Existem atualmente diferentes processos de usinagem CNC, cada um com suas vantagens e aplicações específicas. Para peças cilíndricas e rotativas que exigem alto acabamento superficial e precisão, nenhum processo supera o torneamento CNC de precisão.
Este artigo aborda todo o processo de usinagem e as aplicações da torneagem CNC de precisão. Além disso, examina os fatores a serem considerados antes de tomar decisões de compra, principalmente como identificar o melhor fornecedor para suas necessidades de usinagem.
O que é torneamento CNC de precisão?
A usinagem CNC de precisão é um processo de usinagem subtrativa que cria peças rotativas com tolerâncias rigorosas, removendo material de uma peça giratória por meio de uma ferramenta de corte com movimento linear. Tornos e centros de torneamento CNC (com orientação horizontal ou vertical) são utilizados para a usinagem CNC de precisão.
Quando você precisa de torneamento CNC de precisão?
Aqui estão os fatores que indicam a necessidade de torneamento CNC de precisão.
Tolerâncias apertadas
A usinagem CNC padrão geralmente é adequada para peças não críticas com tolerâncias entre 0.05 mm e 0.5 mm. No entanto, peças que exigem tolerâncias muito mais rigorosas (<0.005 mm) não podem ser usinadas de forma confiável com processos CNC padrão, pois o desgaste da ferramenta e a expansão térmica se tornam fontes significativas de erro.
Para peças tão críticas, é necessário o torneamento CNC de precisão, pois ele permite produzir peças com tolerâncias tão rigorosas quanto 0.001 mm. No entanto, a contrapartida é o aumento dos custos de produção. Portanto, uma relação custo-benefício é essencial na escolha do tipo de usinagem. O torneamento CNC de precisão só deve ser utilizado se os benefícios potenciais superarem o aumento de custo.
Requisitos de acabamento superficial elevados
A usinagem CNC padrão pode garantir valores de rugosidade superficial entre Ra 1.6 e 0.8 μm, o que é suficiente para muitas peças estruturais ou não vedantes. No entanto, algumas peças (especialmente aquelas expostas a alta tensão e contato superficial) exigem valores de Ra inferiores a 0.8 μm, às vezes tão baixos quanto 0.005 μm (acabamento espelhado). Essas peças necessitam de usinagem CNC de precisão.
Vale ressaltar, no entanto, que produtos que exigem superfícies mais lisas e tolerâncias mais rigorosas têm tempos de ciclo por peça mais longos do que produtos que não exigem essas características, principalmente devido a passes de corte e acabamento mais controlados. Portanto, a usinagem CNC de precisão geralmente leva mais tempo para ser concluída em comparação com a usinagem CNC padrão.
Embora a diferença exata no tempo de ciclo dependa do produto usinado e da condição da ferramenta, a usinagem CNC de precisão pode levar até 40% mais tempo para produzir peças acabadas. Por implicação, os engenheiros podem, às vezes, obter melhores resultados com a usinagem padrão se os produtos não exigirem requisitos de superfície tão rigorosos e precisarem ser fabricados com maior rapidez.
Qualidade consistente para produção em lotes de pequeno a médio porte.
A usinagem CNC de precisão apresenta uma faixa de repetibilidade de aproximadamente ±2 a 5 µm, em comparação com ±10 a 20 µm para a usinagem padrão. Essencialmente, a usinagem CNC padrão pode ser capaz de atingir a tolerância rigorosa e a precisão dimensional necessárias em certas peças cilíndricas isoladas.
No entanto, muitas vezes apresenta limitações na usinagem de produtos com várias peças e em diferentes lotes. Em contrapartida, o torneamento CNC de precisão possui uma faixa de repetibilidade estreita e demonstra níveis de qualidade consistentemente elevados em diferentes peças e lotes de produção.
Fresagem CNC vs. Torneamento CNC: Qual processo você deve escolher?
Fresagem e torneamento CNC Ambos são processos de usinagem subtrativa que envolvem rotação para obter as formas desejadas das peças. No entanto, a fresagem CNC gira a ferramenta de corte contra uma peça estacionária, enquanto o torneamento CNC gira a peça com a ferramenta de corte se movendo linearmente.
Ao girar a peça em torno de um eixo fixo, o torneamento CNC de precisão oferece maior liberdade de movimento da peça do que a fresagem CNC. A fresagem CNC é adequada para designs complexos e intrincados de diferentes formatos, enquanto o torneamento CNC é mais indicado para peças cilíndricas.
Atualmente, os fabricantes possuem centros de torneamento e fresagem CNC que podem realizar operações de fresagem e torneamento.
