Compreendendo a vibração na usinagem e como evitá-la ou reduzi-la?

Experimentar vibrações nas operações de usinagem pode ser uma grande dor de cabeça, causando tempo e custos extras para os fabricantes. 

Quer saber como prevenir esse problema? 

É hora de entender melhor a vibração na usinagem e encontrar maneiras eficazes de reduzi-la ou evitá-la.

Neste guia, discutimos as causas da vibração na usinagem e recomendamos estratégias para evitá-la ou reduzi-la. Também discutimos as melhores práticas de configuração e operação que devem ser seguidas para reduzir o risco de trepidação durante qualquer operação de usinagem. 

Com essas informações, você estará mais bem equipado para otimizar as configurações da sua máquina e garantir tempos de ciclo rápidos e peças de alta qualidade em cada operação.

O que é Chatter na Usinagem?

O chatter na usinagem é um tipo de vibração ou oscilação que normalmente ocorre em operações de fresamento, perfuração ou retificação. Os maquinistas geralmente se referem ao chatter como "corte sensível" ou "ressonância". Quando ocorre, as máquinas produzem um som agudo de lamento, e as tiras de cavacos geradas pela ferramenta são espessas e instáveis. 

A vibração pode resultar em acabamento superficial ruim, profundidades de corte irregulares e até mesmo ferramentas cortadas. Em casos graves, pode causar falha catastrófica da própria máquina.

A trepidação é causada por um desequilíbrio entre as forças de corte que empurram a peça e os momentos criados pelas forças de corte medidas em distâncias iguais. 

A energia criada por este desequilíbrio duplica-se regularmente, causando ondas de ressonância que vibram entre esses dois pontos de inércia, resultando numa oscilação harmónica forçada conhecida como vibração.

A velocidade e a intensidade desta vibração dependem de muitos fatores, como o tipo de material que está sendo usinado, a velocidade de avanço, o grau de rigidez da máquina e a conformidade da ferramenta de corte usada nas operações de fabricação.

É importante que os maquinistas entendam como identificar possíveis causas de vibração e como mitigá-las antes que ocorra uma falha catastrófica.

Aqui estão algumas soluções comuns frequentemente usadas para reduzir ou eliminar vibrações em fresamento e furação:

• Ajustando RPMs do fuso
• Otimizando parâmetros operacionais
• Use configurações mais robustas com ferramentas mais robustas, como fusos mais fortes em estruturas rígidas
• Aumentando a profundidade de corte ou carga de cavacos
• Balanceamento de ferramentas de corte antes da instalação
• Lubrificar todas as peças móveis apropriadas para os materiais que estão sendo usinados

Tipos de vibração na usinagem

Na usinagem CNC, existem basicamente duas formas de vibração que você pode experimentar. Alguns deles são os seguintes:

Conversa de ferramentas

Normalmente, a vibração ocorre durante operações de corte usando fresas CNC. Eles começam a aparar e, à medida que a vibração é transferida para a peça de trabalho, acrescentam recursos diferentes. Por causa disso, o instrumento e a peça começam a escorregar um contra o outro, o que torna a vibração mais alta.

Conversa da peça de trabalho

Se você colocar a peça de trabalho na mesa de trabalho da fresadora de forma errada, isso pode às vezes causar deslocamentos e vibrações. Como resultado, a parede fina da peça de trabalho pode começar a tremer conforme ela se move para a ferramenta de corte.

É importante ter em mente que algumas vibrações são muitas vezes difíceis de evitar. A superfície da sua peça de trabalho pode ser arranhada se a vibração durante a fresagem for maior que 100 µm. No entanto, se você se importa com a qualidade da sua saída, você provavelmente deveria pensar em fazer algo sobre a vibração entre a ferramenta e a peça de trabalho. 

Abaixo, veremos algumas estratégias para reduzir a conversa fiada.

Causas de vibração na usinagem

A vibração na usinagem é um tipo de vibração que ocorre durante as operações de corte de metal, resultando em mau acabamento superficial e redução da vida útil da ferramenta. Embora a vibração possa ser difícil de detectar porque é imprevisível e de duração muito breve, as técnicas corretas de análise e prevenção podem ajudar a reduzi-la ou até mesmo eliminá-la.

A vibração geralmente é causada pela instabilidade no processo de corte. Isso pode surgir de vários fatores, incluindo desgaste da ferramenta ou deflexão devido a altas taxas de avanço ou forças de corte, aresta de corte ou formato do dente desequilibrados devido a ângulos de retificação inadequados ou comprimento de canal desigual, fluxo insuficiente de refrigerante, técnicas incorretas de fixação da peça, rigidez inadequada da máquina, e condições de retificação de material assimétricas. 

