O guia completo para peças usinadas

As peças usinadas estão em toda parte, e é fácil entender o porquê:a usinagem CNC é adequada para uma variedade de metais e plásticos, e as peças usinadas podem ser fabricadas de forma rápida e econômica, sem a necessidade de ferramentas.

Com o 3ERP, você pode obter peças usinadas e protótipos a preços justos com prazos de entrega curtos, e temos experiência em trabalhar com clientes de diversos setores. Mas por que você deve optar por peças usinadas versus peças moldadas ou impressas em 3D? Às vezes a escolha é óbvia, mas às vezes é mais difícil decidir. E como você realmente projeta peças para usinagem, seja internamente ou terceirizada para um fabricante?

Este guia aborda os fundamentos das peças usinadas:o que são, por que as empresas precisam delas, os melhores materiais de usinagem, tolerâncias típicas para peças usinadas, como projetar peças usinadas e muito mais.

O que são peças usinadas?

As peças usinadas estão por toda parte. De minúsculos prendedores de metal a componentes de motores de aeronaves, todos os tipos de peças foram construídos usando o processo de usinagem. Mas o que exatamente é usinagem e, portanto, o que é uma peça usinada?

Quando falamos de peças usinadas, queremos dizer algo mais específico do que objetos construídos com máquinas. Queremos dizer peças especificamente fabricadas usando corte máquinas como moinhos , tornos , e roteadores . Todas essas máquinas funcionam de maneiras diferentes, mas seu objetivo fundamental é o mesmo:usar uma ferramenta de corte afiada , eles cortam seções de um bloco de material conhecido como peça de trabalho.

Mesmo dentro dessa definição, as peças usinadas podem ser formadas de diferentes maneiras. O processo de usinagem pode ser manual , pelo qual um maquinista (um operador profissional qualificado de equipamentos de usinagem) manipula uma máquina como um moinho para cortar manualmente a peça de trabalho na forma desejada. Ou pode ser digital , caso em que uma máquina CNC motorizada corta automaticamente as peças usinadas de acordo com as instruções do computador.

Hoje em dia as peças usinadas mais complexas ou personalizadas são feitas com máquinas CNC, mas os maquinistas ainda fazem a usinagem manual para determinados trabalhos, pois pode ser mais rápido do que criar um projeto digital e programar o maquinário digital.

As peças usinadas podem ser de metal ou plástico (às vezes outros materiais também), mas devem ser feitas de um material que possa ser cortado sem se deformar drasticamente.

Às vezes, as peças são usinadas após serem construídas com outro processo de fabricação. Por exemplo, itens fundidos ou moldados podem ter certos detalhes ou recursos usinados em um estágio posterior. Estas podem ser descritas como peças parcialmente usinadas ou peças pós-usinadas.

Por que usar peças usinadas?

Existem muitas razões pelas quais empresas, designers de produtos, departamentos de P&D e outros profissionais podem usar peças usinadas, e muitas das vantagens específicas das peças usinadas são descritas na seção a seguir.

Em suma, as peças usinadas possuem excelente resistência, pois são construídas a partir de blocos sólidos de material, podendo ser fabricadas em uma ampla gama de formas e espessuras. Eles podem ter recursos muito detalhados e podem ser feitos de uma ampla variedade de materiais. Pequenas quantidades de peças usinadas podem ser feitas rapidamente, pois não requerem ferramentas, e as tolerâncias podem ser muito apertadas se as velocidades de usinagem forem reduzidas.

As empresas também podem usar peças usinadas porque a usinagem é uma técnica de fabricação testada e comprovada que tem sido um padrão da indústria há décadas. Portanto, as peças usinadas provavelmente atenderão aos padrões e certificações específicos do setor.

Vantagens das peças usinadas

As peças usinadas oferecem certos benefícios que podem não ser possíveis com, por exemplo, peças moldadas por injeção ou peças impressas em 3D. Algumas das principais vantagens das peças usinadas estão listadas aqui.

1. Sem pedido

Uma das principais vantagens das peças usinadas é a possibilidade de comprá-las sem quantidade mínima de pedido.

Para peças moldadas, é necessário fabricar ferramentas de metal – um processo que leva muito tempo e normalmente custa dezenas de milhares de dólares. As peças usinadas, no entanto, são cortadas diretamente de uma peça em bruto, o que torna econômico o pedido de quantidades muito pequenas ou mesmo peças únicas.

Obviamente, exigir uma quantidade muito grande de peças (de plástico) pode significar que a moldagem é uma proposta melhor. Mas a usinagem é praticamente única na oferta de peças de alta qualidade sem MOQ, tornando-a adequada para empresas menores, pequenas produções e prototipagem.