Quais são as vantagens e desvantagens da usinagem CNC de precisão?
A usinagem CNC de precisão oferece diversas vantagens, mas também apresenta limitações. Compreender os prós e os contras da usinagem CNC de precisão permite que os engenheiros tomem decisões equilibradas.
Vantagens da usinagem CNC de precisão
Aqui estão alguns dos benefícios da usinagem CNC de precisão:
- PrecisãoA usinagem CNC de precisão permite produzir peças com tolerâncias extremamente rigorosas (até 0.001 mm), tornando-a adequada para geometrias complexas e designs intrincados.
- Consistência entre lotesO torneamento de precisão oferece consistência na qualidade de vários componentes no mesmo lote e em lotes diferentes.
- AvançadaO processo de torneamento CNC de precisão é totalmente automatizado, sem atrasos entre as etapas.
- VersatilidadeA usinagem CNC de precisão é adequada para uma ampla variedade de formas, tamanhos, designs e materiais.
- Segurança (Safety)O processo de torneamento de precisão é realizado em ambiente fechado, e o operador não fica exposto a detritos projetados.
Desvantagens da usinagem CNC de precisão
Aqui estão algumas das desvantagens da usinagem CNC de precisão:
- CustoO custo de instalação e manutenção de máquinas de torneamento CNC de precisão é elevado, o que é especialmente desvantajoso para produções de pequena escala e peças únicas.
- Desperdício de materialO torneamento CNC de precisão é mais detalhado do que o corte padrão, o que se traduz em maior desperdício de material.
- Restrição de projetoA usinagem CNC de precisão não consegue usinar com eficiência geometrias não cilíndricas, como cuboides e furos curvos.
Quais materiais são adequados para torneamento CNC de precisão?
A usinagem CNC de precisão é compatível com uma variedade de materiais, mas esses materiais geralmente reagem de forma diferente a tolerâncias rigorosas e acabamentos superficiais extremamente finos. A seguir, apresentamos alguns dos materiais adequados para usinagem CNC de precisão e fatores importantes a serem considerados na escolha do material ideal para o seu projeto.
Aços
Aços carbono, aços liga e aços inoxidáveis (303, 304 e 316) são adequados para torneamento CNC de precisão. Tanto os aços carbono quanto os aços de baixa liga possuem alta resistência mecânica, o que os torna uma ótima opção para peças que suportam cargas elevadas e estão sujeitas à fadiga. Esses aços também são adequados para eixos longos e roscas.
A dureza dos aços carbono e aços ligados pode apresentar alguns problemas durante a usinagem, visto que a peça é abrasiva e pode acelerar a degradação da ferramenta de corte. Esses aços, particularmente os aços ligados, também são pouco eficientes na dissipação de calor. Isso pode causar a expansão da peça durante a usinagem, afetando a precisão dimensional do processo.
Os aços inoxidáveis também são resistentes e altamente resistentes à corrosão devido ao seu teor de cromo (no mínimo 10%), o que os torna adequados para muitos projetos de torneamento de precisão. No entanto, as peças de aço inoxidável costumam endurecer durante a usinagem, exigindo forças de corte maiores, o que pode tornar o processo de produção mais longo e mais caro.
Ligas de latão e cobre
As ligas de latão são fáceis de usinar, exigindo baixas forças de corte, o que permite tolerâncias rigorosas e excelentes acabamentos superficiais, mesmo em diâmetros muito pequenos. As ligas de cobre são ainda mais fáceis de usinar do que as de latão, além de serem dúcteis e possuírem excelente condutividade térmica e elétrica. Por esse motivo, o cobre e peças torneadas CNC de latão São comuns na indústria elétrica, especialmente em conexões, válvulas e conectores.
No entanto, a facilidade de usinagem e a alta condutividade dessas ligas trazem consigo desvantagens durante o processo de usinagem. Com as ligas de cobre, existe um alto risco de formação de arestas postiças (BUE), o que pode afetar a qualidade do acabamento superficial e também acelerar o desgaste da ferramenta. Deformação da peça, expansão irregular e endurecimento da peça são outros problemas comuns que contribuem para resultados de usinagem insatisfatórios.
O desgaste rápido das ferramentas também é um problema com as ligas de latão devido ao endurecimento da peça, à geração de poeira fina e à evaporação do zinco presente nelas durante a usinagem. As ligas de latão também podem trincar em contato com a umidade.
Ligas de Alumínio
As ligas de alumínio mais utilizadas em torneamento CNC de precisão são a 6061, a 6082 e a 7075. Essas ligas são preferidas por sua alta relação resistência/peso e usinagem previsível. Elas também são compatíveis com as altas velocidades de corte e o controle preciso associados a muitos centros de torneamento de precisão, permitindo tolerâncias extremamente rigorosas e acabamento superficial fino.
