Dominando Tolerâncias de Usinagem CNC: Precisão, Custo e Diretrizes de Design

Máquinas CNC podem atingir níveis muito altos de precisão. Algumas máquinas podem atingir precisões de até ±0,0025 mm. No entanto, executar a fresagem de uma peça no nível mais alto de precisão de uma máquina CNC é um empreendimento caro e demorado. É aqui que entram as tolerâncias de usinagem. Como diferentes peças requerem diferentes graus de precisão, é econômico para um projetista especificar a tolerância específica necessária para aquela peça.

O que são tolerâncias?

Em resumo, tolerâncias são medições que indicam o nível de precisão necessário para uma peça que você deseja fabricar. Especificamente, tolerâncias de usinagem indicam o grau de variação permitido nas dimensões finais de uma peça ou valor medido.

Maquinistas medem tolerâncias de usinagem por valores numéricos, geralmente precedidos pelo símbolo ±. Por exemplo, você pode atribuir uma tolerância de ±0,001" a uma peça medindo 2,550 polegadas de comprimento. Isso indicaria que a peça fabricada teria um comprimento variável entre 2,549" e 2,551". Se uma peça medindo 1,5 polegadas de altura precisa de uma tolerância de ±0,005", a peça final deve ficar na faixa de 1,495" e 1,505" para passar na inspeção de qualidade.

Tolerâncias de usinagem especificadas dizem a fabricantes e serviços de usinagem CNC qual grau de precisão usar ao produzir uma peça. Quanto menor a tolerância — no mundo da manufatura isso é uma tolerância mais apertada — mais precisão é necessária. Quanto maior a tolerância — também chamada de mais frouxa — menos precisão você precisa.

Coisas a ter em mente ao escolher tolerâncias

Uma das coisas-chave na determinação das tolerâncias de usinagem CNC corretas é descobrir em que ponto a função e o desempenho de uma peça serão afetados por uma variação na dimensão ou tamanho. Alguns tipos de peças, como componentes críticos em motores, requerem um alto grau de precisão e qualquer falha na forma geométrica pode ter consequências sérias. Outros tipos de peças podem não requerer o mesmo grau de precisão, e um desvio de manufatura ligeiramente maior não os afetará. Além disso, aqui estão algumas outras coisas a ter em mente ao escolher tolerâncias:

1. Quando você precisa de tolerâncias apertadas?

Frequentemente, as tolerâncias de usinagem podem variar dentro de um único componente. Embora possa não ser crítico que toda a estrutura de uma peça adira às tolerâncias mais apertadas, certas características da referida peça podem exigir isso. A maior precisão é tipicamente necessária em pontos estruturais onde uma peça deve se encaixar ou unir com outros componentes, como furos.

Se uma peça precisa se encaixar com um ou muitos componentes, ela deve ter tolerâncias apertadas. Nestes casos, você deve comunicar as tolerâncias necessárias aos serviços de usinagem CNC; caso contrário, eles não terão nenhuma indicação da intenção do design. Em outras palavras, as tolerâncias dão ao seu parceiro de serviços de usinagem CNC uma indicação de como sua peça precisa funcionar.

Também vale notar que as tolerâncias de usinagem mais apertadas podem ser mais caras devido ao desgaste causado pelas ferramentas de máquina CNC. Embora uma ferramenta nova possa não ter problema em atingir tolerâncias de ±0,001", se a mesma ferramenta tiver que produzir múltiplas versões da mesma peça, essa precisão pode se tornar menos consistente. Se você pedir 1.500 unidades de uma peça com tolerância de ±0,001", seus serviços de usinagem CNC podem ter que substituir a ferramenta de usinagem ou ajustar a velocidade de usinagem, o que pode aumentar o tempo e o custo de produção.

2. Altos custos para requisitos apertados

Tolerâncias influenciam diretamente a qualidade de uma peça, mas também seu custo. Usinagem de alta tolerância é tipicamente mais cara de realizar, pois você precisa usinar as peças mais lentamente e frequentemente com ferramentas mais caras. Peças com tolerâncias mais apertadas também requerem inspeção de qualidade CNC mais extensa, já que a janela de erro é muito menor — estamos falando de frações de milímetro. Outro fator que pode influenciar o custo com usinagem de alta tolerância é a taxa de falha, que tende a ser maior. Usinagem de alta tolerância pode aumentar custos de produção e custos de inspeção de qualidade.