2. Bons protótipos

Algumas empresas optam por solicitar protótipos moldados por injeção, mas normalmente são apenas as grandes empresas que podem fazer isso. O custo do ferramental pode tornar a prototipagem proibitivamente cara.

As peças usinadas são adequadas e acessíveis como protótipos porque podem ser fabricadas como peças únicas. A usinagem também é muito mais rápida do que a moldagem, o que significa que os departamentos de P&D podem iterar rapidamente várias versões de uma peça e depois colocá-la em qualquer teste ou avaliação necessária antes de passar para a produção.

A versatilidade do material de usinagem também significa que as empresas podem, por exemplo, encomendar peças usinadas em várias ligas metálicas diferentes ou plásticos compostos para ver qual funciona melhor em condições de teste.

3. Liberdade de design

As peças usinadas podem ter uma grande variedade de formas e tamanhos. Isso ocorre porque a usinagem CNC não está sujeita a restrições extremas de projeto de moldagem, como paredes finas e conicidade; peças usinadas podem ser grossas e robustas, mas suas características também podem ser finas e detalhadas.

Embora as peças usinadas tenham alguma limitação quando se trata, por exemplo, de seções internas e canais profundos, a usinagem ainda representa um dos processos de fabricação geometricamente mais flexíveis.

As peças moldadas, por outro lado, devem ter paredes finas e obedecer a critérios de projeto mais rígidos em geral.

Mesmo a impressão 3D, geralmente vista como uma das melhores técnicas de fabricação em termos de liberdade de design, tem limitações como evitar saliências. (E estruturas de suporte extensas podem ser necessárias para projetos mais complexos e extensos, que devem ser removidos com etapas dispendiosas de pós-processamento.)

4. Qualidade

As peças usinadas podem ser feitas com um padrão muito alto. Talvez mais importante, os clientes podem especificar tolerâncias que precisam ser atendidas pelo maquinista. Isso significa que o maquinista ou operador da máquina pode levar mais tempo em peças de tolerância apertada e recursos individuais.

Embora os moldes de injeção também possam ser feitos com tolerâncias apertadas, cada moldagem individual não pode ser mantida em um padrão tão alto. Moldagens produzidas no final da vida útil do molde podem não ter a definição das unidades anteriores.

5. Prazos de entrega

As peças usinadas podem ser fabricadas mais rapidamente do que as peças feitas por meio de outros processos de produção, como moldagem.

Isso se deve em parte à ausência de ferramentas de trabalho intensivo, mas o processo de fabricação em si também é altamente eficiente:alguns dos centros de usinagem mais rápidos equipados com trilhos de guia lineares têm taxas rápidas de cerca de 4.000 centímetros por minuto (embora as peças não devam ser realmente usinado nessas velocidades).

A natureza de uma etapa da usinagem e a velocidade dos centros de usinagem CNC combinam-se para tornar as peças usinadas algumas das mais rápidas de fabricar (em baixos volumes), reduzindo os prazos de entrega para um menor tempo de lançamento no mercado e prototipagem prática e rápida.

6. Alterações

Como as peças usinadas em CNC são feitas a partir de um arquivo CAD digital, é possível fazer alterações nesse projeto digital até o momento da fabricação.

Isso é útil durante P&D e prototipagem, quando os engenheiros podem querer fazer ajustes fracionários na peça usinada ou criar várias versões. Também reduz a possibilidade de desperdício, uma vez que as peças defeituosas são menos prováveis ​​de serem fabricadas.

Esta é uma vantagem significativa para as peças usinadas em relação às peças moldadas:as ferramentas não podem ser facilmente alteradas e seria um enorme desperdício de dinheiro criar um novo molde se uma alteração de última hora fosse necessária.

7. Força

As peças usinadas são cortadas de peças sólidas de material conhecido como blanks, que normalmente são fundidos ou extrudados. Isso os torna muito fortes em comparação com, por exemplo, peças impressas em 3D, que podem ser muito mais fracas ao longo de um eixo onde uma camada é construída sobre a próxima.

Muitas peças usinadas também são mais fortes do que seus equivalentes moldados, uma vez que as peças moldadas devem ter paredes finas e, portanto, são limitadas em termos de desempenho mecânico.

8. Acabamento da superfície

As peças usinadas evitam os problemas de qualidade da superfície associados à moldagem, como linhas de fluxo, jatos e rebarbas na linha de partição. Com uma quantidade moderada de pós-processamento, as peças usinadas podem alcançar um padrão muito alto em termos de acabamento superficial.

A usinagem também oferece um acabamento superficial muito superior à impressão 3D, mesmo antes de qualquer pós-processamento ter sido realizado. A impressão 3D, especialmente a impressão FDM, pode deixar linhas de camada visíveis na superfície da peça que devem ser suavizadas por meio de lixamento ou tratamento químico. As peças usinadas não possuem essas linhas de camada.

