Entendendo o processo de usinagem e a máquina-ferramenta

A usinagem é uma técnica de remoção de material controlada que corta um material (normalmente metal) em uma forma e tamanho finais especificados. A manufatura subtrativa refere-se aos procedimentos que possuem esse padrão comum, ao contrário da manufatura aditiva, que envolve a adição controlada de material. O significado preciso do elemento “controlado” da frase varia, embora frequentemente implique o uso de máquinas-ferramentas.



A usinagem é usada para fazer vários itens de metal, mas também pode ser usada para fazer outros materiais como madeira, plástico, cerâmica e compósitos. Um maquinista é uma pessoa especializada em usinagem. Uma oficina mecânica é uma sala, prédio ou empresa onde a usinagem é feita. O controle numérico computadorizado (CNC), que usa computadores para controlar o movimento e a operação de fresadoras, tornos e outros equipamentos de corte, é utilizado em muitas usinagens modernas. Isso melhora a eficiência, permitindo que a máquina CNC funcione sem supervisão, reduzindo as despesas de mão-de-obra para as oficinas.

Neste artigo, você conhecerá a definição, aplicações, finalidade e funções, diagrama, tipos, operações, funcionamento, vantagens e desvantagens do processo de usinagem. Você também será apresentado ao termo máquina-ferramenta.

O que é um processo de usinagem?

A usinagem é o processo de moldar e dimensionar materiais para uma forma e tamanho específicos. Normalmente, a usinagem está relacionada à metalurgia, embora também possa se referir à fabricação de madeira, plástico, cerâmica, pedra e outros materiais. Se você tiver matérias-primas que deseja moldar em uma determinada forma para uma finalidade específica, empregará procedimentos de usinagem para fazer isso. Porcas e parafusos, peças de veículos, flanges, brocas, placas e uma variedade de outros equipamentos e coisas usados ​​em uma variedade de indústrias são exemplos de produtos usinados.

A usinagem também pode ser vista como uma técnica de acabamento crucial na qual as tarefas são criadas para as dimensões apropriadas e polimento da superfície, eliminando gradualmente o material excedente da peça preparada na forma de cavacos usando uma(s) ferramenta(s) de corte que são empurradas através da superfície de trabalho (s). Uma máquina-ferramenta é um equipamento movido a energia que remove material extra na forma de cavacos para dimensionar, moldar e processar um produto com a precisão desejada. Máquinas de torno, máquinas de perfuração, máquinas de modelagem, máquinas de plaina e assim por diante. Estes são exemplos de máquinas-ferramentas. Por fim, para remover o material da superfície da peça, é empregada uma ferramenta de corte. Para realizar a operação, ela deve ser mais dura que a peça de trabalho. As ferramentas de corte são divididas em duas categorias; ponto único e multiponto.

Propósito

A maioria dos componentes técnicos, como engrenagens, rolamentos, embreagens, ferramentas, parafusos e porcas, requerem dimensões e forma correta, bem como um bom polimento de superfície para funcionar corretamente. Técnicas de execução como fundição e forjamento, por exemplo, são incapazes de atingir a precisão e polimento necessários. Tais peças preparadas, conhecidas como blanks, requerem semi-acabamento e acabamento, que é realizado por meio de usinagem e retificação. A retificação é essencialmente o mesmo que a usinagem. A usinagem com alto grau de precisão e polimento permite que um produto • atenda aos seus requisitos funcionais • aumente seu desempenho • estenda sua vida útil.

Os diagramas das máquinas-ferramenta estão abaixo.

Tipos de processos de usinagem

Os processos de usinagem são categorizados em dois; processos de usinagem convencionais e não convencionais.

Usinagem convencional:

Um processo de usinagem convencional é aquele em que a usinagem é feita de forma tradicional, ou seja, sem o uso de métodos sofisticados. Como resultado, este método de usinagem também é conhecido como usinagem tradicional. Ferramentas de corte de ponta afiada, como a ferramenta cônica na máquina de torno para afunilamento, são empregadas nesta técnica para usinagem. A seguir estão os tipos de processos de usinagem convencionais e suas operações:

Máquina de Torneamento

A máquina de torneamento de metal horizontal, muitas vezes conhecida como torno mecânico, é a mais importante de todas as máquinas-ferramentas. Muitos de seus princípios mecânicos centrais estão incluídos no projeto de outras máquinas-ferramentas, tornando-a o pai de todas as outras máquinas-ferramentas. O torno mecânico é uma máquina-ferramenta simples que pode ser usada para uma variedade de operações, incluindo torneamento, faceamento e furação. Gira e fura com uma ferramenta de corte de ponto único. Os procedimentos de torneamento incluem o torneamento de formas cilíndricas retas ou cônicas, ranhuras, ressaltos e roscas de parafusos, bem como o revestimento de superfícies planas nas extremidades de peças cilíndricas, e envolve o corte de metal extra do diâmetro externo de uma peça de trabalho na forma de cavacos. As operações de usinagem de furos mais comuns, como furação, mandrilamento, alargamento, escareamento, escareamento e rosqueamento com uma ferramenta de ponta única ou macho, estão incluídas nas operações cilíndricas internas.

