Usinagem CNC de peças metálicas: o que todo engenheiro deve saber antes de escrever uma impressão

Usinagem CNC de peças metálicas: o que todo engenheiro deve saber antes de escrever uma impressão

A maioria dos problemas dimensionais em peças usinadas CNC não começa no chão de fábrica - eles começam no desenho. Uma tolerância mais restrita do que o processo pode suportar, uma espessura de parede que provoca vibração, uma chamada de rosca sem sua classe de tolerância. No momento em que as peças chegam e falham na inspeção, a causa raiz já está há três semanas e está registrada em um PDF.

Este artigo fornece um conhecimento prático de comoUsinagem CNC de peças metálicasna verdade funciona - o que o processo pode ou não fazer, como a escolha do material afeta tudo o que ocorre posteriormente e como escrever uma impressão que forneça peças boas na primeira execução. Nenhuma teoria por si só. Tudo aqui se conecta às decisões que você tomará em um trabalho real.

O que é usinagem CNC, na verdade?

CNC significa Controle Numérico Computadorizado. A máquina lê um programa - normalmente gerado a partir do seu modelo CAD - e move uma ferramenta de corte ao longo de caminhos precisos para remover material de uma peça metálica em bruto. O operador configura a máquina, carrega o programa e monitora a execução. A máquina executa a geometria.

Essa é a versão simples. A parte que importa para o seu trabalho é esta:A usinagem CNC é um processo subtrativo. Você começa com mais material do que precisa e corta tudo que não faz parte. Isto é fundamentalmente diferente da fundição, forjamento ou fabricação aditiva (impressão 3D) e tem implicações sobre quais geometrias são viáveis, quais tolerâncias são alcançáveis ​​e como é a estrutura de custos.

Pense nisso como esculpir uma figura em um bloco de madeira. As ferramentas do escultor determinam o quão fino pode ser o detalhe. A própria madeira - seu grão, dureza, como ela responde ao corte - determina se esses detalhes mantêm sua forma. EmProcessos de fabricação de peças metálicas CNC, a máquina é o escultor e o material é a madeira. Ambos são importantes.

As três operações CNC mais comuns que você encontrará:

Fresagem CNC- a ferramenta de corte gira e se move pela peça estacionária. Usado para superfícies planas, bolsos, ranhuras, contornos 3D complexos. Se a sua peça tiver características que parecem ter sido esculpidas em um bloco, provavelmente ela foi fresada.

Torneamento CNC- a peça gira enquanto a ferramenta de corte permanece relativamente fixa. Utilizado para peças cilíndricas: eixos, buchas, bicos, componentes roscados. Se a sua peça for redonda e simétrica em relação a um eixo, provavelmente ela foi girada.

Torneamento CNC Suíço- uma forma especializada de torneamento onde a peça é apoiada muito perto da zona de corte, permitindo que peças longas e delgadas sejam usinadas com tolerâncias estreitas sem deflexão. Padrão para pinos médicos, conectores em miniatura, componentes de relógios e qualquer peça de precisão com alta proporção de comprimento-por{3}}diâmetro.

Muitas peças reais requerem mais de uma operação - um eixo torneado com rasgo de chaveta fresado, por exemplo, ou um alojamento fresado com furos torneados e roscados.

Como a escolha do material afeta as peças metálicas usinadas em CNC?

Esta é a questão que os novos engenheiros mais subestimam. O material especificado não apenas determina as-propriedades de uso final - da peça, mas também determina a facilidade ou dificuldade de usinagem da peça, o que afeta diretamente o custo, as tolerâncias alcançáveis ​​e o acabamento superficial.

Aqui está uma referência prática para os metais que você encontrará com mais frequência emComparação de materiais de peças metálicas de usinagem CNC:

Algumas coisas que esta tabela não lhe dirá diretamente. O alumínio usina com rapidez e mantém tolerâncias rígidas com facilidade - é a escolha padrão quando o peso e o custo são mais importantes do que a resistência final. O trabalho em aço inoxidável-endurece à medida que você o corta, o que significa que uma ferramenta cega ou uma taxa de avanço incorreta podem realmente alterar as propriedades do material no meio do-corte da superfície. O titânio é o metal aeroespacial comum mais difícil de usinar: ele gera calor extremo, tem baixa condutividade térmica e destrói ferramentas mais rapidamente do que qualquer outro material desta lista. Se a sua impressão indicar titânio, espere que o custo e o prazo de entrega reflitam isso.

Quais tolerâncias a usinagem CNC pode realmente manter?

É aqui que a maioria dos iniciantes escreve impressões que causam problemas. Entendimentopeças usinadas CNC de tolerância apertadacomeça com a compreensão do que significa "padrão".

A tolerância de usinagem CNC padrão é normalmente de ±0,05 mm (±0,002") para a maioria dos recursos de metal - furos, faces, dimensões gerais. Isso é possível em todas as máquinas CNC modernas sem configuração especial e é apropriado para a maioria dos recursos funcionais em uma peça mecânica típica.

