Peças de usinagem CNC: um guia do engenheiro de projeto para emparelhamento de materiais, tolerâncias e processos

Peças de usinagem CNC: um guia do engenheiro de projeto para emparelhamento de materiais, tolerâncias e processos

Seu feedback do DFM acabou de chegar. A parede de 0,4 mm daquela luva 6061-T6 - que a loja diz que vai vibrar e saltar para trás depois de soltar. A indicação de cilindricidade de ± 0,01 mm no furo? Alcançável, mas não na mesma configuração do perfil OD, a menos que você queira arcar com o custo de refixação. Parece familiar?

MaioriaPeças de usinagem CNCas falhas remontam às mesmas três decisões tomadas muito cedo no ciclo de projeto: material bloqueado antes que o processo fosse considerado, tolerâncias copiadas de um desenho anterior sem revisão de função e suposições de processo feitas sem conhecer o envelope de capacidade real da máquina. Este guia funciona com todos os três - não a partir de um folheto de vendas, mas do feedback do DFM que escrevemos todas as semanas.

Por que a escolha do material gera mais do que apenas custo

O instinto de especificar 6061-T6 para tudo que é alumínio é razoável - é barato, usina rápido e todas as lojas o possuem. Mas em paredes finaspeças de usinagem cnc, a geometria da parede fina das peças de usinagem cnc de alumínio cria um problema específico que a seleção do material por si só não pode resolver: tensão residual.

Laminados-a quente e até mesmo algumas placas carregam gradientes de tensão internos. Quando você remove o material de forma assimétrica - usinando um lado de uma parede de 0,5 mm antes do outro - você está liberando essa tensão de maneira desigual. A parte se move. Não visivelmente durante o corte, mas mensuravelmente na inspeção: uma face plana na máquina indica 0,03–0,08 mm curvada trinta minutos depois em temperatura ambiente.

Duas abordagens funcionam. Primeiro, especifique a placa-com alívio de tensão ou pré{2}}esticada (7075-T651 em vez de 7075-T6 se a resistência for o acionador; placa de ferramentas fundidas MIC-6 para fixação e suportes estruturais onde o nivelamento é crítico). Em segundo lugar, sequencie as operações: desbaste até 0,5 mm da dimensão final, deixe a peça assentar - de preferência durante a noite - depois termine. Essa segunda passagem, feita em pequena profundidade, corta o material já relaxado. O retorno elástico desapareceu porque o reservatório de tensão foi drenado na fase de desbaste.

Parapeças de usinagem cnc de precisão para a indústria aeroespacialaplicações onde a resistência e a estabilidade dimensional são importantes, o Ti-6Al-4V introduz seu próprio conjunto de restrições. A baixa condutividade térmica do titânio significa que o calor se concentra na ponta da ferramenta em vez de evacuar junto com o cavaco. Isso muda tudo sobre como você escreve o processo:

Velocidade de corte: 40–60 m/min para metal duro sem revestimento, até 80 m/min com ferramentas com cobertura-de TiAlN

Avanço por dente: 0,05–0,12 mm - permaneça nesta janela; fricções muito leves em vez de cortes e trabalho-endurecem a superfície

Líquido refrigerante: alta-pressão através do-eixo (mínimo 70 bar) direcionado para a zona de corte, não refrigerante de inundação direcionado para o corpo da peça

Vida útil da ferramenta: intervalos de troca agressivos; uma ferramenta desgastada em titânio produz mais calor, não menos

Substituir "refrigeração por inundação e desaceleração" por esses parâmetros é como os trabalhos de titânio acabam com superfícies{{0}endurecidas e furos fora-de{2}}tolerância.

Índice de usinabilidade relativo a 6061-T6=100%; os valores de tolerância representam valores de produção confiáveis ​​em centros de usinagem bem conservados sem retificação.

Construindo um orçamento de tolerância realista para peças de usinagem CNC

A linha mais cara em uma cotação costuma ser uma tolerância que ninguém jamais medirá em campo. Antes de lançar um desenho, percorra oempilhamento de tolerância de peças de usinagem cnc-para cada chamada restrita: qual função de montagem ela protege e o que acontece no limite MMC/LMC?

