Guia de design de usinagem CNC

Um guia completo para ajudá-lo a obter os melhores resultados para seus produtos e componentes usinados CNC.

Índice:

•Introdução

•O que é usinagem CNC?

•Limitações de projeto para usinagem CNC

•Seleção de Materiais

•Acabamentos de Superfície

•Dicas rápidas para maximizar a usinagem CNC

Introdução

Embora as peças físicas ganhem vida no chão de fábrica, o processo de fabricação na verdade começa muito antes de as fresadoras e tornos CNC serem ligadas. Tudo começa com o processo de design.

Não apenas o processo de design é uma etapa essencial para chegar a um produto ou dimensões e estrutura da peça, mas pode realmente facilitar o processo de fabricação ao longo da linha, levando em consideração certas limitações inerentes à tecnologia de produção.

A fim de garantir que nossos clientes obtenham o máximo de nossos serviços de manufatura, compilamos um guia de projeto completo para Usinagem CNC, com práticas de projeto úteis, dicas e o que fazer e o que não fazer.

No Guia de Projeto de Usinagem CNC, cobriremos os fundamentos do que é Usinagem CNC, as limitações de projeto do processo, nossos serviços CNC específicos, como escolher o melhor material para seu projeto e muito mais. Nosso Guia de Projeto de Usinagem CNC pode ajudá-lo não apenas a maximizar seu pedido de produtos, mas também a manter os custos baixos.

Fluxo de Trabalho de Usinagem CNC

O que é usinagem CNC?

Em termos mais simples, a Usinagem de Controle Numérico Computadorizado (CNC) é uma tecnologia de manufatura subtrativa que produz peças acabadas removendo camadas de um bloco sólido de material, conhecido como blank. A fresagem CNC, um dos principais tipos de usinagem CNC, usa ferramentas de corte que giram a uma taxa de vários milhares de rotações por minuto (RPM) para remover o material com precisão até que uma forma líquida seja alcançada. Além da fresagem, a Usinagem CNC também pode usar tornos e brocas para produzir peças ou recursos.

Como um processo de manufatura controlado por computador, a Usinagem CNC produz peças com base em um modelo CAD (Computer Aided Design) que é enviado à máquina CNC por meio de um software de manufatura auxiliada por computador (CAM).

As máquinas CNC operam em um número variável de eixos. Uma máquina CNC tradicional de 3 eixos é capaz de manipular e trabalhar peças ao longo dos três eixos lineares: X, Y e Z. A técnica é mais eficaz para peças relativamente simples e rasas. Uma máquina de 5 eixos é capaz de trabalhar ao longo dos três eixos lineares, bem como em torno de dois eixos rotacionais. Isso permite que cortes mais complexos e profundos sejam feitos, ampliando o potencial de design das peças.

Por causa da precisão, velocidade e automação da Usinagem CNC, ela se tornou um dos processos de manufatura subtrativa mais amplamente usados. Um dos usos mais comuns da tecnologia é a produção de protótipos de metal, pois atualmente é uma das formas mais eficazes de produzir pequenas séries ou peças fora de metal. A usinagem CNC também é altamente escalável, o que significa que pode ser usada para produção e prototipagem pontuais, bem como produção de médio a alto volume.

A Usinagem CNC oferece uma série de vantagens aos fabricantes, incluindo alto nível de automação, excelente confiabilidade, reprodutibilidade e alta precisão geométrica. O processo também oferece acabamento superficial de alta qualidade para as peças e proporciona boa durabilidade.

Apesar de todas essas vantagens, no entanto, existem certas limitações para a usinagem CNC. Felizmente, se essas limitações forem levadas em consideração durante o processo de design, os tempos e custos de produção têm o potencial de ser reduzidos e o processo de fabricação pode ser otimizado.

Limitações de projeto para usinagem CNC

A usinagem CNC é um processo de fabricação popular devido à sua capacidade de produzir uma ampla variedade de peças, desde formas simples a estruturas complexas. Como toda tecnologia de manufatura, entretanto, a Usinagem CNC vem com algumas limitações de projeto. Nós os dividimos abaixo para garantir que seu produto seja projetado de maneira ideal para atender às capacidades de nossa usinagem CNC.

Tolerância

Tolerâncias

Ao enviar um projeto para produção, é útil incluir uma tolerância ou a faixa aceitável para as dimensões de uma peça. As tolerâncias devem ser determinadas para atender à funcionalidade exigida de uma determinada peça.

Embora a usinagem CNC seja capaz de atingir tolerâncias extremamente restritas, é importante ter em mente que tolerâncias mais rígidas do que os padrões de nosso serviço podem frequentemente incorrer em tempos de produção mais longos e custos mais altos.

