Guia Completo de Peças Usinadas: Vantagens, Aplicações e Soluções Custo-Efetivas

Peças usinadas estão em toda parte, e é fácil entender por quê: a usinagem CNC é adequada para uma gama de metais e plásticos, e peças usinadas podem ser fabricadas rapidamente e a preços acessíveis, sem necessidade de ferramental.

Com a 3ERP, você obtém peças usinadas e protótipos a preços justos com prazos curtos, e temos experiência trabalhando com clientes de diversos setores. Mas por que optar por peças usinadas em vez de 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 terceirizado a 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?

Peças usinadas estão em toda parte. De minúsculos fixadores metálicos a componentes de motores de aeronaves, todo tipo de peça foi construído usando o processo de usinagem. Mas o que exatamente é usinagem e, portanto, o que é uma peça usinada?

Quando falamos de peças usinadas, nos referimos a algo mais específico do que objetos construídos usando máquinas. Referimo-nos especificamente a peças fabricadas usando máquinas de corte, como fresadoras, tornos e roteadores. Todas essas máquinas funcionam de maneiras diferentes, mas seu propósito fundamental é o mesmo: usando uma ferramenta de corte afiada, elas cortam seções de um bloco de material conhecido como peça bruta.

Mesmo dentro dessa definição, peças usinadas podem ser formadas de diferentes maneiras. O processo de usinagem pode ser manual, no qual um torneiro mecânico (um operador profissional qualificado de equipamentos de usinagem) manuseia uma máquina como uma fresadora para cortar manualmente a peça bruta no formato desejado. Ou pode ser digital, caso em que uma máquina CNC motorizada corta automaticamente as peças usinadas de acordo com instruções de computador.

Hoje em dia, a maioria das peças usinadas complexas ou personalizadas são feitas com máquinas CNC, mas torneiros mecânicos ainda realizam usinagem manual para certos trabalhos, pois pode ser mais rápido do que criar um design digital e programar a máquina digital.

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 deformar drasticamente.

Às vezes, peças são usinadas após serem construídas com outro processo de manufatura. Por exemplo, itens fundidos ou moldados podem ter certos detalhes ou características usinados neles 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, projetistas 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 seguinte.

Em resumo, peças usinadas têm excelente resistência, pois são construídas a partir de blocos sólidos de material, e podem ser feitas em uma ampla variedade de formas e espessuras. Elas podem ter características muito detalhadas e podem ser feitas de uma gama muito ampla de materiais. Pequenas quantidades de peças usinadas podem ser feitas rapidamente, pois não requerem ferramental, 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 manufatura testada e comprovada que tem sido um padrão da indústria há décadas. Peças usinadas, portanto, provavelmente atendem a normas e certificações específicas da indústria.

Vantagens das peças usinadas

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

1. Sem quantidade mínima de pedido (MOQ)

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

Para peças moldadas, é necessário fabricar ferramental metálico — um processo que leva muito tempo e normalmente custa dezenas de milhares de dólares. Peças usinadas, no entanto, são cortadas diretamente de uma peça bruta, o que torna custo-efetivo encomendar quantidades muito pequenas ou até mesmo peças únicas.

Claro, exigir uma quantidade muito grande de peças (plásticas) pode tornar a moldagem uma proposta melhor. Mas a usinagem é virtualmente única em oferecer peças de alta qualidade sem MOQ, tornando-a adequada para empresas menores, pequenas produções e prototipagem.

2. Bons protótipos

Algumas empresas optam por encomendar protótipos moldados por injeção, mas geralmente apenas grandes empresas podem arcar com isso. O custo do ferramental pode tornar a prototipagem proibitivamente cara.

Peças usinadas são adequadas e acessíveis como protótipos porque podem ser fabricadas como peças únicas. A usinagem também é muito mais rápida que a moldagem, o que significa que departamentos de P&D podem iterar rapidamente várias versões de uma peça, submetê-la a testes ou avaliações necessários antes de passar à produção.

A versatilidade de materiais da usinagem também significa que as empresas podem, por exemplo, encomendar peças usinadas em várias ligas metálicas ou plásticos compósitos diferentes para ver qual tem melhor desempenho sob condições de teste.

3. Liberdade de design

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

Embora peças usinadas tenham algumas limitações quando se trata, por exemplo, de seções internas e canais profundos, a usinagem ainda representa um dos processos de manufatura geometricamente mais flexíveis.

Peças moldadas, por outro lado, devem ter paredes finas e conformar-se a critérios de design geralmente mais rigorosos.

