O alumínio e suas ligas possuem inúmeras aplicações em diversos setores como, nas áreas de transportes, engenharia geral, elétrica, estrutural e de construção. Também é útil na produção de produtos nacionais e em embalagens nos setores químico e alimentício. O alumínio, em comparação com outros metais, possui baixa dureza e alto valor de expansão térmica. Isto torna a produção de componentes de precisão de alumínio vulnerável à deformação do produto.
Uma variedade de fatores contribuem para a deformação dos componentes de precisão da liga de alumínio. Esses fatores incluem material, ambiente de fabricação, formato da peça e desempenho do fluido de corte. A seguir estão maneiras de reduzir a distorção em componentes de liga de alumínio durante a usinagem CNC:
1. Reduza o estresse interno do material de alumínio
Estresse é definido como a medição de forças internas induzidas por partículas dentro de um material exercendo pressão umas sobre as outras. Deformação é uma medida de estresse, que reflete o grau de deformação induzido pela tensão interna de um material. A deformação em um material é induzida por forças internas ou externas. Forças externas aplicam estresse à massa do material (por exemplo, gravidade) ou à sua superfície (por exemplo, forças de contato, pressão externa, atrito).
A tensão residual é uma forma comum de tensão que geralmente sobra do processo de fabricação. A tensão residual causa a maior distorção em componentes finos.
Alguns dos métodos mais comuns para liberar tensão no alumínio são:
- Fazendo uma série de cortes suaves à medida que o componente se aproxima do tamanho final. O alívio de tensões na peça entre a usinagem de desbaste e de acabamento também pode reduzir ou eliminar a distorção causada pelas tensões de usinagem.
- A liberação de estresse vibracional (VSR) também é outra forma comum de alívio de estresse. A VSR envolve dobrar o metal com amplitude suficiente para combinar o estresse gerado e residual. O fluxo plástico ocorre como resultado, resultando em alívio de tensão. Para otimizar a quantidade de alívio de estresse, a VSR tem como alvo a frequência de ressonância do metal. Este método de alívio de estresse não térmico é usado em metalurgia para melhorar a estabilidade dimensional e a integridade mecânica. É usado, particularmente para alumínio fundido, forjado ou soldado. Componentes de precisão com tolerâncias dimensionais ou geométricas excepcionalmente rígidas são frequentemente empregados com VSR.
- A criogenia é outro método de alívio de tensão que reduz a tensão residual juntamente com a melhoria da resistência ao desgaste e à corrosão. Um item de alumínio é colocado em um tanque específico e submetido ao nitrogênio líquido. Dependendo do tipo de liga e da espessura, a temperatura cai para até -300°F, e o metal é deixado lá por um período de tempo específico. A temperatura é então aumentada gradualmente até à temperatura ambiente. O método criogênico é uma opção às técnicas mais prevalentes de tratamento térmico. O alumínio tratado desta forma tem menos chances de deformação e é mais resistente e durável. Outras vantagens incluem menos fissuras por tensão, menor coeficiente de atrito e maior resistência ao impacto. As peças manuseadas dessa maneira são mais fáceis de usinar e corrigir, e as peças acabadas têm uma vida útil mais longa.
- Métodos de tratamento térmico para alumínio
- Anelamento. As ligas de alumínio são frequentemente endurecidas no início do ciclo de fabricação. A deformação plástica deliberada de uma peça é frequentemente descrita como endurecimento por deformação. O endurecimento por deformação modifica a estrutura cristalina dentro do metal e é posteriormente redefinido por recozimento. O metal é aquecido por até três horas, a temperaturas que variam de 570°F a 770°F. Isso reduz a tensão causada pelo processo de endurecimento e auxilia na resolução de empenamentos e outras dificuldades.
- O tratamento térmico em solução é outro tipo de tratamento térmico. O metal é imerso em uma solução a alta temperatura (entre 825°F e 980°F) e depois resfriado para resfriar rapidamente a substância. Esta armadilha dissolve componentes, que então precipitam, resultando em um efeito de endurecimento com o envelhecimento. O metal é fácil de trabalhar logo após a têmpera, mas endurece com o tempo e se torna cada vez mais difícil de trabalhar.