Se nenhuma tolerância específica for indicada no design do produto, RapidDirect mantém uma tolerância padrão de +/- -.005 \"para peças de metal e +/- .010 \" para peças de plástico. Tolerâncias mais estreitas são possíveis, embora possa ser mais demorado para atingir, pois as taxas de RPM devem ser diminuídas para contabilizar a maior precisão.

Ângulo CNC

Ângulos

Com o fresamento CNC, é importante observar que todas as arestas verticais ou paredes internas terão um raio, em vez de um ângulo reto. Isso ocorre porque as ferramentas de corte usadas no fresamento CNC são cilíndricas, o que significa que não podem produzir uma aresta reta. Este tipo de ângulo é denominado filete de canto interno.

Ao projetar uma peça, levar em consideração os filetes do canto interno pode resultar em um processo de produção mais eficiente. Por exemplo, é aconselhável especificar um raio não padrão para permitir que a ferramenta de corte tenha liberdade para cortar e virar o canto sem ter que parar e reposicionar. Além disso, os filetes com um raio maior são mais rápidos e baratos de fresar do que os raios menores.

Corte inferior CNC

Rebaixos

Como recursos que não podem ser produzidos com uma ferramenta de fresamento padrão, os cortes inferiores apresentam uma série de desafios durante a usinagem CNC e devem, se possível, ser evitados. Por um lado, se uma geometria de corte inferior não tiver dimensões padrão, será necessária a produção de uma ferramenta de usinagem personalizada, o que aumentará o tempo e os custos de usinagem de maneira significativa. Portanto, se um recurso de corte inferior for necessário em sua peça, certifique-se de que ele tenha dimensões padrão.

Em segundo lugar, como as ferramentas CNC são limitadas em comprimento, os cortes inferiores não devem ser muito profundos. Rebaixos muito profundos ou colocados em uma área de difícil acesso serão impossíveis de produzir, pois as ferramentas CNC não serão capazes de acessá-los.

Espessura CNC

Espessura da parede

Com a usinagem CNC, como com outros processos de fabricação, é importante garantir que o projeto da peça esteja em conformidade com as espessuras mínimas de parede. Geralmente, é aconselhável optar pela espessura de parede mais espessa possível e evitar paredes ou feições muito finas. Isso ocorre porque recursos finos ou finos são suscetíveis a vibrações causadas pelas ferramentas CNC, que podem causar quebras ou danos.

A espessura mínima de parede padrão para metais usinados por CNC é 0,030 \"(~ 0,76 mm) e 0,060 \" (~ 1,5 mm) para plásticos.

Tópicos

Uma vez que uma peça foi usinada com suas dimensões e forma especificadas, é possível adicionar roscas usando machos de corte, machos de forma ou fresas de roscas. Ao projetar sua peça, é útil escolher o maior tamanho de rosca possível, pois machos menores têm maior risco de quebrar durante a produção.

Se possível, evite também roscas profundas, pois furos profundos em sua peça podem incorrer em custos de produção mais elevados (se uma ferramenta personalizada for necessária). Da mesma forma, aderir a tamanhos de rosca personalizados no design de sua peça pode ajudar a manter os custos e o tempo de produção baixos.

Fresagem CNC

Na RapidDirect, oferecemos uma gama de serviços de Usinagem CNC, incluindo um dos processos CNC mais comuns: Fresamento CNC. No processo de fresamento CNC, um bloco de material é montado na base da máquina, onde ferramentas de corte rotativo, como fresas de topo, cortam a matéria-prima. Essas ferramentas giram em taxas extremamente rápidas de milhares de rotações por minuto (RPM) para remover o material, resultando em uma peça final.

Fresagem CNC

Para tornar o processo de fresamento CNC o mais eficiente possível, o material inicial a ser removido é cortado por ferramentas maiores a uma taxa de RPM mais alta. Isso permite a remoção rápida da maior parte do material. Quando a peça está quase pronta, ferramentas de maior precisão com menos RPM chegam para finalizar a peça.

Depois que a peça foi cortada no tamanho certo, ela é inspecionada cuidadosamente para garantir que as tolerâncias exigidas sejam atendidas e que a qualidade esteja de acordo com o padrão. A partir daí, a peça pode ser pós-processada e entregue ao cliente.

Dicas rápidas para fresamento CNC

•Atenha-se aos cantos internos arredondados: como o fresamento CNC usa ferramentas rotacionais redondas, é impossível criar um ângulo interno agudo.

•Use os maiores raios possíveis: quanto maior a ferramenta de corte usada, mais rapidamente o material pode ser removido. Garantir que os maiores raios internos possíveis sejam integrados ao projeto facilitará o processo de fresamento.