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

4. Qualidade

Peças usinadas podem ser feitas com um padrão muito alto. Talvez mais importante, os clientes podem especificar tolerâncias que devem ser atendidas pelo torneiro mecânico. Isso significa que o torneiro ou operador da máquina pode dedicar tempo extra a peças de tolerância apertada e características individuais.

Embora 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 carecer da definição das unidades anteriores.

5. Prazos de entrega

Peças usinadas podem ser fabricadas mais rápido do que peças feitas via outros processos de produção como moldagem.

Isso se deve em parte à ausência de ferramental intensivo em mão de obra, mas o próprio processo de manufatura também é altamente eficiente: alguns dos centros de usinagem mais rápidos equipados com guias lineares têm taxas rápidas de cerca de 4.000 centímetros por minuto (embora as peças não devam realmente ser usinadas nessas velocidades).

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

6. Alterações

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

Isso é útil durante P&D e prototipagem, quando engenheiros podem querer fazer ajustes fracionários na peça usinada ou criar múltiplas versões. Também reduz a possibilidade de desperdício, pois peças defeituosas são menos prováveis de serem feitas.

Esta é uma vantagem significativa das peças usinadas sobre as moldadas: o ferramental não pode ser facilmente alterado, e seria um enorme desperdício de dinheiro criar um novo molde se uma alteração de última hora for necessária.

7. Resistência

Peças usinadas são cortadas de peças sólidas de material conhecidas como blocos, que normalmente foram fundidos ou extrudados. Isso as torna muito fortes em comparação, por exemplo, com peças impressas em 3D, que podem ser muito mais fracas ao longo de um eixo onde uma camada é construída sobre a outra.

Muitas peças usinadas também são mais fortes que suas equivalentes moldadas, pois peças moldadas devem ter paredes finas e, portanto, são limitadas em termos de desempenho mecânico.

8. Acabamento superficial

Peças usinadas evitam problemas de qualidade superficial associados à moldagem, como linhas de fluxo, jateamento e rebarbas na linha de separação. Com uma quantidade moderada de pós-processamento, peças usinadas podem ser levadas a um padrão muito alto em termos de acabamento superficial.

A usinagem também proporciona um acabamento superficial muito superior à impressão 3D, mesmo antes de qualquer pós-processamento. A impressão 3D, especialmente FDM, pode deixar linhas de camada visíveis na superfície da peça que devem ser suavizadas via lixamento ou tratamento químico. Peças usinadas não têm essas linhas de camada.

Como projetar peças usinadas

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

Felizmente, peças usinadas não são especialmente difíceis de projetar — desde que certas regras sejam seguidas. Essas regras são descritas abaixo.

Recortes internos (Undercuts)

Recortes internos são cortes na peça bruta que não podem ser executados usando ferramentas de corte padrão (porque uma seção da peça está obstruindo). Eles requerem ferramentas de corte especiais — em formato de T, por exemplo — e considerações especiais de design.

Como ferramentas de corte são feitas em tamanhos padrão, as dimensões dos recortes internos devem ser em milímetros inteiros para corresponder à ferramenta. (Para cortes padrão, isso não importa, pois a ferramenta pode mover-se para frente e para trás em incrementos minúsculos.)

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

Se os recortes internos puderem ser evitados totalmente, as peças usinadas podem ser feitas muito mais rápido e com menos esforço.

Espessura de parede

Ao contrário de peças moldadas, que deformam se as paredes são muito grossas, peças usinadas não podem lidar com paredes especialmente finas. Projetistas devem evitar paredes finas, ou usar um processo como moldagem por injeção se paredes finas forem essenciais ao design.

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

Protrusões

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

Uma característica saliente deve ter altura não superior a quatro vezes 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 — bordas arredondadas em vez de arestas vivas — devido ao diâmetro da ferramenta de corte necessário.

Furos, feitos com brocas, também devem ter profundidade não superior a quatro vezes a largura da broca. E diâmetros de furos devem, quando possível, corresponder a tamanhos padrão de brocas.

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

Escala

Peças usinadas CNC são limitadas em tamanho porque são fabricadas dentro do envelope de construção da máquina. Peças fresadas devem medir no máximo 400 x 250 x 150 mm; peças torneadas não devem exceder Ø 500 mm x 1000 mm.

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

Materiais para peças usinadas

Peças usinadas podem ser feitas de muitos materiais diferentes, incluindo metais e plásticos.