2. Aumente a eficiência de corte da ferramenta.
É vital escolher as ferramentas de corte corretas para reduzir a deformação da usinagem dos componentes. O material da ferramenta de corte e os fatores geométricos têm impacto significativo na força de corte e no calor.
Os fatores geométricos que influenciam a eficiência da ferramenta são:
i. Ângulo frontal
O ângulo frontal deve ser cuidadosamente ajustado para preservar a resistência da lâmina; caso contrário, as bordas afiadas se deteriorariam. O ângulo de ataque deve ser adequadamente grande para preservar a resistência da borda. Por um lado, ele pode ser usado para afiar bordas. Ele também pode, por outro lado, reduzir a distorção do corte, garantir a remoção suave de cavacos e, então, reduzir a força de corte e a temperatura. O uso de ferramentas com ângulo de ataque negativo não é recomendado.
ii. Ângulo Traseiro
O ângulo traseiro tem um efeito significativo no desgaste lateral e na qualidade do processamento. Ao determinar o ângulo traseiro, a espessura de corte é um fator essencial a considerar. A ferramenta utilizada deve ter condições adequadas de dissipação de calor, portanto deve-se utilizar um ângulo de relevo menor. Isso se deve à alta taxa de avanço, à forte carga de corte e à alta produção de calor no fresamento em desbaste. Arestas vivas são necessárias no fresamento fino para diminuir o atrito entre a lateral e a superfície usinada, bem como a deformação elástica. Consequentemente, um ângulo de relevo mais amplo deve ser escolhido.
iii. Ângulo Helix
O ângulo da hélice precisa ser tão grande quanto apropriado para proporcionar um fresamento suave e menor força de fresamento.
iv. Ângulo de desvio principal
Uma redução adequada do ângulo de desvio primário pode melhorar as condições de dissipação de calor e diminuir a temperatura média da área de processamento.
3. As técnicas de fixação de peças devem ser melhoradas
Em certos componentes de alumínio de paredes finas e baixa rigidez, os métodos de fixação descritos abaixo podem ser utilizados para diminuir a deformação:
Mandril autocentrante de três mandíbulas
- Se um mandril autocentrante de três mandíbulas ou um mandril de mola for usado para fixar componentes de buchas de usinagem CNC de parede fina na direção radial, a peça de trabalho sem dúvida distorcerá quando for liberada após o processamento.
Um método de prensagem da face final axial com boa rigidez deve ser adotado. Um mandril roscado é fabricado para encontrar o furo interno da peça com base na posição do furo interno da peça. Ele deve ser inserido no furo interno da peça. A face final é comprimida com a placa de cobertura, e a porca é apertada para trás, com a deformação de desaperto pode ser evitada durante a usinagem do círculo externo, e a precisão da usinagem pode ser alcançada.
- A menos que processe componentes de placas de paredes finas, é aconselhável utilizar ventosas a vácuo para obter uma força de fixação mais uniformemente distribuída e, em seguida, processar com uma quantidade de corte menor para evitar a deformação da peça.
Alternativamente, procedimentos de enchimento podem ser empregados. Para aumentar a rigidez do processo de peças de paredes finas, meios podem ser introduzidos na peça para diminuir a deformação da peça durante a fixação e o corte. Por exemplo, pode-se despejar uma massa fundida de ureia contendo 3% a 6% de nitrato de potássio na peça de trabalho. Após o processamento, mergulhe a peça em água ou álcool, dissolva e drene o enchimento.
4. Melhore o design das ferramentas de corte
Ferramentas de corte
- Reduza o número de dentes da fresa enquanto aumenta o espaço de retenção dos cavacos.
Uma área de cavaco maior é necessária devido à alta plasticidade do material de alumínio e à alta deformação de corte durante o processamento.
