Tolerância de usinagem 101:cálculo e aplicação de tolerâncias precisas

O que é permissão de usinagem?

Começaremos estabelecendo uma definição do que é tolerância de usinagem. A margem de usinagem é o material extra que os fabricantes deixam intencionalmente em uma peça, que deve ser removido em um ambiente controlado em operações de usinagem subsequentes.

Deixar tolerâncias usinadas garante que haja material suficiente na superfície da peça para obter dimensões de usinagem precisas e precisas, requisitos de acabamento superficial e tolerâncias de peças.

Tolerância de Usinagem vs. Tolerância

Vamos fazer um pequeno desvio e falar sobre tolerância de usinagem versus tolerância.

Na seção anterior, enfatizamos o uso da palavra “intencional”, pois é o principal fator distintivo entre os conceitos frequentemente confusos de tolerância e tolerância de usinagem. Embora a tolerância também se refira à quantidade extra/menos de material em uma peça de trabalho, não é algo feito intencionalmente.

Em vez disso, é responsável pela quantidade aceitável de variação não intencional nas dimensões da peça. Está relacionado ao fato de que é impossível atingir as dimensões exatas de uma peça, por isso os engenheiros definem tolerâncias de usinagem CNC para dar aos fabricantes uma faixa-alvo a ser cumprida.

Por que a margem de usinagem é importante?

Deixar tolerâncias de usinagem nas peças é importante por muitas razões práticas. Esta seção discute as razões pelas quais esta é uma prática comum de engenharia.

• Precisão Dimensional :Deixar tolerâncias de usinagem nas peças dá aos maquinistas uma margem de segurança para realizar operações de usinagem de acabamento. Ao aproveitar parâmetros de corte como altas velocidades e baixas profundidades de corte, eles podem alcançar alta precisão dimensional durante os cortes finais.
• Acabamento de superfície :Assim como acontece com a precisão dimensional, ter material extra na superfície da peça permite que os maquinistas gerenciem a qualidade da superfície durante os cortes de acabamento.
• Controle de qualidade :As tolerâncias de usinagem também incentivam o controle de qualidade durante o processo. Os engenheiros têm a oportunidade de monitorar a qualidade da produção entre os ciclos de desbaste e acabamento e atualizar seus planos de fabricação de acordo, levando a menos rejeições de peças.

Como calcular a tolerância de usinagem?

Deixar margem de usinagem é uma prática profissional de engenharia, mas quanto deve ser deixado? A resposta a esta pergunta é mais orientada pela experiência do que pela ciência. Engenheiros e técnicos consideram vários fatores ao calcular as tolerâncias de usinagem apropriadas para uma peça.



Os principais fatores são os seguintes:

Processo de Fabricação

O processo de fabricação usado para produzir a peça antes da usinagem fornece muitas informações sobre o quão “áspero” ela é. Entre a fundição e o forjamento, por exemplo, as peças fundidas são geralmente menos precisas dimensionalmente e, portanto, geralmente requerem uma tolerância de usinagem maior, de 2 a 5 mm. Para forjamento, pode ser de 1 a 3 mm devido aos resultados de formato quase final.

Propriedades dos materiais

Materiais que são propensos a alterações dimensionais ou acidentes durante a usinagem normalmente exigem tolerâncias de usinagem maiores. Assim, os engenheiros optam por ter uma tolerância maior para materiais dúcteis. O alumínio é mais dúctil que o aço inoxidável, por exemplo. Suas respectivas tolerâncias de usinagem para a mesma geometria podem ser de 1-2 mm e 0,5-1 mm, respectivamente.

Tipo de usinagem

As operações de desbaste com remoção de material a granel exigem tolerâncias de usinagem maiores do que as operações de acabamento com cortes mais finos. Tomemos como exemplo uma operação de usinagem de pá de turbina. Nos cortes de desbaste iniciais na peça bruta, as tolerâncias de usinagem são altas (3-4 mm), mas à medida que o processo avança e o perfil da lâmina toma forma, tolerâncias de usinagem menores na faixa de 0,5-1 mm podem ser usadas para cortes de semiacabamento e acabamento.

Tolerância/Acabamento

Peças com requisitos de alta qualidade (tolerância restrita, acabamento superficial fino) são normalmente planejadas com mais tolerâncias para garantir que pequenos desvios possam ser corrigidos durante os passes finais.