3. Tolerâncias dependem do material

Você deve considerar sua escolha de materiais ao especificar tolerâncias de usinagem. Diferentes materiais têm características individuais que podem afetar o nível de tolerância alcançável com eles. Algumas dessas características incluem:

• Dureza: Materiais mais macios são mais difíceis de usinar com tolerâncias apertadas. Isso se deve principalmente à sua probabilidade de mudar de dimensões quando a ferramenta de corte os toca. Você, portanto, deve ter paciência adicional ao usinar esses materiais mais macios.
• Abrasividade: Materiais ásperos e grosseiros geralmente são duros para as ferramentas de corte e podem até fazer com que se desgastem mais rápido. Esses materiais tornam difícil atingir tolerâncias específicas porque mudanças na ferramenta de corte resultam em menos precisão. Materiais abrasivos geralmente exigem que o técnico troque a ferramenta várias vezes durante o processo de usinagem.
• Estabilidade térmica: Este é um problema que afeta principalmente não-metais. À medida que o calor se acumula durante o processo de usinagem, esses materiais começam a perder sua forma. Isso restringe quais processos você pode usar naquele material específico.

4. Escolha dos métodos de manufatura

Cada máquina CNC difere em termos de capacidade. Algumas máquinas podem atingir tolerâncias que outras só podem sonhar. A tolerância da máquina CNC determina que tipos de peças ela pode lidar. Em alguns casos, você terá que realizar operações adicionais na peça antes que ela possa atingir a tolerância fina que você requer.

5. Inspeção

Você precisará de bastante tempo para inspecionar peças com tolerâncias muito apertadas. Você também pode precisar empregar o uso de ferramentas e equipamentos especializados para verificar a tolerância das peças.

Como encontrar a tolerância certa

Às vezes, escolher a tolerância não é a parte difícil. É saber se é a certa escolhida. Para projetistas de produtos ou peças, é imperativo determinar quanta margem existe para as tolerâncias de uma determinada peça. Isso pode ter grande influência em saber a tolerância certa, o tempo de resposta do projeto, bem como seu custo. Um cliente trabalhando com um serviço de usinagem CNC pode inadvertidamente gastar o dobro do necessário pedindo a "maior qualidade possível". A usinagem CNC é por natureza um processo de alta precisão, então tolerâncias mais frouxas geralmente ainda estão muito próximas das especificações originais. Aqui estão algumas dicas para ajudar seu processo de tomada de decisão:

1. Considere o uso da sua peça

Nem todas as peças precisam ser projetadas com tolerância apertada. O uso específico da sua peça frequentemente determina o grau de precisão necessário ao usiná-la. Criar peças que não se combinam com outras, por exemplo, frequentemente requer menos precisão de fresamento. Considerando o quanto mais caro é atingir tolerâncias apertadas, se você não precisa delas, não as solicite.

2. Procure uma empresa de usinagem CNC respeitável

Uma maneira de os clientes encontrarem a tolerância certa é encontrar um serviço de usinagem CNC em que confiem. Eles podem então discutir seus objetivos e especificações com um especialista em manufatura e decidir sobre as melhores tolerâncias para seu projeto. Na maioria dos casos, no entanto, engenheiros ou projetistas de peças especificarão as tolerâncias antes de enviar uma solicitação de manufatura a um serviço de usinagem CNC ou empresa de prototipagem rápida. Ter essa informação pronta para seu serviço de usinagem CNC pode economizar tempo e custos no lado da produção.

Também é importante ter em mente que, se você não perguntar ou especificar nenhuma tolerância ao enviar uma peça para produção, a maioria dos serviços de usinagem CNC trabalhará automaticamente com sua tolerância padrão, geralmente cerca de ±0,005 polegadas (±0,127 mm). Este é um desvio muito pequeno — imperceptível a olho nu — mas pode influenciar como sua peça final se encaixa em uma montagem. Por exemplo, se uma peça tem um furo muito pequeno, mesmo que por 0,005 polegadas, encaixar sua peça adjacente dentro do furo pode ser mais desafiador do que o necessário.

