Guia de Design
- CNC -
CNC BASE TEÓRICA
A usinagem CNC (Computer Numerical Control) é um dos métodos de fabricação e prototipagem mais amplamente utilizados para peças metálicas e plásticas.
Esta tecnologia subtractiva começa com um bloco de matéria-prima que é submetido a um processo de remoção de cavacos utilizando ferramentas de corte que se revezam em fases até se obter a geometria final da peça desejada.
A usinagem é a técnica que produz peças da mais alta qualidade (em comparação com a impressão 3D) e praticamente qualquer tipo de material pode ser usinado, quer seja metal (incluindo ligas de alumínio ou magnésio, aço) ou plástico (ABS, nylon, Delrin, etc.).
Embora muitas geometrias possam ser programadas manualmente, em Proto&Go! precisamos sempre dum file CAD 3D para programar as máquinas CNC utilizando software CAM, o que garante a precisão do resultado para evitar possíveis erros nos designs ou leituras.
PROCESSO
A partir dum file 3D, este file da peça a fabricar é processado com software CAM (Computer Aided Manufacturing) a partir do qual os percursos da ferramenta são obtidos de acordo com a geometria da peça a fabricar.
Partindo dos caminhos virtuais obtidos pelo software CAM, é gerado um código de máquina que ordena ao CNC da máquina todos os parâmetros e condições necessárias para fabricar a peça: velocidade de rotação da ferramenta, velocidade de avanço do fuso, profundidade de cada passagem, tipo de ferramenta, etc.
Em geral, para a maioria das peças, é necessária a intervenção de diferentes ferramentas, cada uma com as suas próprias particularidades, que se revezam em diferentes fases de usinagem até se obter a geometria final.
TIPOS DE MÁQUINAS CNC
Entre as características, as máquinas de usinagem são classificadas de acordo com o número de eixos nos quais podem trabalhar, normalmente falamos de 3, 4 ou 5 eixos.
Existem máquinas com mais eixos de trabalho ou outras configurações, assim como máquinas dedicadas ao corte a laser, jacto de água ou electroerosão. No entanto, o presente guia limita-se às máquinas CNC que operam através da remoção de cavacos com ferramentas de corte.
FRESAGEM CNC - 3 eixos
As máquinas CNC de 3 eixos mais comuns incluem tanto as fresadoras como os tornos CNC.
Este tipo de máquina permite à ferramenta de corte moverse em três eixos lineares, X, Y, Z (há interpolações entre eles) em relação à peça de trabalho.
Nas fresadoras, o bloco de material permanece estático e as ferramentas rodam para atingir a velocidade de corte para remover o material.
No caso duma peça fresada, a geometria resultante pode ser qualquer geometria, que não se limita apenas a peças de revolução, como é o caso do torno.
Os três eixos permitem um movimento relativo entre a ferramenta e o material sobre um eixo de coordenadas X, Y, Z.
É o tipo de fresadora mais comum e difundido.
FRESAGEM CNC - 4 eixos
Para dar à fresadora CNC uma maior versatilidade no posicionamento duma peça em relação ao seu eixo axial, um módulo electromecânico pode ser integrado com um 4º eixo que dá ao centro de usinagem um grau adicional de rotação.
Geralmente, isto é conseguido adicionando este módulo de 4 eixos a uma máquina convencional de 3 eixos.
FRESAGEM CNC - 5 eixos
Os centros de usinagem de 5 eixos têm um leito motorizado. Contudo, o mandril poderia ter dois graus adicionais de liberdade acrescentados aos 3 eixos originais.
Em geral, as máquinas de 5 eixos são mais versáteis no processo global de usinagem, mas o custo de aquisição é elevado, pelo que as peças processadas são geralmente mais caras neste tipo de maquinaria.
TORNO DE USINAGEM CNC - 3 eixos
A característica mais notória do torno de usinagem é que a matéria-prima gira no mandril e as ferramentas caem dentro dele, gerando os caminhos de remoção de cavacos. O resultado é uma parte conhecida como uma “peça de viragem”.