Fórmula da tolerância de usinagem 

Embora não exista uma fórmula fixa para o cálculo das tolerâncias de usinagem, uma diretriz geral que leva em conta seus principais fatores pode ser a seguinte:

Tolerância de Usinagem =Variação de Superfície + Margem de Acesso da Ferramenta + Buffer de Requisito de Acabamento

Consideremos o caso do desenho de engenharia abaixo e façamos um cálculo aproximado da tolerância de usinagem. Supondo que a peça seja usinada em alumínio, uma tolerância de máquina conservadora de 0,5-1 mm seria aceitável, considerando sua geometria simples e sem requisitos de tolerância nas dimensões principais.

Para posicionar o furo, entretanto, podem ser necessárias folgas maiores. Existe uma tolerância na posição (±0,05mm) e uma tolerância unilateral no diâmetro do furo (+0,1 – +0,3mm); a margem de variação da superfície pode ser de 0,5 mm. Não há problema com o acesso à ferramenta, portanto essa permissão pode ser ignorada. Porém, precisamos que o furo seja liso e podemos utilizar operações de acabamento com alargamento ou polimento. Assim, o buffer de acabamento exigido pode ser de 0,1 mm.

Portanto, a tolerância de usinagem para posicionamento e furação seria:

Tolerância de usinagem =Padrão (0,5) + Variação de superfície (0,5) + Buffer de requisito de acabamento (0,1) =1,1 mm

Desafios comuns no gerenciamento de licenças de usinagem

As tolerâncias de usinagem são um processo intermediário importante na usinagem, e gerenciá-las adequadamente é fundamental para uma produção bem-sucedida. As oficinas mecânicas podem enfrentar os seguintes desafios ao gerenciar licenças de usinagem:

Provisão excessiva

Deixar tolerâncias de usinagem é uma abordagem de engenharia segura e é possível permitir uma peça em excesso em projetos de alto risco. Essa margem extra leva a desperdício desnecessário de energia e material, desgaste de ferramentas e tempos de produção mais longos.

Sub-permissão

Da mesma forma, os engenheiros podem não permitir peças enquanto tentam priorizar a eficiência operacional. Isto também é problemático, pois pode não deixar material suficiente para controlar adequadamente a tolerância ou o acabamento superficial. Consequentemente, isso pode levar ao retrabalho ou ao refugo da peça.

Recursos geométricos complexos

A tolerância de usinagem é fácil de definir para geometrias prismáticas ou cilíndricas simples, mas é bastante complicada para peças com perfis complexos ou rebaixos. Para tais recursos, os engenheiros precisam atribuir tolerâncias de usinagem localizadas e usar soluções avançadas de CAD/CAM.

Inconsistências materiais

A definição da tolerância de usinagem depende significativamente do material, mas é comum ocorrer pequenas variações nas propriedades do material em diferentes lotes, marcas e direções. As inconsistências tornam o gerenciamento das tolerâncias de usinagem um desafio nas indústrias de alta precisão.

Desgaste da ferramenta

As ferramentas de corte degradam-se com o tempo e isso pode alterar a quantidade de material que removem. Isto pode ser problemático quando se lida com tolerâncias de usinagem à medida que as dimensões da peça se tornam variáveis.

Condição da máquina-ferramenta

A precisão das máquinas CNC deteriora-se com o tempo. Isso os torna imprevisíveis na manutenção de tolerâncias rígidas, dificultando o gerenciamento das tolerâncias de usinagem no chão de fábrica.

Deixar margens de usinagem é uma prática que ajuda a obter melhor qualidade da peça, garantindo precisão dimensional, maior controle sobre o acabamento superficial e melhor gerenciamento do processo de corte. Também requer experiência prática para decidir quais tolerâncias de usinagem usar, pois elas dependem de fatores como propriedades do material, geometria e requisitos de qualidade.

Como a margem de usinagem afeta o custo de produção?

A margem de usinagem influencia diretamente no custo de produção. Operações de usinagem precisas com tolerâncias restritas exigem cuidado e tempo extras e têm maior chance de rejeição de peças. Esses requisitos aumentam o custo de produção.

A temperatura influencia a tolerância de usinagem?

As diferenças de temperatura durante a usinagem podem fazer com que os materiais se expandam/contraiam termicamente, o que por sua vez pode influenciar negativamente a tolerância de usinagem.

O acabamento superficial está vinculado à tolerância de usinagem?

Geralmente, componentes com requisitos de acabamento superficial de alta qualidade também apresentam pequenas tolerâncias de usinagem, pois ambos os atributos estão associados à alta precisão. Por exemplo, os assentos dos rolamentos têm níveis de tolerância rígidos e um acabamento superficial fino.