Uma desvantagem das ligas de alumínio, no entanto, é o seu módulo de elasticidade inferior ao de outros metais comuns utilizados em torneamento de precisão. Isso as torna mais suscetíveis à vibração e à deflexão da peça, o que é particularmente problemático na usinagem de peças longas ou finas.
Para obter informações práticas sobre o controle da pressão do mandril, passes de acabamento, planejamento de referência e consistência do diâmetro, consulte nosso guia de torneamento de precisão de peças de alumínio.
Titânio
O titânio (geralmente de grau 5) possui uma excelente relação resistência/peso, ainda melhor que a do aço, o que o torna a opção preferida em muitas peças aeroespaciais e automotivas. Além disso, o titânio é altamente resistente à corrosão e suporta temperaturas extremas.
No entanto, o titânio possui baixa condutividade térmica e dissipação de calor deficiente, o que significa que o calor se concentra na aresta da ferramenta em vez de se dissipar com o cavaco. Isso pode acelerar o desgaste da ferramenta, aumentando os custos de produção, que já são elevados. O titânio também pode aderir à ferramenta em altas temperaturas devido a uma reação química chamada engripamento.
Plásticos
A usinagem CNC de precisão é compatível com diversos plásticos de engenharia, incluindo ABS, PEEK, PVC, PTFE, POM e nylon. Esses plásticos oferecem alta precisão e são facilmente usináveis, tornando-os adequados para peças plásticas personalizadas e geometricamente complexas.
Apesar dessas vantagens, os plásticos têm baixos pontos de fusão, o que os torna muito suscetíveis a deformações, quebras, empenamentos e fissuras na presença de calor. Caso seja necessário utilizá-los, são imprescindíveis estabilização térmica adequada e inspeções secundárias, o que aumenta os custos de produção e os prazos de entrega.
Aplicações de peças torneadas de precisão CNC
A usinagem CNC de precisão é fundamental em indústrias e peças que exigem precisão dimensional rotacional, tolerâncias rigorosas, geometrias complexas e alto acabamento superficial. Abaixo, apresentamos algumas aplicações da usinagem CNC de precisão.
Indústria aeroespacial
Os componentes aeroespaciais normalmente exigem altas relações comprimento/diâmetro, padrões de coaxialidade rigorosos, além de tolerâncias apertadas e precisão dimensional. Essas peças também costumam operar sob vibrações intensas e devem ser capazes de suportá-las.
Portanto, as ligas de titânio e aço são frequentemente muito procuradas nessas indústrias. No entanto, devido aos problemas associados a essas ligas, o controle térmico adequado e a inspeção das ferramentas são cruciais durante a usinagem.
Algumas das peças comumente usinadas na indústria aeroespacial incluem:
- Acessorios
- acopladores
- Bicos
- espaçadores
- Buchas
- Fixadores
Produtos para uso Médico
A usinagem CNC de precisão é útil na produção de instrumentos médicos e odontológicos, garantindo que os materiais atendam aos requisitos de biocompatibilidade e precisão. O problema mais comum é assegurar que os requisitos de acabamento superficial sejam atendidos em materiais como titânio e aço inoxidável, que podem endurecer ou se tornar abrasivos durante a usinagem.
Os componentes comuns usinados com precisão em máquinas CNC incluem:
- Parafusos ósseos
- Próteses
- Pinos
- Cânulas
- Implantes
Automotiva
Na indústria automotiva, a usinagem CNC de precisão é utilizada para fabricar componentes onde tolerâncias rigorosas, precisão dimensional e resistência ao desgaste são essenciais. Nessas peças, mesmo pequenos erros de diâmetro ou concentricidade podem afetar o NVH (ruído, vibração e aspereza), a vedação e o alinhamento dos sensores.
Algumas das peças automotivas comuns usinadas com precisão em tornos CNC incluem:
- Eixos de transmissão
- Corpos de válvulas
- Buchas
- Pistons
- Carcaças de sensores
- Componentes da transmissão
Expositores e Eletrónica
Latão, cobre e ligas de alumínio são os materiais mais comumente usados para torneamento CNC de precisão na indústria eletrônica. As peças nesse setor exigem diâmetros pequenos e alta ductilidade, além de tolerâncias rigorosas. Os maiores problemas do torneamento de precisão nessa indústria são o acabamento superficial insatisfatório, rebarbas e forças de inserção inconsistentes.