Como projetar peças usinadas

É sempre melhor empregar design para fabricação (DfM ) princípios:projetar peças com base no processo de fabricação que será usado. As peças para usinagem precisam ser projetadas de forma diferente, por exemplo, peças para impressão 3D.

Felizmente, as peças usinadas não são especialmente difíceis de projetar – contanto que certas regras sejam seguidas. Essas regras são descritas abaixo.

Rebaixos

Os rebaixos são cortes na peça de trabalho que não podem ser executados com ferramentas de corte padrão (porque uma seção da peça a está obstruindo). Eles exigem ferramentas de corte especiais – em forma de T, por exemplo – e considerações especiais de projeto.

Como as ferramentas de corte são feitas em tamanhos padrão, as dimensões do rebaixo devem estar em milímetros inteiros para corresponder à ferramenta. (Para cortes padrão, isso não importa, pois a ferramenta pode se mover para frente e para trás em pequenos incrementos.)

A largura do rebaixo pode variar de 3 a 40 mm, dependendo da ferramenta de corte, com profundidade do rebaixo de até duas vezes a largura.

Se os rebaixos puderem ser evitados completamente, as peças usinadas podem ser feitas muito mais rapidamente e com menos esforço.

Espessura da parede

Ao contrário das peças moldadas, que se deformam se as paredes forem muito grossas, as peças usinadas não podem lidar com paredes especialmente finas. Os projetistas devem evitar paredes finas ou usar um processo como moldagem por injeção se paredes finas forem parte integrante do projeto.

Ao usinar, as espessuras de parede devem ser no mínimo 0,8 mm (metal) ou 1,5 mm (plástico).

Protuberâncias

Assim como as paredes finas, as seções salientes altas são difíceis de usinar, pois as vibrações da ferramenta de corte podem danificar a seção ou resultar em menor precisão.

Um elemento saliente deve ter uma altura não superior a quatro vezes a sua largura.

Cavidades, furos e roscas

Ao projetar peças usinadas, é importante lembrar que furos e cavidades dependem das ferramentas de corte.

Cavidades e bolsões podem ser usinados em uma peça até uma profundidade de quatro vezes a largura da cavidade. Cavidades mais profundas necessariamente terminarão com filetes – arredondados em vez de arestas vivas – devido ao diâmetro necessário da ferramenta de corte.

Os furos, que são feitos com brocas, também devem ter uma profundidade não superior a quatro vezes a largura da broca. E os diâmetros dos furos devem, sempre que possível, corresponder aos tamanhos de broca padrão.

As roscas, usadas para incorporar fixadores como parafusos, não precisam ser mais profundas do que três vezes o diâmetro.

Escala

As peças usinadas CNC são limitadas em tamanho porque são fabricadas dentro do envelope de construção da máquina. As peças fresadas não devem medir mais de 400 x 250 x 150 mm; as peças torneadas não devem medir mais de Ø 500 mm x 1000 mm.

Dimensões maiores são possíveis com máquinas maiores, mas isso deve ser discutido com o maquinista antes da fabricação.

Materiais de peças usinadas

As peças usinadas podem ser feitas de diversos materiais, incluindo metais e plásticos.

No entanto, alguns materiais são mais fáceis de usinar do que outros. Materiais muito duros são difíceis de penetrar com uma ferramenta de corte e podem fazer com que a ferramenta vibre mais (conseqüentemente reduzindo a qualidade). Materiais muito macios e materiais com ponto de fusão muito baixo podem se deformar ao entrar em contato com a ferramenta de corte.

Os materiais de peças usinadas mais comuns estão listados abaixo. Outros materiais também podem ser usinados mediante solicitação ao fabricante.

Metal : Alumínio, Aço, Aço Inoxidável (17-4, Inconel 625 e 718), Magnésio, Titânio, Zinco, Latão, Bronze, Cobre.

Plástico : ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (acrílico), PAGF30, PCGF30, Teflon, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Menos comum:PA GF50, PPS GF50.)

Acabamentos da superfície da peça usinada

As peças usinadas podem ser tratadas após a usinagem para alterar a textura e a aparência da superfície. Os acabamentos podem ser funcionais ou cosméticos.

Como usinado : Nenhum acabamento de superfície adicionado. Isso é adequado para muitos componentes funcionais internos não cosméticos.

Decapagem de esferas : O processo de jateamento de esferas envolve o disparo de mídia abrasiva na peça usinada, deixando-a com uma aparência fosca. O processo pode ser ajustado para fornecer um nível específico de rugosidade. Pode não ser adequado para recursos finos, pois o jateamento de esferas remove o material e, portanto, afeta a geometria das peças usinadas.

