação. Também foi possível constatar que a estratégia de usinagem ascendente gerou uma melhor rugosidade comparada com a descendente. Contudo em superfícies com pouca inclinação horizontal e com variações bruscas de sobremetal a usinagem descendente obteve melhores resultados do que a ascendente. / Nowadays the companies and their products have become global and, consequently, are facing an intense competition in the world market. These companies are forced to match the expectations of the market regarding technology, product quality, low costs and reduction of product development time. This entire mechanism generates continue search for the development of manufacturing technology, which are intimately linked to the arise of new and difficult to cut materials, as well as of new coatings for tools, fast and more efficient machine-tools. The use of high speed milling has demonstrate to be of great efficiency for the production of moulds and dies with complex forms, leading to a competitive advantage for companies. However, milling complex form still presents several bottle necks in the production line. After the roughing operations, besides the stock removal left for the finishing operations, an extra volume of unwanted material remains on the workpiece. This material is related to the roughing strategy in 2 1/2 axes, to the degree of curvature of the surface and the geometry of the cutting tool. Since the distribution of that material is not uniform, it affects the product quality, especially when one of the requirements is a high dimensional precision. The present work aims at identifying the most important characteristics necessaries to obtain a good high superficial quality despite of the tool flexion during cutting. The tool length and its diameter are considered as well as the cutting strategy to remove the stock and its excess. The highest roughness values occurred with the largest in-balance length, independently on the surface inclination. It was also verified that for some cases upward cutting has produced smaller roughness being compared to the downward strategy. However, on surfaces with little horizontal inclination and with abrupt variations of stock removal the downward cutting can produce better result than upward cutting.

Atualmente, nota-se um crescimento na fabricação de produtos utilizando moldes e matrizes contendo formas geométricas complexas. No entanto, a fabricação destes ferramentais onde se emprega, principalmente, operações de fresamento, não tem acompanhado esta evolução com a mesma velocidade. O advento dos sistemas CAD/CAM, máquinas CNC e da tecnologia de usinagem em altas velocidades (HSC) influenciaram positivamente a fabricação de superfícies complexas. Contudo, nota-se ainda ineficiências neste processo produtivo. A qualidade superficial após as operações de usinagem ainda não é suficiente para que estes ferramentais entrem diretamente na linha de produção. Assim, operações manuais de acabamento são exigidas, elevando o tempo e custo de produção, comprometendo a qualidade dimensional. Com a finalidade de aprimorar a fabricação de moldes e matrizes, este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a usinagem HSC; um estudo sobre a força de usinagem para o fresamento de formas complexas e uma análise sobre a metodologia utilizada por sistemas CAD/CAM e CNC para gerar e interpretar programas NC que contenham movimentações complexas de ferramenta. Análises práticas foram realizadas em um centro de usinagem HSC, e os resultados indicam que as limitações tecnológicas atuais na cadeia CAD/CAM/CNC limitam a usinagem de formas complexas com altas velocidades, reduzindo a velocidade de avanço programada e que as características intrínsecas deste processo de remoção de material demonstrou ser bastante complexo, acarretando em constantes alterações na força de usinagem / In recent years the number of products containing free-form shapes produced by dies and molds have been growing noticeably. However, the milling process used to manufacture those dies and molds does not meet their requirements. The arrival of the CAD/CAM systems and the High Speed Cutting Technology (HSC) helps to improve this manufacturing process. Although to obtain the surface quality needed to meet the dies and molds requirements, a hand finishing still requires. It involves time, money and decrease the product quality. Technological limitations in the CAD/CAM/CNC chain limit the feed rate when milling free-form shape. It also has a negative effect on the surface roughness. Besides, this kind of milling still lacks scientific knowledge of the cutting process. With the aim to support the dies and moulds fabrication, this work presents an overview about HSC Technology; the cutting forces in a non-planar milling; the cutting tool deflection; a detailed description of the process chain involving the CAD/CAM/CNC systems and the methodologies used by those systems to generate and accomplish free-free tool-paths. Free-form milling experiments applying the HSC Technology were made to study the behavior of this process, and the outcomes are presented