Alguns pontos de referência dos nossos dados de inspeção:

Uma peça de alumínio de 100 mm fixada em ±0,005 mm em um diâmetro de furo crítico é possível sem retificação -, mas requer uma passagem de acabamento dedicada, um ambiente de medição com temperatura-estabilizada (usamos 20 graus ±0,5 graus) e 100% de inspeção CMM. O tempo de ciclo aumenta aproximadamente 40% em comparação com uma chamada de ±0,02 mm no mesmo recurso. Se o furo corresponder a um rolamento que tenha folga diametral de 0,015 mm, a chamada mais apertada não terá nenhuma função e aumentará o custo real.

A retificação entra em cena quando você precisa de mais de ± 0,005 mm em uma peça endurecida ou quando Ra abaixo de 0,1 μm é necessário para vedação de contato ou superfícies de montagem óptica. Nossa retificação de superfície pode suportar ± 0,002 mm com Ra 0,02 μm -, mas esses não são números CNC padrão, eles são operações de acabamento em cima do CNC e pertencem ao desenho apenas quando a aplicação realmente os exige.

A árvore de decisão prática:

±0,1 mm ou mais grosso: usinagem padrão, sem inspeção especial, padrão ISO 2768-m

±0,05mm a ±0,02mm: passagem de acabamento controlada, verificação local da CMM

±0,01 mm a ±0,005 mm: operação de acabamento dedicada, CMM completo em recursos críticos, gerenciamento de temperatura

±0,002mm: retificação ou lapidação, inspeção 100%, planejamento para maior prazo de entrega

Uma chamada geométrica que vale a pena auditar especificamente: excentricidade em recursos torneados. Uma chamada de excentricidade total de 0,01 mm em um diâmetro externo do eixo em relação ao ponto de referência do furo é mais apertada do que a maioria das folgas de rolamento garantem e força a oficina a retificar após o torneamento. Se sua aplicação tolera 0,025 mm, diga - e obtenha uma peça significativamente mais rápida e barata.

Emparelhamento de processos: combinando o corte com o recurso

Nem todopeças de usinagem cnctrabalho pertence a um centro de usinagem de 5 eixos. O emparelhamento correto entre tipo de recurso e processo é o que separa um ciclo de 40 minutos de um ciclo de 4 horas.

Bolsos e contornos abertos: O fresamento de 3-eixos cobre a maioria dos recursos prismáticos. A questão que determina se você precisa de 5-eixos não é "a geometria é complexa?" - é "quantas configurações o eixo 3-requer?" Uma peça com recursos em cinco faces que requer quatro reajustes geralmente sairá mais barata e mais precisa em uma máquina de 5 eixos em uma única configuração, porque cada reajuste introduz um pequeno erro de transferência de dados que se agrava.

Eixos longos e finos: O torneamento suíço com bucha guia é a resposta correta para qualquer coisa com comprimento-a-diâmetro > 12:1. O torneamento padrão permite que a barra fique pendurada sem suporte além do mandril, e a deflexão sob forças de corte torna o controle de concentricidade e diâmetro não confiável. A bucha no torneamento suíço suporta a peça a milímetros da zona de corte - a deflexão essencialmente desaparece. Parapeças de usinagem cnc de precisão para a indústria aeroespacialassim como as hastes das válvulas hidráulicas e os pinos do sistema de combustível, o torneamento suíço costuma ser o único processo viável para atingir concentricidade de ± 0,003 mm em uma peça de 150 mm com diâmetro de 6 mm.

Slots profundos e estreitos: Se a profundidade da ranhura-à{1}}largura exceder 4:1, as fresas de topo padrão começam a desviar e vibrar. Duas alternativas: fresamento trocoidal se a ranhura estiver aberta em ambas as extremidades, ou fresamento em mergulho se você estiver removendo um grande volume e o acesso permitir. O cruzamento prático: o trocoidal supera o fresamento em mergulho quando a largura da ranhura é menor que 1,5x o diâmetro da fresa; o fresamento por mergulho é mais rápido para bolsões largos e profundos, onde a principal restrição é a taxa de remoção de material e não a qualidade da parede. Errar nessa decisão nem sempre produz uma peça descartada - ela produz uma peça que passa na inspeção, mas custa o dobro do que deveria.

Onde a precisão MID se encaixa no seu ciclo de design

Revisamos os arquivos STEP antes de cotá-los. Isso não é uma linha de vendas -, é como capturamos os recursos que triplicarão seu-custo por peça ou levarão a entrega além do marco do programa.