Os engenheiros enfrentam problemas ao especificar ± 0,005 mm em todas as dimensões do desenho, independentemente de essas dimensões exigirem isso funcionalmente. Tolerâncias mais rígidas significam tempos de ciclo mais longos, trocas de ferramentas mais frequentes, ambientes-com temperatura controlada e inspeção 100% CMM em dimensões críticas. Cada passo mais apertado custa significativamente mais. Se você não precisa, não ligue.

Aqui está uma referência prática sobre o que diferentes faixas de tolerância realmente significam na produção:

A lacuna de conhecimento que atrapalha novos engenheiros:tolerância e acabamento superficial não são a mesma coisa, e indicar um não controla o outro.Um furo pode ter dimensões dentro de ±0,005 mm, mas ter uma rugosidade superficial de Ra 1,6 µm -, o que pode ser perfeitamente adequado para um ajuste por pressão, mas completamente errado para uma vedação deslizante. Sempre especifique Ra (rugosidade da superfície) e tolerância dimensional em recursos onde ambos são importantes. Se a sua impressão tiver apenas uma, uma boa loja irá perguntar. Uma oficina menos cuidadosa irá apenas usiná-lo de acordo com o padrão.

Quando a usinagem CNC é o processo correto - e quando não é?

A usinagem CNC nem sempre é a melhor resposta. Para novos engenheiros que avaliam uma rota de processo, veja como pensar sobre isso:

O processo de fabricação de peças metálicas CNC se destaca no espaço de-volume médio, alta-complexidade e tolerância-estreita. É o único método prático para produzir um suporte aeroespacial de titânio com ângulos compostos e diâmetro de ±0,01 mm para um primeiro artigo em duas semanas. Não é a resposta certa para produzir um milhão de suportes de aço idênticos que poderiam ser estampados em uma fração do tempo.

O erro de iniciante que custa mais: espessura da parede

Pergunte a qualquer maquinista experiente o que ele vê com mais frequência nas primeiras impressões de engenharia-e a resposta geralmente é a mesma: espessura de parede muito fina para o material e o processo.

Veja por que isso é importante. Quando uma ferramenta de corte remove material de uma parede fina, as forças de corte podem desviar a parede em vez de cortá-la de forma limpa. A peça flexiona sob a ferramenta, salta para trás e a dimensão resultante é maior do que o programa pretendido. Você obtém paredes que estão 0,1–0,3 mm fora das especificações e não há nenhum ajuste de processo que resolva isso - a geometria é o problema.

Orientação geral para peças metálicas CNC:

Para alumínio, mantenha a espessura mínima da parede de 0,8 mm em peças usinadas. Para aço e inoxidável, 1,0mm. Para titânio, 1,5 mm ou mais, a menos que a peça seja projetada especificamente com reforços ou recursos de suporte que enrijeçam a seção durante a usinagem. Esses não são limites rígidos - maquinistas experientes podem se tornar mais finos com os acessórios e percursos de ferramenta corretos - mas se sua peça tiver paredes abaixo desses números, sinalize-a explicitamente ao enviar a impressão. Uma boa loja lhe dirá como planeja lidar com isso. Uma loja que o cita sem comentar não leu o desenho com atenção ou está planejando tentar ver o que acontece.

5 eixos versus 3 eixos: o que os números significam para sua peça

Você verá lojas anunciando "usinagem CNC de 5 eixos" como um recurso premium. Aqui está o que isso realmente significa para você e quando é importante.

Uma máquina de 3-eixos se move em X, Y e Z. Ela pode alcançar a parte superior e os quatro lados de uma peça, mas requer reposicionamento (re-fixação) para usinar faces adicionais. Cada refixação introduz um potencial erro de alinhamento e aumenta o tempo de configuração.

Uma máquina de 5-eixos adiciona rotação em torno de dois eixos adicionais, o que significa que a ferramenta de corte pode aproximar-se da peça de trabalho de praticamente qualquer direção sem necessidade de refixação. De sua parte, isso tem duas implicações práticas:

Geometria complexa em uma única configuração.Recursos em múltiplas faces, ângulos compostos, cortes inferiores e paredes cônicas podem ser usinados em uma única configuração. Em uma máquina de 3-eixos, isso pode exigir três ou quatro configurações - cada uma adicionando custo e erro de alinhamento cumulativo.

Melhor tolerância em peças-multifacetadas.Quando todos os recursos críticos são usinados em uma única configuração em relação a um único ponto de referência, as relações geométricas entre esses recursos são mais precisas do que se eles fossem usinados em várias-refixações. Parapeças usinadas CNC de tolerância apertadaonde, por exemplo, um furo em uma face deve ser precisamente concêntrico com um recurso em uma face adjacente, 5 eixos costuma ser a resposta correta.

Nem todas as peças precisam de 5 eixos. Um suporte simples com recursos apenas em uma ou duas faces usina perfeitamente em 3 eixos. A atualização só faz sentido quando a geometria da peça realmente a exige.