Torneamento CNC

Torneamento CNC

No processo de Torneamento CNC, uma peça bruta de material é montada em um mandril rotativo, que move a peça enquanto as ferramentas de corte estacionárias fazem seu trabalho. O Torneamento CNC é adequado para a produção de peças com simetria ao longo de seu eixo central e geralmente é mais rápido e barato do que os produtos fresados ​​CNC.

As ferramentas de torneamento CNC, ou tornos, permanecem estacionárias enquanto a matéria-prima é girada em altas velocidades, entrando em contato para remover o material com precisão até que uma geometria final seja alcançada. Devido à natureza do Torneamento CNC, o processo é usado principalmente para produzir peças cilíndricas, no entanto, também é possível produzir perfis não cilíndricos usando sistemas multi-eixos de torneamento e fresamento CNC.

Dicas rápidas para torneamento CNC

•Fique longe de ângulos internos agudos: como o fresamento CNC, o torneamento CNC é capaz de produzir cantos arredondados, tanto externamente quanto internamente.

•Simétrico, mas não muito fino ou longo: se o projeto de uma peça for muito longo ou fino, a rotação durante a produção pode se tornar instável, causando problemas de fabricação.

Seleção de Materiais

Como um processo de manufatura subtrativo, a Usinagem CNC constrói peças a partir de um bloco de matéria-prima - metal ou plástico. Este bloco é conhecido como peça bruta de material. Não importa com qual material você está trabalhando, escolher as dimensões corretas do molde do material é crucial antes do processo de produção. Geralmente, é aconselhável escolher uma peça em bruto que seja pelo menos 0,125 \"(~ 0,3 cm) maior em cada dimensão do que as dimensões da peça final, para levar em conta quaisquer inconsistências na matéria-prima. Ao mesmo tempo, é importante não usar uma peça bruta muito grande para minimizar o desperdício de material.

Outra coisa importante a se ter em mente antes de solicitar sua peça usinada CNC é que a seleção do material afetará o tempo e o custo de produção. Isso ocorre porque certos materiais têm melhor usinabilidade do que outros, o que significa que são mais fáceis e rápidos de processar. As taxas de usinagem mais rápidas acabam se traduzindo em custos de produção menores.

Metais

Como regra geral, metais altamente dúcteis são mais fáceis de usinar, pois as fresas CNC podem cortá-los com mais facilidade e atingir taxas de RPM mais altas. O latão, por exemplo, é um dos metais mais fáceis de usinar devido à sua boa maleabilidade. As ligas de alumínio também são adequadas para usinagem CNC e resultam em tempos de produção rápidos.

O aço, por outro lado, é um metal forte que tem uma taxa de usinabilidade muito menor do que o alumínio, o que significa que as taxas de produção serão mais lentas e mais caras. É importante ter em mente, entretanto, que diferentes tipos de aço têm diferentes níveis de usinabilidade dependendo de seu conteúdo de carbono. Aços com teores de carbono muito baixos e muito altos são normalmente difíceis de usinar.

Por exemplo, o aço inoxidável 304, que tem um teor de carbono relativamente baixo, é difícil de usinar, pois fica pegajoso e endurece muito rapidamente. Aditivos como enxofre e fósforo podem tornar o aço inoxidável mais fácil de usinar, conforme mostrado com a melhor usinabilidade do aço inoxidável 303.

Para colocar a usinabilidade desses metais em perspectiva, o aço carbono normalmente leva quatro vezes mais tempo para usinar do que o alumínio, enquanto o aço inoxidável pode levar o dobro desse tempo.

Na RapidDirect, oferecemos as seguintes ligas metálicas para Usinagem CNC:

ALUMÍNIO

•6061 T6

•7075 T651

•5052

•2024

•1060

•LY12

•2A12

•1100

•3003

•3004

•5083

•5754

•6082

•6063

•6083

•7050

•5A12

•5A02

LATÃO

•Brass C360

•Latão 260

•C932 M07 Rolamento Bronze

COBRE

•Copper H62

•Copper H65

•Cobre H70

•Copper H80

•Cobre H90

•Liga de cobre especial

Polímeros

Embora seja possível usinar termoplásticos, as propriedades do material dos polímeros podem apresentar desafios com a usinagem CNC. Por um lado, devido às taxas de condutividade térmica mais baixas, muitos termoplásticos derretem ou empenam quando entram em contato com fresas ou brocas CNC. Ainda assim, para peças que não requerem a resistência e rigidez de metais, os termoplásticos podem oferecer uma alternativa menos cara.