Sinalizadores comuns da nossa fila DFM deste ano: raios de canto internos de 0,2 mm em bolsões de 15 mm{2}}profundos (força uma fresa de topo de 0,4 mm operando em velocidades não{4}}produtivas), profundidades de rosca com 3× diâmetro nominal em 316L (risco de quebra do macho embutido no desenho) e chamadas bilaterais de ±0,005 mm aplicadas globalmente a faces não{8}}conjugantes porque o bloco de tolerância foi copiado de uma revisão anterior.

Nós corremosUsinagem CNCem 5-eixos, torneamento suíço, torneamento{2}}composto e eletroerosão a fio - tudo sob o mesmo teto, com gerenciamento de qualidade em conformidade com ISO 13485 e rastreabilidade digital em todas as operações. Parapeças usinadas CNC de precisãoque envolvem cadeias de suprimentos aeroespaciais, médicas ou de semicondutores, fornecemos documentação FAI e relatórios CMM completos como padrão nos primeiros artigos.

Se você estiver na fase DFM, envie-nos o arquivo STEP. Retornaremos um relatório escrito do DFM dentro de 24 horas - sem necessidade de compromisso. Se você estiver mais adiantado e precisar conversar sobre um orçamento de tolerância ou seleção de processo, nossoequipe de engenharia de processosé o ponto de partida certo. Contate-nos em bishenprecision.com para iniciar a conversa.

Perguntas frequentes

Que raio de canto devo especificar para evitar operações caras com-ferramentas pequenas?

Para uma profundidade de bolsão D, especifique um raio de canto interno mínimo de D/4 - e nunca abaixo de 0,5 mm, a menos que o recurso seja acionado funcionalmente. Um bolsão de 12 mm-de profundidade precisa de pelo menos R3 para ser cortado com uma ferramenta que funcione em velocidades produtivas e sobreviva ao trabalho. Qualquer coisa mais apertada força uma fresa de topo de{7}}diâmetro pequeno: mais lenta, mais deflexão, maior probabilidade de quebra. Se a geometria do canto não tiver função de posicionamento, aumente o raio e reduza a economia de tempo do ciclo.

Você consegue segurar ±0,005mm em uma peça de alumínio de 100mm sem lixar?

Sim - em um recurso de furo ou diâmetro externo, com a sequência correta. Rotineiramente mantemos ±0,005 mm em furos de alumínio de até 100 mm usando um passe de mandrilamento de acabamento dedicado em um ambiente-de temperatura controlada, seguido de verificação CMM. A restrição é térmica: o alumínio se expande aproximadamente 23 μm por grau por 100 mm de comprimento, portanto, se o chão de fábrica estiver 5 graus acima da temperatura de referência de 20 graus e a peça não estiver estabilizada antes da medição, o número de inspeção estará errado, independentemente de quão bem a máquina cortou. Aguarde 30–60 minutos de estabilização térmica antes da medição final.

Quando um empilhamento de tolerâncias de peças de usinagem CNC-justifica a-tolerância do desenho?

Quando a soma das tolerâncias de recursos individuais em uma pilha de montagem excede a folga funcional na interface correspondente. Execute primeiro a aritmética do pior-caso: se todos os recursos estiverem no limite simultaneamente, a montagem ainda funciona? Se a resposta for não, restrinja as tolerâncias que mais contribuem para a pilha (geralmente os recursos de referência e o diâmetro de acoplamento primário). Se a resposta for sim com margem, você pode ser excessivamente-tolerado -, o que custa dinheiro sem função de compra.

Que acabamento superficial devo especificar em uma face de vedação para uma ranhura de anel O-?

Ra 0,8 μm é o padrão para faces de vedação de O-rings estáticos; Ra 0,4μm para vedações dinâmicas. Ambos são obtidos com um passo de fresamento de acabamento controlado - sem necessidade de retificação. Especificar Ra 0,2 μm ou melhor em uma ranhura de vedação leva você ao território de retificação ou lapidação e aumenta significativamente os custos. Se o guia de instalação do fabricante do O-ring indicar um requisito de acabamento, use esse número diretamente; caso contrário, Ra 0,8 μm é defensável para aplicações estáticas.