Assim, o raio do fundo da flauta de cavacos deve ser maior, mas o número de dentes da fresa deve ser menor. O raio do fundo do tanque deve ser aumentado, enquanto o número de dentes da fresa deve ser diminuído. Para minimizar a distorção de componentes de parede fina de liga de alumínio devido ao bloqueio de cavacos, dois dentes de corte são usados em uma fresa de 20 mm ou menos, e três dentes de corte são usados em uma fresa de 30 a 60 mm.
- Afie os dentes finamente.
A aresta de corte tem uma rugosidade de Ra=0.4um ou menos. Antes de utilizar uma ferramenta de corte nova, algumas fricções suaves com asfalto fino devem ser feitas na parte frontal e traseira dos dentes do cortador para remover quaisquer rebarbas ou pequenas marcas serrilhadas que possam ter permanecido após o desbaste dos dentes da ferramenta. O calor de corte é reduzido e a distorção de corte é minimizada devido a este método.
- Controle o padrão de desgaste da ferramenta o mais rigorosamente possível.
A rugosidade da superfície da peça de trabalho aumenta conforme a ferramenta se desgasta, juntamente com a temperatura de corte e a deformação da peça de trabalho. Como resultado, além de selecionar materiais de ferramenta com forte resistência ao desgaste, o padrão de desgaste da ferramenta não deve ser maior que 0.2 mm, caso contrário, bordas de cavacos são facilmente produzidas. Para evitar distorção, a temperatura da peça de trabalho tratada não deve exceder 100 °C durante o corte usando fresamento CNC ou torneamento CNC.
5. Organize o processo de produção de forma adequada
A vibração ocorre frequentemente durante o fresamento em corte de alta velocidade devido à ampla margem de usinagem e ao corte intermitente. Isso afeta a precisão da usinagem e a rugosidade da superfície. Como resultado, o processo de corte CNC de alta velocidade é amplamente classificado da seguinte forma: usinagem de desbaste-usinagem de semi-acabamento-usinagem de cantos claros-acabamento. Pode ser essencial realizar uma segunda etapa de semiacabamento antes do acabamento para itens que exigem um alto nível de precisão. As peças podem esfriar naturalmente após a usinagem de desbaste para reduzir a tensão interna e a deformação.
Após a usinagem grosseira, a margem residual deve ser maior que a distorção, geralmente 1-2 mm. A superfície da peça deve ser homogênea durante todo o acabamento.
Em geral, manter a ferramenta estável durante o processo de acabamento com 0.2-0.5 mm é a melhor técnica para reduzir a deformação de corte, obter alta qualidade de processamento de superfície e manter a correção do produto.
Além das razões expostas acima, a técnica de operação também é crítica na operação real, e o método de operação correto pode minimizar significativamente a flexão dos componentes de liga de alumínio.
6. Usinagem Simétrica
Para melhorar a dissipação de calor e evitar a deformação térmica em componentes de usinagem de alumínio CNC com altas tolerâncias de usinagem, deve-se evitar concentrações extremas de calor. O processamento simétrico é uma técnica que pode ser usada para fazer isso.
Considere o caso de uma chapa metálica de 90 mm de espessura que precisa ser reduzida para 60 mm de espessura. Embora cada superfície seja tratada para o tamanho final e a tolerância de usinagem contínua seja considerável, se o lado da fresagem for transferido instantaneamente para o outro lado, a concentração de calor será um problema, e a planura da chapa de liga será de apenas 5 mm
Porém, se a técnica de processamento simétrico for realizada em ambos os lados, cada superfície poderá ser tratada pelo menos mais duas vezes até que o tamanho final seja alcançado, o que é favorável à dissipação de calor e a planicidade pode ser regulada em 0.3 mm.
7. Selecione os parâmetros de corte adequados
A força de corte e o calor de corte resultante podem ser diminuídos usando os parâmetros de corte corretos. Quando os parâmetros de corte são maiores do que o normal no processo de processamento mecânico, isso resultará em força de corte excessiva. Força de corte excessiva pode facilmente causar deformação dos componentes, bem como influenciar a rigidez do fuso e a longevidade da ferramenta.
