Otimizando a usinagem CNC:projeto de processos e acessórios para componentes de paredes finas

O projeto de processos e acessórios para usinagem de componentes de paredes finas em operações CNC requer um planejamento cuidadoso para evitar deformações, manter a precisão e garantir a eficiência. Esses componentes são amplamente utilizados nas indústrias aeroespacial, automotiva e eletrônica. No entanto, sua baixa rigidez e paredes finas os tornam propensos a deformações, lascas superficiais e marcas de vibração.

Se o projeto do processo ou do acessório for inadequado, a produção contínua e estável de lotes não poderá ser alcançada, mesmo que as cargas de corte sejam reduzidas e o tempo de usinagem seja estendido. Este artigo compartilha soluções de processos e acessórios para um estudo de caso real de usinagem de paredes finas, fornecendo insights práticos.

Desafios na usinagem de peças com paredes finas

Conjuntos de paredes finas, como carcaças de drones e gabinetes eletrônicos, geralmente têm espessuras de parede abaixo de 2 mm. Reduzem o peso e melhoram o gerenciamento térmico dos produtos acabados. No entanto, a falta de rigidez estrutural durante a usinagem CNC geralmente resulta em instabilidade nas dimensões da montagem, mau acabamento superficial e deformação local ou geral.

Deformação após usinagem

Peças com paredes finas tendem a dobrar sob pressão da ferramenta ou força de fixação. Mesmo pequenas forças de corte podem deformar áreas sem suporte, causando flexão da parede e deflexão da ferramenta durante a usinagem. O risco é especialmente alto ao processar recursos próximos a bordas finas ou cavidades ocas.

Marcas de vibração na superfície

Devido à sua baixa massa e rigidez, os componentes de paredes finas vibram facilmente durante a usinagem em alta velocidade. Isso pode causar marcas de trepidação na superfície, desgaste acelerado da ferramenta e baixa precisão dimensional.

Caso prático:Carcaça de liga de alumínio para cigarro eletrônico

Aqui, analisamos a usinagem de uma carcaça de cigarro eletrônico em liga de alumínio, compartilhando como paredes finas e tolerâncias restritas afetam a produção.

Especificações do produto

• Material:AL6063-T6
• Dimensões:92,8 × 40,8 × 22,8 mm
• Espessura da parede:0,9–1,5 mm
• Volumes de produção:1000 unidades

Requisitos de usinagem

• A folga de montagem é ≤0,1 mm entre as superfícies dianteiras/traseiras em azul profundo e outros componentes.
• As ranhuras de encaixe em forma de T nas paredes internas devem passar por um teste de queda de 3 metros sem se soltar após a montagem.
• A superfície requer jato de areia de grão 200 seguido de anodização, sem marcas de ferramentas ou padrões de vibração permitidos em áreas visíveis.

Desafios de processamento

• A seção de parede de 0,9–1,2 mm é a área de montagem com outros componentes estruturais. Portanto, sob deformação, é difícil manter a folga de montagem necessária de 0,1 mm.
• A área periférica é uma superfície visível de Grau A que deve estar livre de defeitos, mas a estrutura oca geral carece de rigidez, especialmente na seção central, onde é altamente provável que ocorram problemas de deflexão e vibração da ferramenta de corte.
• A fraca rigidez da parede também afeta a consistência dimensional do encaixe, o que pode comprometer o desempenho do teste de queda.

Problemas com a solução de usinagem convencional

A peça bruta utiliza material de perfil, com tolerância de usinagem igual adicionada às superfícies da parede que precisam ser processadas. Uma mesa rotativa de 3+2 eixos é usada primeiro para usinar as estruturas frontais e adjacentes. Após o corte da peça, um CNC de 3 eixos é usado para processar a estrutura reversa.

A vantagem desta solução é o seu processo “curto”, pois requer apenas duas etapas. No entanto, as suas desvantagens e limitações também são claras:

Limitações da abordagem

• Embora a mesa rotativa de cinco eixos 3+2 forneça capacidade de usinagem de múltiplas superfícies, ela só pode usinar um produto por vez.
• Na maioria das oficinas de usinagem, o número de máquinas de 5 eixos é muito menor do que o de máquinas de 3 eixos. Portanto, a disponibilidade limitada de máquinas de 5 eixos para operações em lote dificulta o aumento da capacidade de produção.
• Além disso, todos os desafios de usinagem de peças com paredes finas, mencionados anteriormente, ainda ocorrem nesta abordagem. Sem qualidade, a capacidade de entrega não pode ser garantida.

Solução de usinagem otimizada

1. Sequência de usinagem otimizada

A sequência de usinagem é ajustada para:

• CNC1 (3 eixos para estrutura frontal)
• CNC2 (4 eixos para estrutura lateral)
• CNC3 (3 eixos para estrutura reversa)

2. Reforçando o espaço em branco

Três nervuras de reforço são adicionadas dentro da cavidade oca da peça bruta, formando uma estrutura de conexão tipo ponte para fornecer suporte forte durante a usinagem externa.

3. Furo de fixação pré-perfurado

Para fornecer uma posição de tensionamento do tirante para a fixação do cilindro, um furo em forma de cabaça é pré-perfurado no centro da peça bruta, o que também melhora o nível de automação das operações de elevação da fixação.

4. Separação segura de peças

Depois que o CNC3 conclui a usinagem do lado reverso, a superfície marcada em vermelho do acessório fornece posicionamento e pontos de suporte internos distribuídos ao redor da circunferência.

Quando a peça precisa ser separada da peça bruta, dois cilindros operam:um segura a área de refugo enquanto o outro sustenta a peça acabada. Isso garante que a peça acabada não se mova e que a ferramenta não seja danificada pela sucata durante a separação.

5. Melhore a eficiência da produção

As usinagens originalmente realizadas na máquina 3+2 de cinco eixos agora estão divididas entre CNC1 (três eixos) e CNC2 (quatro eixos). Isto melhora significativamente a capacidade de entrega de pequenos lotes, com a produção diária atingindo 300% do nível anterior.

Componentes estruturais de paredes finas são difíceis de processar devido à sua baixa rigidez e sensibilidade à vibração. Com geometrias diversas, cada peça geralmente requer uma abordagem personalizada.

Ao integrar a otimização de perfis, o planejamento de processos e o projeto de acessórios, este artigo compartilha uma solução prática que garante a qualidade da usinagem e a entrega confiável de pequenos lotes.

WayKen oferece serviços de usinagem CNC para componentes metálicos e plásticos, incluindo estruturas de paredes finas. Através de equipamentos avançados, processos otimizados e rigoroso controle de qualidade, nossa equipe garante precisão e consistência, ajudando os clientes a passarem sem problemas da prototipagem à produção de pequenos lotes com resultados confiáveis.