Em geral, estas peças são mais económicas do que as peças que necessitam de moagem porque o processo é mais rápido e mais fácil de automatizar. Por conseguinte, a viragem é um processo que pode atingir uma produção elevada a baixo custo, desde que uma parte da revolução seja concebida.
TORNO DE USINAGEM CNC - 4 eixos
Existe um tipo de máquina que permite que as ferramentas fixas do tambor incorporem a sua própria motorização, bem como uma variação em Y.
Com este tipo de máquina, podemos adicionar um eixo extra ao torno que nos permite fazer determinadas geometrias na peça que de outra forma teria de ser feita num processo posterior ao torneamento (rasgos de chaveta, perfurações radiais, etc.).
FABRICABILIDADE
A maioria dos parâmetros, tais como estratégia de usinagem, velocidade de corte, tipo de ferramenta ou profundidade de corte, são definidos na própria oficina, mas existem alguns detalhes que podem ser feitos durante a fase de design do produto, não só para garantir a fabricabilidade, mas também para obter peças que são mais económicas e mais fáceis de industrializar.
Reunimos as melhores técnicas a ter em conta na concepção duma peça para optimizar o custo.
ARESTAS INTERIORES
Descrição
As ferramentas utilizadas para usinagem de bolsas internas ou nichos são de forma cilíndrica. No entanto, não é possível obter arestas de raio zero nas peças fundidas internas.
Regras de concepção
- O raio mínimo recomendado a aplicar na aresta interna dependerá da altura da peça fundida, um raio superior a 1/3 da profundidade é considerado um valor aceitável.
Quanto maior for o raio aplicado, mais fácil é produzir e, portanto, menor é o custo.
- Em qualquer caso, evite raios menores que 1 mm.
Recomendações
- Se a fundição interior for para acomodar outra peça onde a parede encaixe é importante, recomenda-se que se façam saídas de ferramentas nos raios interiores.
- Outra solução, igualmente óptima, é fazer chanfrados externos na parte que está alojada dentro do bolso.
ROSCADOS
Descrição
As ferramentas para fazer roscas internas, roscas macho, são um elemento frágil com comprimento limitado, pelo que é importante avaliar durante a concepção a melhor forma de abordar os furos roscados para minimizar o
custo de fabricação.
Regras de design
- A profundidade do roscado é definida pelo diâmetro nominal da rosca, mas as profundidades superiores a 3 x o diâmetro nominal da rosca são desnecessárias.
- Para fazer uma rosca, o orifício deve ser desenhado no file 3D e também ter um diâmetro igual ao diâmetro nominal da rosca 1x o passo.
- A rosca duma broca necessita dum espaço livre no fundo, e este espaço deve ser pelo menos 3 vezes o passo.
- Recomenda-se a concepção de brocas roscadas a partir de M3 ou maiores.
- Não recomendamos roscas mais pequenas do que M2.
Recomendações
- As roscas profundas não são recomendadas. É mais vantajoso perfurar ambas extremidades da broca se for necessária uma rosca em ambas extremidades.
- Sempre que possível, é mais interessante e económico fazer furos roscados em vez de furos cegos.
NEGATIVOS
Descrição
Os negativos são secções onde é geometricamente impossível aceder com uma ferramenta CNC standard para usinagem do design.
Devido à forma das ferramentas, geralmente cilíndricas, existem certas geometrias nas peças que não podem ser usinadas, as quais geram o que se chama subcortes (undercuts em inglês).
Existem algumas excepções, tais como as secções em “T invertido” que têm ferramentas. Em geral, para produzir um negativo, são necessárias ferramentas especiais ou processos pós-modelação.
Regra de design
- Evitar a produção de negativos na concepção de peças.
Recomendações
- Para evitar um design com negativos, recomendamos fazê-lo em duas partes separadas, e depois aparafusá-lo.