No âmbito dos termoplásticos, Delrin (POM), polietileno de alta densidade (PEAD) e ABS apresentam boa usinabilidade. Embora populares por sua resistência e durabilidade, materiais como PEEK, Ultem, Nylon e muitos compostos são mais difíceis de usinar.

Na RapidDirect, oferecemos os seguintes termoplásticos para usinagem CNC:

abdômen

•ABS Bege

•ABS Azul

•ABS Preto

•Retardante de Chama ABS

•ABS Transparente

•ABS especial

ACRÍLICO

DELRIN

•POM Branco

•POM Preto

•POM Especial

HDPE

NYLON

Superfície Usinada

Acabamentos de superfície de usinagem CNC

A etapa final do processo de usinagem CNC é o pós-processamento. Na RapidDirect, oferecemos vários tratamentos de acabamento de superfície para completar suas peças finais e levá-las de acordo com seus requisitos específicos. Deve-se destacar que com a Usinagem CNC o pós-processamento é opcional, pois a qualidade das peças usinadas já é alta (ver As-fresadas).

Acabamento da superfície

Anodização (Tipo II ou Tipo III)

A anodização fornece excelente resistência à corrosão em peças usinadas, melhorando a dureza e a resistência ao desgaste da superfície, ao mesmo tempo que dissipa o calor. A anodização é o tratamento de superfície mais comum para pintura e primer, pois fornece um acabamento superficial de alta qualidade. O RapidDirect oferece dois tipos de anodização: Tipo II, que é resistente à corrosão; e o Tipo III, que é mais espesso e adiciona uma camada resistente ao desgaste. Ambos os processos de anodização permitem uma ampla gama de acabamentos de cores.

As-Milled

Os acabamentos de superfície fresada, que não requerem um tratamento pós-processamento, oferecem o retorno mais rápido para as peças. O acabamento da superfície de uma peça fresada é comparável a 125 µin Ra, enquanto os requisitos podem ser aumentados para 63, 32 ou 16 RA µin. Marcas de ferramenta menores ainda podem estar visíveis na peça final.

Revestimento em Pó

No processo de pintura a pó, tinta em pó é pulverizada diretamente sobre a peça usinada. A parte revestida é então cozida em um forno, formando uma camada durável, resistente ao desgaste e à corrosão. Uma ampla variedade de opções de cores está disponível no processo de pintura a pó.

Bead Blast

O jateamento de esferas consiste em soprar pequenas esferas de vidro contra a superfície da peça usinada de maneira controlada. Essa técnica resulta em uma superfície lisa com uma textura fosca. No jateamento de contas, vários materiais - como areia, granada, cascas de nozes e contas de metal - são usados ​​para limpar peças ou prepará-las para tratamentos de superfície subsequentes.

Dicas rápidas para maximizar seu produto usinado CNC

Mantenha simples

Se possível, manter o design de uma peça o mais simples possível geralmente resultará em tempos de produção mais rápidos e, portanto, em custos mais baixos. Isso ocorre porque a criação de estruturas e superfícies complexas usa muitos cortes pequenos, que levam mais tempo para executar do que cortes maiores e mais simples em superfícies planas.

Minimize as mudanças de ferramenta

Seguindo a dica simples, certificar-se de que o projeto da peça integra dimensões consistentes para os raios e furos dos cantos internos pode reduzir drasticamente o tempo de usinagem. Em outras palavras, usar as mesmas dimensões onde possível reduzirá o número de trocas de ferramentas necessárias e cada troca de ferramenta acarreta tempo e custos extras.

Escolha os materiais com sabedoria

Conforme declarado anteriormente neste guia, a seleção de materiais pode ter um grande impacto nos tempos e custos de produção da Usinagem CNC. Se possível, escolha um material com boa usinabilidade, como latão ou alumínio. Para aplicações em que a rigidez e a resistência dos metais não são necessárias, a usinagem CNC de um material plástico também pode ajudar a reduzir os custos, já que os blanks do material são mais baratos.

Considere tolerâncias e espessuras de parede

Com a Usinagem CNC, tolerâncias mais altas e paredes mais finas costumam acarretar custos mais altos, devido ao tempo associado à obtenção de cortes de maior precisão. Se o seu produto ou peça tem uma faixa de tolerância permitida, opte pela tolerância mais baixa para reduzir o tempo e os custos de produção. O mesmo vale para espessuras de parede: sempre que possível, escolha a maior tolerância de espessura de parede.

Atenha-se a um acabamento de superfície

A última etapa do processo de usinagem CNC, o acabamento da superfície, também pode afetar o custo do projeto geral. A escolha de uma única superfície para sua peça ou produto pode levar a uma melhor economia de tempo e custo. Se mais de um acabamento for necessário, ainda é útil minimizar o número de diferentes tratamentos de superfície necessários.