A vibração da ferramenta pode ainda ser afetada pelo ângulo de saída, raio da ponta e ângulo de relevo, bem como pela composição do material da peça. O desgaste da ferramenta também pode ser um fator que contribui para a trepidação e não deve ser ignorado por muito tempo, pois viola a condição de operações de usinagem estáveis. 

Se as condições de usinagem permanecerem inalteradas por um longo período após o primeiro uso de uma nova ferramenta, então poderá ocorrer trepidação devido ao desgaste excessivo na superfície da ferramenta que agora apresenta uma aresta de corte ou formato de dente desequilibrado em relação a antes do uso inicial. 

Portanto, é importante verificar regularmente as ferramentas enquanto elas estão sendo usadas e verificá-las em relação às tolerâncias aceitas, conforme descrito em várias instruções de padrões de usinagem, como as diretrizes do código de formato de designação de ferramenta ISO 13399 Nível 1A. 

A manutenção adequada do ferramental é essencial para evitar falsas indicações causadas por alterações na geometria ao longo do tempo na aresta de corte que poderiam levar a vibrações excessivas durante as operações de usinagem, o que pode resultar na ocorrência de vibração com cada corte feito no material da peça sendo processado.

Efeitos da vibração na usinagem

A vibração é uma ocorrência indesejável e às vezes perigosa na usinagem, que pode resultar em um acabamento superficial inferior, rejeição da peça, quebra da ferramenta e aumento do ruído da máquina. Então, o que exatamente é tagarelice, o que a causa e o que pode ser feito para eliminá-la?

Chatter é uma oscilação da ferramenta de corte através da superfície do material que resulta de várias áreas problemáticas no processo de usinagem. Isso ocorre devido à natureza dinâmica das forças de corte que atuam na broca da ferramenta, resultantes de interações periódicas entre as condições da máquina e a geometria da peça.

Os efeitos comuns da conversa incluem:

• Desalinhamento entre a ferramenta de corte e a peça de trabalho.
• O mau equilíbrio do fuso ou perturbações na sua velocidade de rotação são causados ​​por fatores externos, como correntes de ar.
• Imperfeições na geometria da ferramenta, como ângulo de saída atípico ou uniformidade, também podem causar vibrações ou deflexão da ferramenta sob altas forças de corte.

Existem várias maneiras de reduzir a trepidação durante as operações de usinagem, que serão discutidas a seguir.

Estratégias para evitar ou reduzir vibrações na usinagem

Chatter é um problema comum e potencialmente destrutivo que pode impactar o processo de usinagem. Geralmente causada por uma ferramenta de corte desequilibrada, a vibração produz uma vibração indesejada na peça de trabalho e na ferramenta de corte durante o corte. Quando ocorre trepidação, a vida útil da ferramenta e a qualidade da peça podem ser afetadas negativamente.

Para reduzir ou eliminar a vibração, diversas estratégias podem ser empregadas, tais como:

1. Ajustando a velocidade: Ao desacelerar as RPMs do fuso e diminuir a profundidade de corte pode ajudar a reduzir a trepidação.
2. Diminuindo as taxas de aceleração: A diminuição das taxas de aceleração pode ajudar a minimizar as vibrações ao iniciar um ciclo de usinagem e fazer a transição entre passes em um eixo diferente.
3. Utilizando diferentes velocidades de corte ou avanços: Ao usar duas velocidades ou avanços diferentes em lados opostos da ferramenta, é criado um movimento assíncrono, o que ajuda a amortecer as vibrações produzidas por outras fontes, como motores de acionamento ou flexão da estrutura da máquina.
4. Empregar técnicas de balanceamento para as próprias ferramentas, como técnicas de balanceamento de RPM gang nose: Esta estratégia reduz a vibração da ferramenta ao neutralizar as forças superficiais provenientes de ferramentas de corte desequilibradas – especialmente aquelas com múltiplas lâminas em sua composição.
5. Considerando outras áreas que podem contribuir para a trepidação, incluindo rigidez da pinça, características estruturais dos componentes da máquina, alinhamento angular inadequado dos fusos aos eixos XYZ, etc.: Assim como as descobertas que contribuem para fontes de ruído de máquinas em outras indústrias (fabricação automotiva, por exemplo), refletir sobre todos os aspectos do projeto da máquina-ferramenta pode muitas vezes produzir soluções anteriormente imprevistas tanto por maquinistas, operadores e engenheiros!
6. Verifique regularmente o alinhamento da máquina e certifique-se de que seu fuso esteja efetivamente balanceado: Inspecione ambos os rolamentos do eixo para garantir que não estejam sobrecarregados ou propensos a falhas prematuras devido a lubrificação defeituosa ou acúmulo de contaminantes. 
7. Além disso, preste atenção às condições fora da sua oficina: Tome as medidas adequadas para reduzir as vibrações causadas por temperaturas externas adversas, condições climáticas, etc., pois tudo isso pode levar a uma baixa estabilidade de corte em qualquer torno ou fresadora.