Máquinas de moer

As retificadoras usam um rebolo giratório, também conhecido como rebolo ou cinta abrasiva, para remover lascas microscópicas de peças metálicas. A mais precisa de todas as técnicas básicas de usinagem é a retificação. Itens duros ou macios são retificados com tolerâncias de mais ou menos 0,0001 polegada usando máquinas de moagem modernas (0,0025 milímetros).

Formadores e aplainadores

Ferramentas de ponto único são usadas para usinar superfícies planas, ranhuras, ombros, ranhuras em T e superfícies angulares durante as operações de modelagem e planejamento. Os maiores shapers podem processar componentes de até 36 polegadas de comprimento e ter um curso de corte de 36 polegadas. A ferramenta de corte do modelador oscila, cortando no curso de avanço e automaticamente alimentando a peça de trabalho em direção à ferramenta no curso de retorno.

Fresadoras

Nesses tipos de processos de usinagem, a peça de trabalho é alimentada contra uma ferramenta de corte rotativa chamada fresa em uma fresadora, que corta metal. Para uma ampla gama de operações de fresamento, são oferecidas fresas de vários formatos e tamanhos. Superfícies planas, ranhuras, ombros, superfícies inclinadas, encaixes e ranhuras em T são todos cortados com fresadoras. Para cortar formas côncavas e ranhuras convexas, cantos arredondados e dentes de engrenagem de corte, são utilizadas várias fresas de dentes de forma.

Máquinas de perfuração

As máquinas de perfuração, também conhecidas como furadeiras, usam uma broca helicoidal para fazer furos no metal. Eles também empregam uma variedade de outras ferramentas de corte para realizar operações básicas de usinagem de furos, como alargamento, mandrilamento, escareamento, escareamento e rosqueamento de roscas internas com um acessório de rosqueamento.

Prensas

Cisalhamento, estampagem, modelagem, desenho, dobra, forjamento, cunhagem, recalcamento, flangeamento, compressão e martelamento são algumas das operações usadas para fazer peças metálicas. Todas essas operações requerem prensas que possuem um aríete móvel que pode ser pressionado contra uma bigorna ou uma base. Gravidade, conexões mecânicas, sistemas hidráulicos ou pneumáticos podem ser usados ​​para alimentar o aríete móvel.

Usinagem não convencional:

Os processos de usinagem tradicionais são baseados na ideia de que a ferramenta é mais resistente que a peça. No entanto, alguns materiais são muito duros ou quebradiços para serem usinados usando processos tradicionais. O uso de ligas extremamente duras à base de níquel e titânio em motores de aviação, por exemplo, despertou o interesse em técnicas de usinagem não tradicionais, particularmente “métodos elétricos”. Abaixo estão os vários tipos de técnicas de usinagem não convencionais:

Usinagem de feixe de elétrons (EBM)

O EBM pode cortar furos tão pequenos quanto 0,001 polegada (0,025 mm) de diâmetro ou ranhuras tão estreitas quanto 0,001 polegada em materiais com espessura de até 0,250 polegada (6,25 milímetros). No setor de semicondutores, o EBM também é empregado como alternativa aos métodos de produção de óptica de luz.

Usinagem por descarga elétrica (EDM)

O eletrodo e a peça de trabalho são imersos em um líquido dielétrico e um mecanismo de alimentação mantém uma folga entre o eletrodo e a peça de trabalho de 0,0005 a 0,020 polegadas (0,013 a 0,5 milímetro). As partículas são eliminadas à medida que as descargas de faísca derretem ou evaporam pequenas partículas da peça de trabalho, e o eletrodo avança. O procedimento é usado para usinar matrizes, moldes, furos, ranhuras e cavidades de praticamente qualquer formato. É preciso, mas lento.