Anodizado : O processo de anodização de passivação eletrolítica é adequado para peças usinadas em alumínio, criando um revestimento colorido e resistente a arranhões. A anodização tipo II cria um acabamento resistente à corrosão; O tipo III é mais espesso e cria resistência ao desgaste além da resistência à corrosão.

Revestido a pó : Durante o processo de revestimento elétrico, tinta em pó (na cor de escolha do designer) é pulverizada na peça usinada, que é então assada em um forno. Isso cria uma camada forte, resistente ao desgaste e à corrosão que é mais durável do que os revestimentos de tinta padrão.

Tolerâncias de peças usinadas

As peças usinadas podem ser feitas com tolerâncias apertadas, o que pode ser necessário para peças mecânicas críticas que interagem com outros componentes. Tolerâncias menores podem ser escolhidas para protótipos e peças não mecânicas.

			Padrão de tolerância
Alavanca de tolerância			Intervalo de dimensão geral
Especificações	<<3,>0,5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0,05	±0,05	±0,1	±0,15	±0,2	±0,3	±0,5
M	±0,1	±0,1	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2
C	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2	±2	±3
V	–	±0,5	±1	±1,5	±2,5	±4	±6

Aplicações de peças usinadas

As peças usinadas são usadas em praticamente todas as indústrias, desde a aeroespacial à medicina. Algumas peças populares do dia-a-dia e independentes do setor estão listadas abaixo, seguidas por aplicações em indústrias específicas.

Peças usinadas comuns:

• Prendedores
• Corpos de válvulas
• Articulações esféricas
• Engrenagens
• Eixos
• Alojamentos
• Suportes
• Rolos

Aeroespacial

As peças aeroespaciais usináveis ​​incluem componentes do motor protótipo, painéis de combustível, componentes do trem de pouso e suportes do motor.

Automotivo

As peças usinadas automotivas incluem componentes de teste de função, como sistemas de iluminação, motor, transmissão e direção, bem como peças personalizadas únicas.

Medicina

As peças usinadas de titânio e aço inoxidável incluem implantes, dispositivos médicos e instrumentos cirúrgicos, como bisturis.

Produtos de consumo

As peças usinadas são encontradas em utensílios domésticos e eletrodomésticos. Equipamentos esportivos também podem ser usinados em CNC, enquanto muitos componentes de metal e plástico usinados são encontrados em eletrônicos de consumo. Itens como caixas de laptop, conectores e soquetes podem ser usinados.

Como terceirizar peças usinadas

Empresas de hardware grandes e pequenas geralmente terceirizam suas necessidades de usinagem CNC para um especialista. Mesmo para protótipos, geralmente faz sentido usar uma empresa de usinagem CNC de terceiros em vez de uma solução interna, devido ao espaço da fábrica e à habilidade humana necessária para operar equipamentos de usinagem.

Escolher um fabricante para fazer peças usinadas pode parecer assustador, mas focar nos seguintes fatores e práticas pode torná-lo mais simples.

• Certificações :as certificações ISO, em particular, são uma boa orientação para identificar empresas de usinagem competentes, embora não informem sobre o escopo das habilidades de uma empresa.
• Boca a boca :converse com outras empresas de hardware que contrataram fabricantes na região e conheça suas experiências em terceirização de peças usinadas.
• Informações de demanda :Depois de estabelecer contato com uma empresa, continue fazendo perguntas até ter certeza de que eles sabem como executar seu projeto. Se eles não puderem dar uma resposta clara, provavelmente não são um parceiro adequado para terceirização.
• Visitar fábricas :Se possível, visite seu parceiro de terceirização em potencial para ver como eles usinam as peças. Em alguns casos, pode ser possível contratar um agente de fabricação para organizar visitas a vários locais em uma determinada região.
• RfQs :Envie uma RfQ para várias empresas de usinagem pré-selecionadas para ter uma ideia de quem pode oferecer o melhor preço.

Na hora de providenciar a fabricação das peças usinadas terceirizadas, pode ser útil observar as dicas a seguir.

• Siga as diretrizes de DfM :Certifique-se de que o design da sua peça digital siga as diretrizes de usinagem:sem paredes finas, furos de profundidade limitada etc.
• Use padrões universais :envie um desenho técnico completo com seus arquivos digitais para remover ambiguidades e use padrões universais para evitar falhas de comunicação.
• NDA :Assine um contrato de não divulgação ao terceirizar peças usinadas. Isso impede legalmente que o fabricante divulgue ou reutilize seus designs.
• Fator nos tempos de envio :as peças terceirizadas demoram mais para chegar do que as peças internas, portanto, leve em consideração os tempos de envio se trabalhar com prazos apertados.
• Prepare-se para o pagamento :para pedidos iniciais, os fabricantes provavelmente exigirão pagamento adiantado, embora você possa fazer pedidos com crédito para pedidos subsequentes.