Seleção e configuração de ferramentas para evitar ou reduzir vibrações

Uma das etapas mais importantes na configuração de uma operação de usinagem é ferramenta seleção e configuração. Quando se trata de reduzir ou eliminar vibrações, a seleção e configuração da ferramenta podem fazer uma grande diferença. A aresta de corte deve ser afiada, limpa, de formato e tamanho adequados, devidamente endurecida e retificada para se adequar à aplicação. 

Os ângulos de saída devem ser positivos para garantir um bom fluxo de cavacos. É importante garantir que a ferramenta tenha o ângulo de hélice correto se for utilizada para operações de alta velocidade, a fim de ter um escoamento eficaz dos cavacos entre os canais.

Sempre que possível, um sistema antivibração deve ser adotado para amortecer as vibrações devido às altas velocidades/avanços utilizados durante as operações de usinagem. Tal abordagem envolve o uso de amortecedores de vibração “passivos”, como borracha de molibdênio, em vez de ferramentas de corte de metal sólido ou materiais mais pesados, que são suscetíveis a frequências vibracionais. 

Os funcionários também devem ser instruídos sobre técnicas de usinagem adequadas que podem ajudar a reduzir a vibração da roda/ferramenta e, ao mesmo tempo, garantir um ambiente de trabalho seguro em cada etapa do processo.

Também é importante considerar a dinâmica da máquina ao configurar uma operação, como o aperto mecânico e a folga das peças da máquina, as características do movimento do fuso, juntamente com as configurações da chaveta que determinam os movimentos para substituição de componentes ou troca entre peças após a conclusão do ciclo de usinagem. chamada precisão de posicionamento. 

A fim de reduzir vibrações e manter a uniformidade durante operações que envolvem processos de múltiplas partes para fins consistentes de geração de modelos/protótipos.

De modo geral, apertar os parafusos ajudará a prevenir vibrações excessivas durante a usinagem. Isso ajuda a manter a conversa sob controle; no entanto, demasiada força aplicada pode causar mais danos do que benefícios. Assim, as quantidades corretas devem ser testadas/encontradas com calibradores de folga de metal conforme exigido pelas dimensões da peça antes de aplicá-las diretamente em fusos e outras estruturas de base plástica dentro das máquinas, respectivamente.

Portanto, qualquer forma de deformação nas bases não ocorre, causando problemas durante o encaixe em braçadeiras apropriadas e no desempenho das funções de trabalho necessárias para isso, induzindo subsequentemente danos a brocas metálicas caras e à geometria de corte correspondente, levando à criação de produtos finais rejeitados insatisfatórios. aleatoriamente.

O objetivo final é ser capaz de:

• Crie sempre peças perfeitas com tempo de inatividade mínimo e menores taxas de refugo. 
• Quando necessário surgem dúvidas que precisam ser respondidas rapidamente e dentro de todas as normas e prazos. Além disso, a questão que precisa ser respondida rapidamente é a satisfação do cliente.
• Assim, manter uma reputação estelar foi mantido com orgulho, eventualmente desviando-se das probabilidades de falha do produto e substituindo-os completamente. 
• Além disso, manter as certezas anteriores com cuidado, frequência e fidelidade.
• Obtenção de cobertura de garantia com segurança
• O envio constante de forma deliciosa ficou incrivelmente lindo.
• Executar decentemente as necessidades adequadas exigidas
• Garantir que histórias de sucesso sejam construídas de forma fantástica e contínua.

Benefícios de evitar ou reduzir vibrações na usinagem 

Chatter, às vezes chamado de "vibração", é um fenômeno indesejável que ocorre em processos de usinagem como fresamento, perfuração e torneamento. Ele tem muitos efeitos negativos na peça acabada, pois pode causar problemas de acabamento de superfície devido à deflexão da ferramenta e levar à baixa precisão da peça devido ao chatter. A produção também é afetada, pois a produtividade é reduzida quando ocorre o chatter. Em casos extremos, o componente pode ser descartado completamente devido ao chatter.

