Introdução
A usinagem de metal progrediu do tradicional corte manual de metal para a microusinagem com laser. Usinagem é um termo amplo que se refere a uma ampla gama de processos e tecnologias utilizadas na produção.
Aprender os fundamentos da usinagem de metal é essencial para novos empresários e aspirantes a fornecedores de peças metálicas. O material é removido de uma peça durante o processo de usinagem. O metal é moldado no design desejado usando máquinas-ferramentas para fabricar peças ou componentes metálicos em uma variedade de aplicações. A usinagem também pode ser feita em qualquer peça existente, como forjamento ou fundição de precisão.
Neste artigo, você aprenderá mais sobre o processo de usinagem de metais para que possa usá-lo para escolher os melhores procedimentos de fabricação para seus produtos e satisfazer as necessidades e preferências de seus clientes.
O que é a usinagem de metais
A usinagem de metal é uma técnica industrial para fabricar componentes, ferramentas e máquinas metálicas. Implica uma série de etapas para produzir a forma, diâmetro do furo, tamanho, textura e acabamento adequados do produto final.
Além disso, inclui a utilização de máquinas-ferramentas para moldar uma peça de trabalho em um formato específico. Durante o processo de fabricação, a maioria, senão todos os componentes e itens metálicos, requerem alguma forma de usinagem. Outros materiais, como plásticos, borracha, madeira e produtos de papel, são frequentemente usinados.
Tipos de tecnologia de usinagem
Tecnologia de usinagem de queima
E se disséssemos que existem diversas formas diferentes de tecnologia de usinagem por queima? Máquinas-ferramentas de queima e soldagem são usadas para aquecer a peça de trabalho e moldá-la. Eles são conhecidos por queimar vários materiais.
· Tecnologia de corte a laser
Os cortadores a laser derretem, queimam ou evaporam materiais emitindo um feixe de luz estreito e de alta energia. Este método é ideal para gravar padrões ou transformar o aço em uma peça de arte sólida. O corte a laser oferece vantagens como composição extrema e acabamentos de serviço de alta qualidade.
· Tecnologia de corte oxicorte
Para cortar e derreter materiais, esse tipo de usinagem emprega uma combinação de oxigênio e gás combustível. Como as moléculas de propano, hidrogênio, gasolina ou acetileno são extremamente inflamáveis, elas são normalmente usadas neste processo.
· Tecnologia de corte a plasma
Esta ferramenta funciona disparando um fluxo de plasma em um arco elétrico. Como resultado, os gases inertes são transformados em plasma. É claro que, ao lidar com plasma, ele pode ficar extremamente quente ao toque.
Tecnologia de usinagem de erosão
Embora as ferramentas de queima utilizem calor para remover material extra, as máquinas de erosão usam eletricidade ou água para remover o material da peça de trabalho.
· Tecnologia de corte por jato de água
Os cortadores a jato de água usam um jato de água altamente pressurizado para cortar uma variedade de materiais. Para degradar os materiais mais rapidamente do que nunca, basta misturar algum tipo de grão abrasivo no jato de água. Os cortadores a jato de água são normalmente usados em materiais que foram distorcidos ou danificados como resultado da exposição ao calor.
· Tecnologia de usinagem por descarga elétrica
Para fazer pequenas crateras, ferramentas de usinagem por descarga elétrica são utilizadas para descarregar arcos elétricos. Isso melhora o ritmo de "cortes completos". A usinagem por descarga elétrica também é empregada em aplicações que precisam de formas complexas.
Ferramentas de usinagem de descarga elétrica também podem ser usadas para cortar materiais difíceis. As ferramentas de usinagem por descarga elétrica limitam o número de ligas ferrosas usando um material base para conduzir eletricidade.
Técnicas de usinagem de metais
- Passando
- fresagem
- Moagem:
- Chato
- Perfuração
- serrar
- abordando
- ECM/EDM
Passando
O torneamento é a operação mais simples da máquina, incluindo a fixação firme de uma peça de trabalho em uma placa giratória ou mandril. A ferramenta de corte é mantida contra a peça de trabalho em um dispositivo montado em um slide móvel enquanto gira. O slide pode ser movido para cima e para baixo no comprimento da peça de trabalho, bem como para mais perto e mais longe da linha central. Esses métodos de usinagem simples são perfeitos para remover com eficiência grandes quantidades de material. Uma broca instalada no cabeçote móvel também pode fazer furos precisos na linha central da peça de trabalho.