Tipos comuns de tolerâncias em usinagem CNC

1. Tolerâncias padrão

Maquinistas usam tolerâncias de usinagem padrão para as peças mais amplamente fabricadas. Existem tolerâncias de usinagem padrão para peças como roscas, pinos, tubos e assim por diante. Alguns serviços de fresamento oferecem tolerâncias típicas de ±0,1 mm. Maquinistas geralmente aplicam essas tolerâncias quando o cliente não especifica níveis de tolerância. Essas tolerâncias típicas podem ser encontradas em uma tabela de tolerâncias de usinagem CNC. A faixa de tolerâncias de usinagem padrão geralmente é definida por vários órgãos de normas internacionais, como a Organização Internacional de Normalização (ISO), a Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) e o Instituto Nacional de Normas Americano (ANSI).

2. Tolerâncias bilaterais

Quando você usa tolerância bilateral, o desvio da dimensão dada pode ser negativo ou positivo. Isso significa que pode ser um pouquinho maior ou um pouquinho menor. Um exemplo de tolerância bilateral é ±0,06 mm. Isso indica que a peça usinada pode ser 0,06 mm mais curta ou mais longa que a medição especificada. Tolerâncias bilaterais são usadas principalmente para dimensões externas.

3. Dimensionamento e Toleranciamento Geométrico

O dimensionamento e toleranciamento geométrico são muito mais completos que os outros sistemas de tolerâncias de usinagem. É um tipo de tolerância de usinagem CNC que destaca as medições e desvios permitidos. Também descreve características geométricas específicas para a peça usinada, como quão plana ela deve ser, sua concêntrica e sua posição real. O dimensionamento e toleranciamento geométrico são frequentemente usados para peças que têm dimensões extremamente precisas.

4. Tolerâncias unilaterais

Tolerâncias unilaterais acomodam desvios em apenas uma direção. O desvio é apenas positivo ou apenas negativo. Um exemplo de tal tolerância é +0,00/-0,06 mm. Isso significa que a peça acabada pode ser no máximo menor por medição de 0,06 mm, mas não deve exceder a medição especificada. Você geralmente implementa tolerância unilateral ao projetar uma peça que entra em outra. A peça não deve ser maior que a medição especificada, pois isso significaria que ela não conseguiria entrar em sua posição.

5. Tolerâncias de limite

Uma tolerância de limite é um tipo de tolerância de usinagem CNC expressa como uma faixa de valores, onde a peça está bem desde que a medição caia entre essa faixa. 13 – 13,5 mm, por exemplo, é uma tolerância de limite indicando que a peça deve ter uma medição que caia entre o limite superior e o inferior. (13 mm é o limite superior e 13,5 mm é o limite inferior)

RapidDirect, seu parceiro profissional de serviços de usinagem CNC

Na RapidDirect, oferecemos uma gama de tolerâncias de usinagem CNC para atender às necessidades de nossos clientes. Nossas tolerâncias padrão para usinagem CNC de metais estão em conformidade com DIN-2768-1-fino, enquanto para plásticos é DIN-2768-1-médio; uma tabela de tolerâncias de usinagem CNC pode ser encontrada aqui. Uma tolerância padrão para um serviço de usinagem CNC é tipicamente ±0,005". As tolerâncias de usinagem mais apertadas possíveis estão na faixa de ±0,001", aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano.

Nossa extensa instalação de manufatura em Shenzhen, China, também abriga várias máquinas CNC de 3 eixos, 4 eixos e 6 eixos. Também oferecemos diferentes acabamentos superficiais para nossas peças usinadas CNC. Além de usinagem CNC, também oferecemos diferentes capacidades de manufatura para nossos clientes em todo o mundo.

Nossos serviços de usinagem CNC também cobrem inspeção de qualidade, certificações de material e inspeções dimensionais completas com relatórios. O processo completo de inspeção dimensional CNC, que depende de ferramentas de metrologia e medição de ponta, é crítico para garantir que protótipos ou peças finais atendam às especificações e tolerâncias exatas solicitadas pelo cliente. Em outras palavras, verificaremos e reverificaremos se suas tolerâncias especificadas são atendidas e, se não forem, trabalharemos com você para entregar uma peça que atenda aos seus requisitos.

Se você tiver alguma dúvida sobre tolerâncias de peças para usinagem CNC ou quiser saber mais sobre os serviços de usinagem CNC da RapidDirect, não hesite em entrar em contato com um membro de nossa equipe de manufatura.