Os benefícios de reduzir ou evitar vibrações nos processos de usinagem são numerosos. Ele permite um acabamento superficial mais suave nos componentes e maior precisão das peças, resultando em uma qualidade de produto mais consistente e maior satisfação do cliente.

Além disso, reduz a deflexão da ferramenta e diminui os tempos de ciclo, o que ajuda a aumentar a produtividade e a reduzir os custos gerais associados às operações de usinagem. 

Além disso, menos desgaste nas ferramentas resiste a falhas relacionadas ao desgaste, enquanto maior vida útil da ferramenta gera custos de substituição de ferramentas menos frequentes, o que pode, em última análise, reduzir o tempo de inatividade durante atividades de manutenção periódica.

No geral, reduzir ou evitar vibrações nas operações de usinagem traz vantagens imediatas, como maior produtividade e economia de custos. Como tal, deve ser uma prioridade para as equipas de produção que procuram peças de alta qualidade entregues com custos eficientes, o que acabará por levar a uma maior satisfação do cliente e a ganhos de eficiência em todas as suas operações.

Perguntas Frequentes (FAQs) 

Quais são as causas da vibração na usinagem?

Uma variedade de fatores pode contribuir para a trepidação na usinagem, incluindo o projeto da ferramenta, as condições de corte e a rigidez da máquina-ferramenta.

Quais são as consequências da vibração na usinagem?

A vibração que ocorre durante a usinagem pode ter consequências significativas, incluindo redução na vida útil da ferramenta, aumento no tempo de ciclo e redução na qualidade da peça.

Como a rigidez da máquina-ferramenta pode ajudar a evitar vibrações na usinagem?

É menos provável que a trepidação ocorra em uma máquina-ferramenta com maior grau de rigidez porque ela é mais adequada para suportar as forças de corte criadas durante o processo de usinagem.

Como os parâmetros de corte podem ajudar a evitar vibrações na usinagem?

Na usinagem, a melhor maneira de minimizar a trepidação é ajustar os parâmetros de corte, como avanço, velocidade de corte e profundidade de corte, até que estejam ideais.

Quais são algumas técnicas de controle de vibração ativa ou passiva para reduzir vibrações na usinagem?

A análise modal e o uso de materiais amortecedores são dois exemplos de abordagens de controle de vibração ativa e passiva que podem ser usadas para reduzir vibrações na usinagem. Ambas as técnicas podem ser aplicadas de forma ativa ou passiva.

Como a vibração varia dependendo do tipo de operação de usinagem que está sendo executada? (h3)

Como as taxas de corte envolvidas em operações de fresamento e torneamento de alta velocidade são muito mais altas do que aquelas envolvidas em procedimentos típicos de usinagem, a trepidação pode ser um aspecto especialmente problemático desses processos.

Quais são algumas práticas recomendadas para evitar ou reduzir vibrações na usinagem? (h3)

Alterar a geometria de corte, utilizar uma máquina-ferramenta com maior grau de rigidez, otimizar os parâmetros de corte e aplicar técnicas de controle de vibração ativa ou passiva são algumas das melhores práticas que podem ser utilizadas na usinagem para evitar ou reduzir trepidação.

Conclusão

Em resumo, a vibração na usinagem é causada por diversas vibrações que podem ocorrer durante o processo de corte e podem ter efeitos prejudiciais na produtividade e na precisão. A maneira mais eficaz de reduzir ou evitar a vibração é, em primeiro lugar, tomar medidas para evitar que ela ocorra.

Isso pode incluir:

• Selecionar um material de ferramenta afiado com um ângulo de inclinação baixo;
• Aumentar a rigidez da ferramenta utilizando um porta-ferramenta mais rígido e aumentando a velocidade do fuso;
• Instalação de contrapesos, materiais de amortecimento e dispositivos de ajuste de frequência ao longo dos trilhos da máquina-ferramenta 
• Utilizando métodos de controle ativo, como amortecimento ativo de vibração;
• Manter a estabilidade da máquina com manutenção e lubrificação adequadas;
• Equilibrar o peso da peça com suportes ou acessórios adicionais;
• Utilizar ferramentas com múltiplas arestas de corte ou ferramentas com pontas estendidas;
• Aproveite os recursos modernos do software CAM que reduzem distúrbios indesejados durante a usinagem.

A adesão a esses métodos resultará em um aumento no tempo produtivo resultante da redução da vibração no corte.