Otimizando Usinagem CNC: Soluções de Design e Fabricação para Cantos Internos Agudos

Junto com a seleção de materiais, o design está entre os fatores mais críticos na determinação da qualidade e funcionalidade de uma peça final. Independentemente do método de fabricação escolhido, as equipes de produto devem aderir aos princípios de design para fabricação (DFM) durante as fases de design e prototipagem de qualquer projeto. No entanto, muitas equipes de produto acham o DFM particularmente desafiador ao projetar peças para usinagem CNC.

Embora a usinagem CNC seja excelente para produzir peças com tolerâncias apertadas, é caro alcançar características internas agudas, especialmente ângulos retos. Brocas CNC são redondas, então se um engenheiro tenta usinar um ângulo de 90° com uma broca redonda, a broca nunca conseguirá cortar um ângulo reto. A geometria de canto inacessível deixada para trás é chamada de raio de canto interno. Raios de canto internos afetam diretamente a usinabilidade de uma peça e também podem impactar custo e cronogramas de produção.

Felizmente, designers e equipes de produto podem contornar esse problema com algumas soluções de design eficazes para evitar características internas agudas. Se características internas agudas forem estritamente necessárias, existem várias soluções de fabricação que podem ser empregadas. Aqui está o que as equipes de produto precisam saber.

Como evitar cantos internos agudos

A melhor aposta de um designer é evitar o uso de cantos internos agudos completamente e incluir raios em todas as arestas internas. Mecânicos usarão uma fresa de topo com raio ligeiramente menor que o raio adicionado à aresta. Por exemplo, se o raio da peça for 0,25", então uma fresa de topo de 6mm ou 7/32" deve ser usada. Isso garante que a máquina possa rodar em uma velocidade razoável sem induzir estresse na ferramenta.

Outra opção é usar raios de canto não padronizados. Adicionar pelo menos 0,02" a 0,05" aos raios de canto internos dá à fresa espaço suficiente para girar ligeiramente no canto sem parar completamente.

Além disso, designers podem suavizar raios de canto internos criando uma trajetória de ferramenta arredondada com uma ferramenta maior. Ferramentas maiores criam raios de canto internos mais amplos e reduzem o engajamento da ferramenta, o que diminui o tempo de usinagem, corta custos e cria um acabamento superficial mais suave. 150% do raio da ferramenta é adequado, mas 200% do raio da ferramenta é geralmente considerado ideal.

Soluções alternativas de usinabilidade para cantos agudos

Se uma equipe de produto está usando um design que requer cantos internos agudos, eles ainda têm algumas soluções disponíveis. Algumas equipes optam por deixar os raios de canto internos intactos, mas reduzir seu tamanho usando uma broca com diâmetro menor. Esta é uma abordagem rápida e de custo relativamente baixo que não torna o design original mais difícil de usinar. Deve-se notar, no entanto, que esta abordagem não é adequada para materiais CNC mais espessos.

A maneira mais comum de acomodar cantos agudos é usar um filete dog-bone (osso de cachorro) ou t-bone. Esses filetes são tipos de undercuts que estendem a forma do canto além da área de corte para que a broca possa fazer uma rotação completa e deixar o canto, criando um ângulo de 90°, ou recuar ligeiramente para criar um canto agudo enquanto segue a trajetória da ferramenta. Como os nomes sugerem, filetes dog-bone parecem brinquedos de mastigar e filetes t-bone parecem a letra "T", com bordas arredondadas.

Filetes dog-bone e t-bone não são difíceis de incorporar em designs CNC e não aumentam inerentemente os custos de usinagem CNC. No entanto, designers devem lembrar de tornar o ponto de entrada para o filete dog-bone 15% a 20% maior que o diâmetro da fresa.

Se o design não puder acomodar um filete dog-bone, a maneira mais simples de incluir cantos internos agudos é quadrá-los manualmente usando uma serra de puxar, formão padrão ou formão de canto. Brocas, plainas e ferramentas de usinagem por descarga elétrica também podem criar cantos agudos, mas tendem a ser soluções menos econômicas.

Você também pode alcançar ângulos retos usando EDM a fio (wire EDM). Tecnicamente, você não conseguirá alcançar um canto verdadeiramente quadrado — haverá um pequeno raio de 0,005"-0,006" deixado para trás pelo fio — mas muitas equipes de produto consideram um raio tão pequeno aceitável. Usinar ao redor de cantos agudos com EDM a fio pode fornecer um corte muito preciso e um excelente acabamento superficial. No entanto, é importante notar que máquinas de EDM a fio são muito lentas, especialmente comparadas a ferramentas de corte CNC.

Design para usinabilidade com a Fast Radius

Para muitas equipes de produto, projetar uma peça limpa e funcional é fácil — é projetar para fabricabilidade — e usinabilidade especificamente — que é mais desafiador. Otimizar um design para fabricabilidade requer prática, experiência e muita expertise técnica. Como as equipes de produto podem ter certeza de que seu design resultará em uma peça funcional, bonita e que não aumentará os custos de usinagem CNC?

Projetar para usinabilidade torna-se muito mais fácil com a ajuda de um parceiro de fabricação experiente como a Fast Radius. Temos as mais recentes tecnologias de design digital à nossa disposição, e nossa equipe de especialistas em design e engenheiros pode ajudar equipes de produto de todos os tamanhos a otimizar suas peças. Entre em contato conosco hoje — vamos tornar novas coisas possíveis.

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