No entanto, alguns materiais são mais fáceis de usinar que outros. Materiais muito duros são difíceis de penetrar com uma ferramenta de corte e podem causar mais vibração na ferramenta (consequentemente reduzindo a qualidade). Materiais muito macios e materiais com ponto de fusão muito baixo podem deformar ao contato com a ferramenta de corte.

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

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

Plásticos: ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (Acrílico), PAGF30, PCGF30, Teflon, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Menos comuns: PA GF50, PPS GF50.)

Acabamentos superficiais para peças usinadas

Peças usinadas podem ser tratadas após a usinagem para alterar sua textura e aparência superficial. Acabamentos podem ser funcionais ou estéticos.

Como usinada: Nenhum acabamento superficial adicionado. Adequado para muitos componentes funcionais internos, não estéticos.

Jateamento de esferas (Bead blasted): O processo de jateamento de esferas envolve disparar mídia abrasiva na peça usinada, deixando-a com aparência fosca. O processo pode ser ajustado para dar um nível específico de rugosidade. Pode não ser adequado para características finas, pois o jateamento remove material e, portanto, afeta a geometria das peças usinadas.

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

Pintura em pó (Powder coated): Durante o processo de pintura em pó, tinta em pó (na cor de escolha do projetista) é pulverizada na peça usinada, que é então assada em um forno. Isso cria uma camada forte, resistente ao desgaste e à corrosão, mais durável que revestimentos de tinta padrão.

Tolerâncias de peças usinadas

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

			Norma de Tolerância
Nível de Tolerância			Faixa de Dimensão Total
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

Peças usinadas são usadas em praticamente todas as indústrias, da aeroespacial à medicina. Algumas peças populares do dia a dia e agnósticas a setores estão listadas abaixo, seguidas por aplicações em indústrias específicas.

Peças usinadas comuns:

• Fixadores
• Corpos de válvula
• Juntas esféricas
• Engrenagens
• Eixos
• Carcaças
• Suportes
• Rolos

Aeroespacial

Peças aeroespaciais usináveis incluem componentes de motor de protótipo, painéis de combustível, componentes de trem de pouso e suportes de motor.

Automotivo

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

Médico

Peças usinadas de titânio e aço inoxidável incluem implantes, dispositivos médicos e ferramentas cirúrgicas, como bisturis.

Produtos de consumo

Peças usinadas são encontradas em bens domésticos e eletrodomésticos. Equipamentos esportivos também podem ser usinados CNC, enquanto muitos componentes metálicos e plásticos usinados são encontrados em eletrônicos de consumo. Itens como carcaças de laptops, conectores e soquetes podem todos ser usinados.

Como terceirizar peças usinadas

Empresas de hardware, grandes e pequenas, frequentemente terceirizam suas necessidades de usinagem CNC para um especialista. Mesmo para protótipos, muitas vezes faz sentido usar uma empresa terceirizada de usinagem CNC em vez de uma solução interna, devido ao espaço de fábrica e habilidade humana necessários para operar equipamentos de usinagem.

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

• Certificações: Certificações ISO, em particular, são uma boa diretriz para identificar empresas de usinagem competentes, embora não informem sobre o escopo das capacidades de uma empresa.
• Boca a boca: Converse com outras empresas de hardware que contrataram fabricantes na região e descubra suas experiências terceirizando peças usinadas.
• Exija informações: Uma vez estabelecido contato com uma empresa, continue fazendo perguntas até ficar satisfeito de que eles sabem como executar seu projeto. Se não puderem dar uma resposta clara, provavelmente não são um parceiro adequado para terceirização.
• Visite fábricas: Se possível, visite seu potencial parceiro de terceirização para ver como eles usinam peças. Em alguns casos, pode ser possível contratar um agente de manufatura para organizar visitas a múltiplos locais em uma determinada região.
• RfQs (Pedidos de cotação): Envie um RfQ para várias empresas de usinagem pré-selecionadas para ter uma ideia de quem pode oferecer o melhor preço.

Quando se trata de organizar a fabricação das peças usinadas terceirizadas, pode ser útil observar as seguintes dicas.

• Siga diretrizes DfM: Certifique-se de que seu design digital de peça segue 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 má comunicação.
• NDA: Assine um acordo de não divulgação ao terceirizar peças usinadas. Isso impede legalmente o fabricante de divulgar ou reutilizar seus designs.
• Considere prazos de envio: Peças terceirizadas levam mais tempo para chegar do que peças internas, então considere os prazos de envio se estiver trabalhando com prazos apertados.
• Prepare-se para pagamento: Para pedidos iniciais, fabricantes provavelmente exigirão pagamento adiantado, embora você possa encomendar a crédito para pedidos subsequentes.