Escolhendo as Estratégias Certas de Usinagem de Metal para Prototipagem Custo-Efetiva

Usinagem de metal e especificamente fresamento são amplos em técnicas modernas de prototipagem. Fabricantes de protótipos tendem a maximizar capacidades de equipamentos em relação à tecnologia. Um dos métodos que se tornaram populares nos últimos anos é o fresamento helicoidal. Vamos tentar esclarecer o que é fresamento helicoidal, seus prós e contras e como você pode usar este conhecimento ao projetar seu protótipo para reduzir custos de fabricação.

O que é Fresamento Helicoidal?

Fresamento helicoidal é um processo alternativo de fabricação de furos. Este processo envolve uma fresa de topo que segue uma trajetória helicoidal para alcançar um furo de alta qualidade. Oferece muitas vantagens comparado à furação convencional e pode substituir máquinas de alisar, o que é sempre vantajoso para oficinas de prototipagem, pois realmente querem evitar comprar muitos equipamentos. (Ha, não dizendo que são cegas, são bastante afiadas na verdade, espera... são de alisar e afiadas ao mesmo tempo. Este jogo de palavras está me matando). Fresamento helicoidal pode criar furos de praticamente qualquer forma, a força de corte é menor, desgaste da ferramenta também e a qualidade alcançável pode ser bastante alta.

Por que não furação?

A principal alternativa ao fresamento helicoidal é furação convencional. É método muito difundido de fazer furos. Estatisticamente, furação leva até 25% do tempo de ciclo e 33% do número total de operações de usinagem ao fabricar peça de metal. Mas por que considerar fresamento? Apesar da cinemática ser obviamente mais simples, furação tem uma gama de contras que justificam usar técnica de fresamento mais complicada.

Por exemplo, velocidade de furação difere com diâmetro. É mais alta no ponto externo e praticamente zero no centro da broca (onde está o eixo). Significa que o processo de usinagem perto do eixo de revolução não é realmente corte, mas deformação plástica. Isso aumenta a força de empuxo da ferramenta e a ferramenta desgasta drasticamente.

Por causa da força de empuxo axial, a broca, especialmente uma gasta, dobrará uma camada fina de metal ao sair do material. O material residual resultante sobressai ao redor do furo e precisa ser removido manualmente. Usar uma fresa em vez disso reduz drasticamente o material residual.

Furação fornece condições terríveis de remoção de cavacos. O material processado só pode ser removido através das ranhuras da broca. Remoção de cavacos influencia acabamento superficial do furo e temperatura de corte. Conforme bits de metal se movem da zona de corte através das ranhuras para a superfície, eles raspam os lados do furo e reduzem o acabamento. Foi provado que cavacos levam até 80% do calor de corte, então problemas de remoção aumentam temperatura da broca. Ela desgasta mais rápido por causa disso. Para aumentar taxa de remoção, operadores usam métodos de furação discretos. A broca processa parte do comprimento total após a qual é removida. Esta é boa estratégia mas o tempo de furação aumenta.

Como você pode ver, furação tem desvantagens significativas, então, na tendência de aumentar eficiência de usinagem e assim eficiência de oficinas de prototipagem, fabricantes empregam fresamento helicoidal.

Algumas Especificidades do Fresamento Helicoidal

Vamos revisar alguns processos que acontecem no fresamento helicoidal.

Primeiro, a fresa de topo move-se ao longo de um caminho helicoidal. Significa que o centro de usinagem deve combinar movimento vertical do eixo Z e horizontal dos eixos X-Y. Isso torna o programa NC muito complexo para escrever manualmente, porém muitos sistemas CAM adotaram fresamento helicoidal como uma das estratégias.

A geometria do cavaco consiste em duas zonas: a azul criada pelo lado da fresa e a vermelha criada pela face da fresa. Foi provado que a proporção entre as duas zonas é determinada apenas pelos diâmetros da ferramenta e do furo.

Com o aumento do diâmetro da ferramenta, aumenta a zona azul. Fornece pior fresamento em relação a vibração, pois o cavaco azul é descontínuo, ao contrário do vermelho. Então, o acabamento superficial será pior. Além disso, com aumento do volume removido pelo lado da fresa, forças de corte radiais crescem (Fr vermelho na imagem) e dobram a ferramenta dentro do furo, então a tolerância diminui. O efeito negativo é diminuído em algum grau pelo fato de ferramentas maiores terem mais rigidez.

Se a ferramenta é menor, a zona vermelha prevalece, então a força radial é pequena, bem como vibração, porém a diminuição do diâmetro é limitada pela rigidez do sistema.

Diria que usar ferramenta maior primeiro é melhor e mudá-la para menor para corte final com baixa profundidade e avanço resultará em ótimo acabamento superficial.

Razões para Usar Fresamento Helicoidal

Como você pode ver, fresamento helicoidal é processo promissor que oferece várias vantagens.

Você pode alcançar qualquer diâmetro com melhor precisão e qualidade superficial sem trocar a ferramenta. Se já furou furo maior que 35 mm, saberá que fazer com apenas uma broca é má decisão. Geralmente feito com gama de brocas menores. Por exemplo, furo inicial 10 mm, depois 20 mm com broca maior e só então 35 mm. Depois, se precisar mais precisão ou acabamento, você alisa ou faz contra-furo. Isso são 4-6 trocas de ferramenta para fazer um furo. Bem, com fresamento helicoidal você só precisará usar uma fresa para cortar o furo e depois usar avanço menor para alcançar tolerância e qualidade desejadas. Pode alcançar até IT7 com Ra 1,25 sem trocar ferramentas.

Você tem temperatura de corte mais baixa e melhor remoção de cavacos. A fresa não ocupa todo o espaço do furo. Essa é a principal vantagem. Não precisa extrair a ferramenta após mergulhar a cada 30 mm. Basta pulverizar fluido no furo e ele removerá o cavaco e baixará a temperatura.

Você pode prever desgaste da ferramenta e fazer modificações de trajetória. Um dos principais problemas na furação é que quando a broca gasta, você só vê quando está completamente quebrada; ao usinar materiais duros, pode até travar no furo. Com fresamento helicoidal, você está basicamente fresando. Então, pode prever desgaste usando métodos de cálculo padrão ou vida da ferramenta especificada pelo fabricante. Pode até levar essas mudanças em conta durante o processo. Então, pode mudar a trajetória um pouco para preservar a dimensão do diâmetro. Não pode realmente fazer isso com furação. Ah, a vida da ferramenta é determinada pelo desgaste da face da ferramenta (cavaco zona vermelha).

Conclusões

Claro, fresamento helicoidal é processo inovador e tem seus contras. Por exemplo, sua taxa de remoção de cavacos não é tão rápida e seus parâmetros não são tão bem pesquisados ainda. No entanto, esta técnica reduz número de configurações, usinagem e ferramentas, mantendo a qualidade dos furos. Essa é vantagem considerável para fabricantes de protótipos que querem minimizar quantidade de ferramentas e equipamentos necessários.