Usinagem eletroquímica (ECM)

O ECM replica a galvanoplastia ao contrário. Neste processo, o metal é dissolvido de uma peça de trabalho com corrente contínua a uma taxa controlada em uma célula eletrolítica. A peça de trabalho do ânodo é usinada em uma forma complementar à medida que um eletrodo se aproxima do outro para manter o espaçamento consistente. A falta de desgaste da ferramenta e a capacidade de processar uma peça de trabalho mais dura com uma ferramenta de cátodo mais macia são duas vantagens do ECM. O ECM é usado nas indústrias de motores de aeronaves e automóveis para rebarbação, perfuração de pequenos furos e usinagem de lâminas de turbina excepcionalmente duras, entre outras coisas.

Usinagem por feixe de íons (IBM)

A IBM é utilizada na indústria de semicondutores e na produção de lentes asféricas porque permite a usinagem precisa de praticamente qualquer material. Texturizar superfícies para melhorar a adesão, produzir superfícies atomicamente limpas em dispositivos como espelhos de laser e alterar a espessura de revestimentos finos são exemplos de como a tecnologia é empregada.

Usinagem a laser (LM)

LM é uma técnica de corte de metal ou materiais refratários que envolve a fusão e vaporização do material com um feixe de laser intenso. A perfuração com um laser é usada para cortar orifícios microscópicos (0,005 a 0,05 polegada [0,13 a 1,3 milímetros]) em materiais que são muito difíceis de processar usando métodos padrão, embora sejam intensivos em energia porque a substância deve ser derretida e vaporizada para ser removido.

Usinagem de arco de plasma (PAM)

A maioria dos metais, incluindo aqueles que não podem ser cortados com sucesso com um maçarico de oxiacetileno, podem ser cortados com este método. A técnica PAM tem sido usada para cortar ligas de alumínio de até 15 centímetros de espessura e aço inoxidável de até 10 centímetros de espessura usando tochas de alta resistência. Corte de perfil de chapa plana, corte de ranhura de aço inoxidável e torneamento de aço maciço e endurecido em tornos são todas as aplicações para este procedimento.



Outros métodos de processo de usinagem não convencional incluem:

• Usinagem ultrassônica (USM)
• Usinagem química (CHM)
• Usinagem fotoquímica (PCM)
• Usinagem com jato de água

Assista ao vídeo abaixo para saber como funcionam os processos de usinagem:

Vantagens e desvantagens dos processos de usinagem convencionais e não convencionais

Vantagens da usinagem convencional

A seguir estão alguns dos benefícios do processo de usinagem.

• É quase impossível obter um alto nível de acabamento superficial.
• A usinagem é feita em uma variedade de materiais, incluindo madeira, plástico, compósitos e cerâmica.
• Roscas de parafuso, bordas muito retas, furos redondos precisos e outros aspectos geométricos são possíveis.
• A precisão dimensional é excelente.

Desvantagens da usinagem convencional

A seguir estão as limitações do processo de usinagem.

• A eficiência do operador determina a exatidão dos componentes produzidos.
• A fabricação não tem consistência. Como resultado, é necessária uma inspeção completa do componente.
• Os requisitos do operador estão reduzindo as taxas de produção.
• O problema trabalhista será grave devido ao grande volume de mão de obra envolvida.
• Fabricar formas complicadas, como componentes de curvatura parabólica e componentes de curvatura de cubículo, é difícil.
• As modificações frequentes de design do componente não podem ser acomodadas no layout atual.

Vantagens de processos de usinagem não convencionais

A seguir estão os benefícios dos métodos de usinagem convencionais:

• Tem um alto nível de precisão e acabamento superficial.
• Como nenhuma ferramenta física é utilizada, não há desgaste da ferramenta.
• Eles não fazem chips, muito menos chips minúsculos.
• Em operação, são mais silenciosos.
• É simples de automatizar.
• É capaz de usinar qualquer forma complexa.

Desvantagens dos processos de usinagem não convencionais

Abaixo estão as limitações da usinagem não convencional:

• Os custos iniciais ou de configuração são altos.
• É necessária mão de obra com alto nível de habilidade.
• A taxa de remoção de metal é menor.
• A usinagem exige mais potência.
• Não é econômico para fabricantes de grande escala.

Conclusão

Os processos de usinagem ou máquinas-ferramentas são categorizados em processos convencionais e não convencionais. O não convencional é apenas as novas formas de usinagem enquanto a convenção é o antigo método de usinagem que listamos para torneamento, furação, retificação, modelagem, planejamento, etc. Isso é tudo para este artigo onde a definição, aplicações, finalidade, diagrama, tipos, operações, vantagens e desvantagens do processo de usinagem estão sendo discutidos.

Espero que você obtenha muito com a leitura, se assim for, gentilmente compartilhe com outros alunos. Obrigado por ler, nos vemos por aí!