No círculo externo de um objeto redondo, tornos são empregados para criar formas concêntricas. Muitos recursos redondos ou circulares são fabricados em um torno, incluindo ranhuras, ranhuras em anel, ressaltos escalonados, roscas internas e externas, cilindros e eixos. Eles também podem gerar acabamentos superficiais notavelmente lisos e homogêneos.
fresagem
O fresamento difere do torneamento porque a peça permanece estacionária enquanto a ferramenta de corte gira em um fuso. Na maioria dos casos, a peça de trabalho é mantida horizontalmente em uma morsa que se move nas direções X e Y. O fuso se desloca nos eixos X, Y e Z e carrega uma variedade de ferramentas de corte.
Uma fresadora pode fazer furos e furos, mas é melhor para remover material de peças mais complexas e assimétricas. As fresas são usadas para fazer faces quadradas/planas, entalhes, chanfros, canais, perfis, rasgos de chaveta e outros recursos que dependem do ângulo. A maioria das operações de máquinas-ferramenta CNC são realizadas por fresamento e torneamento juntos. O fluido de corte é usado para resfriar a peça de trabalho e a ferramenta de corte, lubrificá-la e remover as partículas de metal em todas as operações de usinagem de metal.
Moagem:
A retificação é um processo de usinagem que envolve a remoção de uma pequena quantidade de material de uma peça com um rebolo abrasivo para obter um acabamento fino. A retificação também pode ser usada para texturizar o objeto ou fazer cortes leves.
· Moagem de superfície
Para muitas aplicações, uma superfície altamente lisa em itens de metal é crítica, e o melhor método para conseguir isso é com uma esmerilhadeira. A retificadora consiste em um disco giratório coberto por um grão abrasivo grosso. A peça de trabalho é montada em uma mesa e movida para frente e para trás lateralmente sob a roda abrasiva ou mantida imóvel enquanto a roda gira. Naturalmente, este procedimento só pode ser utilizado em faces que não estejam obstruídas por saliências salientes da superfície.
Dependendo do material que está sendo moído, diferentes tipos de abrasivos são utilizados. Como o calor e o estresse mecânico do processo de moagem podem danificar a peça de trabalho, é importante manter a velocidade e a temperatura da ferramenta sob controle.
· Moagem cilíndrica
Retificação de superfície e torneamento de torno são usados neste processo. Uma roda de retificação circular ou cilíndrica é normalmente girada contra a superfície da peça de trabalho enquanto ela é mantida estacionária. Em diâmetros internos e externos, retificadoras cilíndricas podem ser utilizadas em todo o comprimento da peça ou em profundidades parciais.
Este procedimento tem a vantagem de produzir tolerâncias extremamente precisas e exatas com uma textura superficial muito lisa.
· Moagem óptica
Retificação de superfície e torneamento de torno são usados neste processo. Uma roda de retificação circular ou cilíndrica é normalmente girada contra a superfície da peça de trabalho enquanto ela é mantida estacionária. Em diâmetros internos e externos, retificadoras cilíndricas podem ser utilizadas em todo o comprimento da peça ou em profundidades parciais.
Este procedimento tem a vantagem de produzir tolerâncias extremamente precisas e exatas com uma textura superficial muito lisa.
Chato
Mandrilamento é o processo de expansão de furos já perfurados ou fundidos. Mandrilamento em linha (uma das duas extremidades apoiada por uma barra de mandrilamento), mandrilamento posterior (perfuração de um furo na metade posterior da peça de trabalho) e mandrilamento em torno são exemplos de mandrilamento (ampliação de um furo com uma ferramenta de corte de ponta única para criar furos cônicos ou quadrados)
A furação também pode ser denominada como método de ampliar furos previamente cortados em uma peça de trabalho. A perfuração pode ser usada para fazer os primeiros furos. A perfuração, ao contrário da perfuração, utiliza um instrumento de corte de ponta única.
Perfuração
Perfuração é um método de usinagem que emprega brocas para criar furos cilíndricos em materiais sólidos; é uma das técnicas de usinagem mais importantes, pois os furos criados são frequentemente utilizados para auxiliar na montagem. As furadeiras de coluna são as mais comumente usadas, mas tornos também podem ser usados. Perfuração é uma fase de pré-processamento na maioria das operações de fabricação que resulta em furos acabados que são então rosqueados, alargados, perfurados ou modificados de outra forma para produzir furos roscados ou trazer as dimensões do furo dentro de tolerâncias aceitáveis. As brocas geralmente cortam furos maiores do que seu tamanho nominal e furos que não são necessariamente retos ou redondos devido à flexibilidade da broca e ao desejo de buscar o caminho de menor resistência. Como resultado, a perfuração é normalmente especificada em tamanho menor, com usinagem para obter o furo em seu tamanho final.