Se você estiver especificando peças metálicas de precisão - Veja como o MID Precision pode ajudar

Se você estiver especificando uma peça que precisa de tolerâncias abaixo de ±0,02 mm, materiais como titânio ou aço inoxidável-de grau médico, ou geometria complexa multi-face que requer trabalho em 5 eixos, esses são exatamente os trabalhos que nossa equipe executa diariamente.

NossoCapacidades de usinagem CNCabrange fresamento de 3-eixos, 4-eixos e 5 eixos, torneamento CNC, torneamento CNC suíço para peças de precisão de pequeno diâmetro e trabalho em chapa metálica. Mantemos a tolerância de ±0,002 mm nas características de qualificação e a rugosidade da superfície em Ra 0,02 µm. Nossa linha de materiais abrange ligas de alumínio, aço inoxidável, titânio, cobre, latão e plásticos de engenharia - todos com rastreabilidade total do material, desde o certificado de matéria-prima até o relatório de inspeção final.

Para engenheiros iniciantes em sourcingpeças metálicas usinadas CNC de precisão da China, oferecemos uma revisão gratuita do DFM com cada cotação. Isso significa que antes de cortarmos qualquer coisa, revisaremos seu desenho em busca de problemas de espessura de parede, especificações de tolerância que não correspondam à capacidade do processo, especificações de rosca que precisam de esclarecimento e quaisquer recursos que se beneficiariam de um ajuste de projeto. Nós sinalizamos por escrito - você decide se deseja alterá-lo.

Se sua peça for incluída em um produto final regulamentado - dispositivo médico, montagem aeroespacial, equipamento semicondutor - nosso sistema de qualidade em conformidade com a ISO 13485-produz a documentação que sua equipe de conformidade precisa: relatórios de inspeção de primeiro artigo, certificados de materiais, relatórios dimensionais CMM e registros de ações corretivas se algo não estiver em conformidade.

Envie-nos o seu desenhoe retornaremos com uma cotação e notas do DFM dentro de 24 horas. Se você ainda está na fase de design e deseja uma entrada do processo antes da finalização da impressão,obtenha uma análise de design gratuita- geralmente podemos identificar os pontos de risco de custo e qualidade em um desenho dentro de uma hora.

Perguntas frequentes

P: Meu desenho diz “±0,01 mm em todas as dimensões”. Isso é realista?

Tecnicamente alcançável -, mas não prático ou econômico-como uma frase de destaque geral. ±0,01 mm em todas as dimensões de uma peça aumenta significativamente o tempo de inspeção e o tempo de ciclo de usinagem do que o necessário. A abordagem correta é especificar ±0,01 mm apenas nas dimensões que o exigem funcionalmente - normalmente furos de rolamento, superfícies de vedação, interfaces de acoplamento - e usar um bloco de tolerância geral (ISO 2768-m ou similar) para todo o resto. Isso mantém os custos baixos e deixa os recursos críticos claros para o maquinista.

P: Como posso saber se minha peça precisa de usinagem de 3 ou 5 eixos?

Se todos os recursos que sua peça requer puderem ser acessados ​​pela parte superior e pelos quatro lados de um bloco sem rotação, 3-eixos geralmente são suficientes. Se você tiver ângulos compostos, recursos em mais de duas faces que devem ser mantidos em uma relação geométrica precisa ou cortes inferiores que não podem ser alcançados com um caminho de ferramenta reto, vale a pena discutir o eixo 5-. Em caso de dúvida, compartilhe seu arquivo CAD com uma loja e peça conselhos - é uma pergunta de cinco minutos que economiza muitos custos de refixação.

P: Qual é a diferença entre a rugosidade da superfície Ra 0,8 e Ra 3.2 - e isso importa para minha peça?

Ra é a rugosidade média da superfície - um número menor significa mais suave. Ra 3,2µm é um padrão como-acabamento usinado. Ra 0,8µm requer uma leve passada de acabamento ou polimento. Ra 0,4µm e abaixo normalmente requer operações de acabamento dedicadas. Para a maioria das características estruturais, Ra 3,2 µm é adequado. Para superfícies de vedação, ajustes deslizantes e qualquer superfície em contato com tecido ou fluido biológico, normalmente é necessário Ra 0,8 µm ou melhor. Especifique-o explicitamente nesses recursos - não presuma que a loja terá como padrão um acabamento mais fino, a menos que a impressão exija isso.

P: A usinagem CNC pode produzir a mesma geometria da peça que a fundição?

Muitas vezes sim, mas nem sempre. A usinagem CNC pode produzir a maioria das geometrias que a fundição pode, além de recursos que a fundição não consegue - como furos cegos profundos, cantos internos afiados e furos roscados precisos. A desvantagem é o volume: a fundição tem alto custo de ferramentas, mas baixo custo por{3}}peça em grandes volumes. CNC tem baixo custo de configuração, mas maior custo por{5}}peça. Para volumes inferiores a alguns milhares de peças, o CNC é normalmente mais económico. Acima disso, o ponto-de equilíbrio depende da complexidade e do material da peça.