PERFURAÇÃO
Descrição
A perfuração é o acto de fazer furos numa peça. As ferramentas e brocas de perfuração são feitas para perfurar profundamente o material, graças à sua ponta cónica afiada.
Regras de concepção
- As brocas cegas têm um fundo cónico. Isto deve ser tido em conta no design.
- Profundidade de perfuração recomendada: -4 x diâmetro nominal.
- Profundidade máxima de fabrico: 10 x diâmetro nominal.
- Diâmetro mínimo recomendado: Ø2,5.
- O diâmetro mínimo de fabricação é Ø0,5.
Recomendações
- Sempre que possível, recomenda-se a perfuração de furos em vez de furos cegos.
- Recomenda-se a utilização de diâmetros de perfuração padrão (Ø6, Ø7,5, Ø10, etc.) e evitar tamanhos muito específicos que possam exigir ferramentas personalizadas (Ø6,57).
ESPESSURAS
Descrição
Durante o processo de usinagem, as ferramentas de corte não só são aquecidas a temperaturas muito elevadas, mas também tendem a gerar vibrações. Isto leva à quebra ou deformação de paredes particularmente finas.
Regras de design
- Espessuras (mínimas) recomendadas:
-
- Plástico: 1,5 mm.
- Metal: 0,8 mm.
RANHURAS
Descrição
Ao desenhar ranhuras, note-se que a relação entre largura e profundidade deve ser tida em consideração, uma vez que as ferramentas de corte têm um comprimento limitado.
Regras de design
- Profundidade (máxima):
-
- 15 x diâmetro para plásticos.
- 10 x diâmetro para o alumínio.
- 5 x diâmetro para os aços.
COLAGEM / SOLDADURA
Descrição
Devido às propriedades de alguns materiais, bem como à geometria requerida em alguns designs, temos a possibilidade, a fim de facilitar o processo de fabricação e portanto optimizar o custo, de realizar a construção em várias peças coladas (plásticos) ou soldadas (metais).
Este processo é geralmente realizado em material plástico ABS que, graças às suas propriedades, é utilizado para a construção de protótipos estéticos muito complexos.
Também é possível propor a utilização duma junta soldada em certos designs de peças de alumínio que, devido à sua geometria, não podem ser fabricadas a partir dum único bloco.
Nota explicativa:
Durante o processo de compra no nosso site, será informado da nossa proposta de utilização duma junta colada ou soldada para a fabricação da sua peça.
TOLERÂNCIAS
Tolerâncias gerais
A tolerância é a gama aceitável para uma dimensão, determinada pelo projectista, que assegura o desempenho adequado da peça com base na sua forma, ajuste e função.
Se a cotação não tiver um design 2D com tolerâncias específicas, Proto&Go! fabricará as peças de acordo com a ISO 2768fH para metais e ISO 2768mK para plásticos:
Tolerâncias específicas
Nos casos em que, devido à funcionalidade da peça, as tolerâncias gerais não sejam suficientes, o projectista ou engenheiro deve especificar as tolerâncias exigidas num design.
É de notar que quanto mais apertadas forem as tolerâncias, maior será o custo de fabricação, que pode duplicar o custo que seria o mesmo com as tolerâncias padrão.
Se houver tolerâncias geométricas específicas ou qualquer tipo de notação que deva ser cumprida, pode indicá-lo no design em anexo.
Para minimizar os custos de fabricação, recomenda-se a utilização de tolerâncias específicas em áreas que possam ser difíceis.
Restrições
Proto&Go! não pode garantir tolerâncias dimensionais superiores a IT7 (H7, g8, P9, etc.) ou rugosidade de superfície superiores a Ra 1.6.
Valores mais restritivos requerem processos de rectificação após maquinagem CNC.
Se tiver alguma dúvida, pode contactar o serviço ao cliente Proto&Go! em:
info@protoandgo.com | (+34) 932 20 71 04
ou no nosso chat online.