As brocas usadas tinham duas ranhuras helicoidais subindo pelo eixo. A "canelura" carrega os pedaços, ou limalhas, para fora do furo quando a broca entra no material. Cada tipo de material tem uma velocidade de perfuração e avanço recomendados.
serrar
Os metais são tipicamente serrados usando máquinas de corte para fazer comprimentos menores de barras, formas extrudadas e outros materiais. Serras de fita, tanto verticais quanto horizontais, cinzelam o material com voltas contínuas de bandas dentadas. A velocidade da banda varia dependendo do material, com algumas ligas de alta temperatura exigindo lentos 30 fpm e materiais mais macios como alumínio exigindo 1000 fpm ou mais. Serras de corte elétricas, serras de roda abrasiva e serras circulares são exemplos de outras máquinas de corte.
A gravação a laser
A gravação a laser é melhor para etiquetagem ou marcação de alta precisão, pois usa tecnologia laser para marcação permanente, flexibilidade, tempos de ciclo rápidos e integração de linha de produção. É um método de baixo custo para marcação de itens de metal.
A tecnologia laser permite estampagem de metal de precisão por meio de gravação a laser. A rotulagem de produtos metálicos com números de série, códigos de identidade, nomes de marcas e números de modelo apropriados pode ser feita com precisão e uniformidade usando estampagem de precisão em metal. O uso da tecnologia laser impressionará seus clientes e investidores.
abordando
O brochamento é usado para fazer furos quadrados, rasgos de chaveta e furos estriados, entre outras coisas. O broche é composto por vários dentes colocados em um padrão semelhante a uma lima, com cada dente ligeiramente maior que o anterior. O broche faz uma série de cortes mais profundos à medida que é puxado ou empurrado através de um orifício líder preparado (ou além de uma superfície). As prensas verticais são freqüentemente usadas para brochamento por pressão. A brochagem por tração é comumente feita com dispositivos verticais ou horizontais que geralmente são propelidos hidraulicamente. As velocidades de corte para metais de alta resistência variam de 5 a 50 fpm para metais mais macios.
ECM/EDM
· ECM
A Usinagem Eletroquímica é um tipo de galvanoplastia reversa que resulta em furos sem rebarbas e com excelente acabamento superficial. A peça não está sujeita a nenhuma pressão térmica porque é uma técnica de usinagem a frio.
· EDM
Estes são métodos não mecânicos de remoção de materiais que dependem de faíscas corrosivas ou produtos químicos. A usinagem por descarga elétrica envolve o envio de uma faísca de um eletrodo para a superfície de uma peça condutora através de um fluido dielétrico. Furos de pequeno diâmetro, cavidades de matrizes e outras características finas podem ser fabricados com esta tecnologia. As características térmicas e a condutividade do metal, e não a dureza, influenciam a taxa de descarga.
Ao escolher ferramentas de corte para máquinas CNC, há fatores a serem considerados
Material e características da peça de trabalho
O material da peça tem um grande impacto na seleção da ferramenta. Fundições de alumínio, ferro dúctil e ferro cinzento são os materiais usinados com mais frequência na Stecker Machine. Para cada material, temos ferramentas favoritas de corte de metal para usinagem CNC. Os engenheiros gostam de começar com ferramentas padronizadas testadas e comprovadas, o que reduz riscos, estoques e despesas.
Brocas, fresas e machos são usados para usinar vários recursos, e ferramentas padrão estão disponíveis para cada tipo de ferramenta e material. A Stecker, por exemplo, oferece três fresas básicas para facear cantos a 90°: uma para corte de alumínio, uma para usinagem de ferro dúctil e uma para usinagem de ferro fundido cinzento. O alumínio tem a maior usinabilidade desses materiais, portanto, as ferramentas de alumínio têm padrões de pés por minuto (SFM) de superfície maiores, permitindo que funcionem mais rápido.
Volume de Produção
Em geral, os projetos de grande volume requerem ferramentas de corte especializadas e de alta qualidade, enquanto os de baixo volume utilizam ferramentas mais económicas. Tudo se resume a economias de escala, com o enorme volume de componentes a serem produzidos justificando o alto custo de ferramentas de ponta com recursos específicos.