A quantidade de profundidade de corte posterior tem o maior impacto na força de corte de todos os parâmetros de corte. Reduzir o número de ferramentas de corte é essencial para garantir que as peças não distorçam. No entanto, isso causa redução na eficiência do processamento. Esse desafio pode ser resolvido com a fresagem de alta velocidade da usinagem de controle numérico.
A usinagem pode reduzir a força de corte e garantir a eficiência do processamento, reduzindo a profundidade de corte, aumentando o avanço e aumentando a velocidade da máquina.
8. Tome nota da sequência do percurso da ferramenta de corte
As sequências de corte para usinagem de desbaste e acabamento devem ser distintas.
A usinagem de desbaste prioriza a eficiência da usinagem e a meta de taxa de remoção por unidade de tempo. Na maioria dos casos, o fresamento reverso pode ser usado. (Um laminador reverso é um tipo de laminador no qual a peça de trabalho é passada entre um par de rolos para frente e para trás. O laminador reverso recebe esse nome pelo fato de que o aço vai e volta entre os rolos, diminuindo gradativamente a espessura com cada passagem)
Ou seja, o excesso de material na superfície do blank é removido da forma mais rápida e eficiente possível, e essencialmente é gerado o contorno geométrico necessário para o acabamento.
Quando se trata de acabamento, a ênfase deve estar na precisão e qualidade, e o fresamento descendente deve ser utilizado. A espessura de corte dos dentes da fresa cai continuamente do máximo para zero durante o fresamento descendente, portanto o grau de endurecimento por trabalho é consideravelmente reduzido, assim como o grau de deformação da peça.
9. Compressão dupla de peças de paredes finas
A força de fixação causa deformação durante o processamento de componentes de usinagem de alumínio CNC. Antes que o tamanho final seja alcançado, a peça prensada deve ser liberada e a pressão deve ser reduzida para recuperá-la à sua forma inicial. Em seguida, a segunda pressão deve ser aplicada para diminuir a deformação da peça produzida pela fixação.
A superfície de apoio é o local ideal para o segundo ponto de pressão e a força de fixação deve ser aplicada na direção da rigidez máxima.
A força de compressão deve ser adequada para evitar que a peça se solte se tudo estiver em ordem.
Este procedimento requer o uso de operadores qualificados, mas pode garantir que os componentes de usinagem de alumínio cnc processados sejam deformados o menos possível.
10. Perfuração e fresagem
O processamento de cavidades em componentes de usinagem de alumínio CNC tem seu próprio conjunto de desafios. Sempre que a fresa é usada diretamente no componente, os cavacos de corte não serão suaves devido à falta de espaço de fragmentação da fresa. Isso faz com que uma grande quantidade de calor de corte se acumule, o que expande e deforma as peças de usinagem de alumínio CNC, além de causar danos ao componente ou ferramenta.
Furar primeiro e depois fresar é a melhor técnica para lidar com esse problema.
Isso envolve fazer um furo com uma ferramenta não menor que a fresa antes de colocar a fresa no furo para iniciar o fresamento.
11. Use óleo de corte especial para liga de alumínio
O óleo de corte especial é um tipo de fluido que deve ser utilizado durante todo o processo de corte CNC para lubrificação, resfriamento e limpeza.
Vários tipos de refrigerantes podem ser utilizados durante a usinagem de alumínio.
Misturas solúveis em água podem ser utilizadas com sucesso para dispersar o calor durante a usinagem em desbaste, onde a remoção de material é suficiente para criar calor.
Óleo de vedação mineral puro, uma mistura 50-50 de óleo de vedação mineral e querosene, uma mistura de 10% de óleo de banha e 90% de querosene e um óleo mineral de 100 segundos reduzido com óleo de vedação mineral ou querosene são alguns outros óleos que podem esteja avisado.
Os novos óleos de corte normalmente usam aditivos antidesgaste sulfurados de extrema pressão como componentes principais. Isso se deve à melhoria contínua de ferramentas, equipamentos e processos de corte de alta velocidade. Isso ajuda a proteger as ferramentas no processo de corte em velocidade ultra-alta, melhorando a precisão do processo e a eficiência do corte.