Alguns dos componentes comuns para torneamento CNC de precisão nesta indústria são:
- Rotores
- Pinos
- Terminais
- Conectores
- Caixas
Hidráulica
A usinagem de precisão é útil na produção de componentes hidráulicos, onde a vedação depende da precisão dimensional e do acabamento superficial. Para essas peças, os principais desafios são manter a circularidade e a retilineidade em peças longas, garantir que a rugosidade seja mínima para evitar o desgaste da vedação e manter o diâmetro da peça sob altas pressões.
As peças hidráulicas típicas usinadas com torneamento de precisão são:
- Pistons
- Cilindros
- Carretéis
- Mangas
- Acoplamentos
- Bicos
Considerações de projeto para torneamento CNC de precisão
Existem considerações de projeto essenciais associadas à usinagem CNC de precisão de alta qualidade e custo-benefício, e elas incluem o seguinte:
- velocidade de corteIsso afeta a taxa de desgaste da ferramenta, a estabilidade do acabamento superficial e a geração e o controle de calor. Velocidades mais altas aumentam a degradação térmica da ferramenta e da peça, enquanto velocidades baixas podem aumentar a BUE (Unidade de Eficiência de Corte).
- Taxa de alimentaçãoQuanto maior a taxa de avanço, mais eficiente é a remoção de material, mas há uma diminuição correspondente na circularidade da peça. Em contrapartida, uma taxa de avanço baixa pode garantir um melhor acabamento superficial, mas o tempo de ciclo é maior e o material fica exposto ao calor por mais tempo, aumentando o risco de degradação.
- Material da peçaMateriais mais macios são mais fáceis de usinar, mas sua suscetibilidade à deflexão é maior. Por outro lado, materiais mais duros são mais difíceis de usinar, mas o desgaste da ferramenta é mais rápido.
Como escolher o fabricante certo de peças torneadas por CNC?
O sucesso ou o fracasso da usinagem CNC de precisão depende muito do fornecedor das peças. Portanto, engenheiros e fabricantes precisam ser extremamente cuidadosos e criteriosos na escolha de quem contratará para seus serviços de usinagem CNC.
Aqui estão alguns dos principais fatores a serem considerados.
Capacidade da máquina
Os engenheiros devem confirmar se o seu potencial fornecedor de serviços de torneamento CNC consegue cumprir os limites de tolerância em múltiplos ciclos. Devem existir dados verificáveis de tolerância e estabilidade térmica, bem como repetibilidade em torno de 5 µm. Além disso, o fornecedor deve estar disposto e apto a fornecer relatórios de CMM e testes de rugosidade superficial.
Conhecimento de Materiais e Aplicações
Os engenheiros precisam confirmar se o fornecedor é capaz de lidar com o material específico e os produtos finais necessários. Por exemplo, um projeto de peças torneadas em CNC de latão deve ser concedido a fornecedores que possuam conhecimento e resultados comprovados em processos e produtos de torneamento de latão anteriores.
Experiência com peças torneadas de alta precisão
A experiência é fundamental na usinagem CNC, e isso não se mede apenas em anos de serviço, mas também no número de projetos que o fornecedor gerenciou com sucesso. Os fornecedores devem ter experiência no gerenciamento de diferentes riscos e problemas associados a peças cilíndricas, como vibração, conicidade, erros de coaxialidade e superfícies irregulares.
Sistemas de Qualidade
O fornecedor deve cumprir as normas regulamentares do setor. Por exemplo, deve apresentar comprovativo de certificações ISO 9001 ou ISO 2768, bem como certificação GD&T. Setores específicos podem também exigir certificações específicas, como a AS9100D para componentes aeroespaciais.
Prazo de entrega e escalabilidade
Em geral, quanto menor a tolerância, mais longo será o processo de produção. Um sinal de alerta comum em fornecedores é a incapacidade de ajustar os prazos de entrega à complexidade dos projetos. Embora o objetivo seja normalmente fornecer os produtos o mais rápido possível, fornecedores com prazos de entrega irreais provavelmente irão comprometer a qualidade.
Além disso, a capacidade dos fornecedores de manter a qualidade do produto mesmo com o aumento da carga de trabalho é um fator crítico na escolha do fornecedor certo. Tolerância e estabilidade térmica, precisão geométrica e cumprimento dos prazos de entrega são fatores essenciais a serem considerados ao avaliar o potencial de escalabilidade do fornecedor.
Conclusão
A usinagem CNC de precisão é o método de fabricação preferido para peças cilíndricas que exigem tolerâncias rigorosas e acabamentos superficiais superiores, principalmente nas indústrias aeroespacial, médica, automotiva, eletrônica e hidráulica. Para aproveitar ao máximo essas vantagens de desempenho, é essencial selecionar o parceiro de usinagem certo.
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