Possibilidades de Combinações
Na usinagem CNC, ferramentas com vários recursos podem economizar muito tempo e dinheiro. Quando diversas operações — três, quatro ou mais — podem ser realizadas por uma única ferramenta, a duração do ciclo aumenta enquanto o tempo de troca de ferramenta diminui.
Por exemplo, uma ferramenta combinada inserível bem projetada pode perfurar e chanfrar de três maneiras distintas, completando o trabalho em uma passagem com uma ferramenta em vez de seis (e seis passagens). Sim, essa ferramenta personalizada e multifuncional pode custar US$ 3,000, mas a economia rapidamente aumenta para cobrir o preço, especialmente em um projeto de alto volume.
Capacidade das Máquinas
A maioria das ferramentas de corte são compatíveis com máquinas CNC. No entanto, isto nem sempre significa que essas máquinas sejam as mais eficientes. Engenheiros e operadores entendem que uma máquina de maior potência (com maior conicidade) lhes permite usar ferramentas combinadas multifuncionais.
Peças fundidas menores não requerem o uso de guinchos para movê-las, enquanto peças fundidas maiores precisam. Na verdade, o desenvolvimento de um dispositivo que possa operar dois ou três componentes minúsculos ao mesmo tempo em uma máquina maior pode proporcionar potencial para maior eficiência. Esta é uma ilustração de como uma máquina enorme nem sempre implica uma fundição massiva.
Material da ferramenta
A mesma ferramenta de corte pode ser produzida a partir de uma variedade de materiais, alguns dos quais são mais duráveis (e, portanto, mais caros) do que outros.
O metal duro é um material de ferramenta de corte extremamente durável. Uma ferramenta com ponta de PCD, por outro lado, atinge outro nível de durabilidade. A ferramenta de corte mais dura atualmente é o PCD, ou diamante policristalino, que é criado pela sinterização de partículas de diamante com um aglutinante metálico.
Uma ferramenta de furação com ponta de PCD tem uma vida útil de cerca de 4X a de uma ferramenta inteiriça de metal duro (2,500 peças versus 10,000), mas também pode operar 25% mais rápido. A diferença de custo entre os dois (cerca de US$ 180 para metal duro contra US$ 960 para PCD) é compensada pela diferença na produção (maior velocidade do fuso, taxa de avanço extra, E mão de obra, configuração e outras economias).
Estratégia
Engenheiros geralmente projetam um cenário de melhor caso (melhor ferramental, tempos de ciclo agressivos, fixação de ponta) e um cenário de "Plano B" ao determinar como um novo projeto será concluído na oficina (ferramentas menos caras, máquinas menos potentes, etc.). A tentação é manter os custos baixos escolhendo uma solução menos cara, mas isso geralmente implica que as ferramentas sofrem.
A falha nesse argumento é que ele não leva em conta possíveis problemas com ferramentas, que não só custam tanto quanto o melhor cenário inicial, mas também acrescentam o custo do tempo perdido ao projeto.
A experiência é inestimável
Algumas empresas de máquinas CNC têm funcionários mais experientes do que outras. Nada se compara ao conhecimento adquirido em décadas de projetos bem-sucedidos de máquinas CNC. Esses pioneiros têm experiência no gerenciamento de projetos desde a concepção até a conclusão e possuem os processos necessários em funcionamento, bem como muitas das ferramentas necessárias.
Então, como um novato entra em uma oficina de máquinas CNC experiente? Afinal, mesmo os melhores programas e sessões de treinamento de CNC de ensino superior não ensinam seleção de ferramentas. É um exemplo de conhecimento tribal neste caso: habilidade passada de engenheiro para engenheiro, normalmente em oficinas de máquinas CNC de ponta.
Resumo
Agora você tem uma melhor compreensão dos vários tipos de usinagem e processos envolvidos. A usinagem envolve a utilização de diversos equipamentos e processos, dependendo da peça ou material utilizado, bem como do resultado desejado do produto. Formas mecânicas, abrasivas, térmicas ou químicas de remoção de material podem ser usadas no processo de usinagem para obter o melhor design e recursos do produto.
Entender a usinagem de metais ajudará você a planejar se você é um empreendedor iniciante ou alguém que quer fabricar e fornecer peças de metal para as indústrias automotiva, eletrônica e outras. Embora haja muito a aprender, falar com um profissional de usinagem de metais pode ajudar você a atingir seus objetivos.
