Dominando a Usinagem: Processos, Ferramentas e Aplicações

Usinagem é uma técnica controlada de remoção de material que corta um material (geralmente metal) para uma forma e tamanho finais específicos. Manufatura subtrativa refere-se aos procedimentos que têm esse padrão comum, em oposição à manufatura aditiva, que envolve a adição controlada de material. O significado preciso do elemento "controlado" da frase varia, embora frequentemente envolva o uso de ferramentas de máquina.

Usinagem é usada para fabricar numerosos itens metálicos, mas também pode ser usada para outros materiais como madeira, plástico, cerâmica e compósitos. Um usinador é uma pessoa especializada em usinagem. Uma oficina de usinagem é uma sala, edifício ou empresa onde a usinagem é realizada. Controle numérico computadorizado (CNC), que usa computadores para controlar o movimento e operação de fresadoras, tornos e outros equipamentos de corte, é utilizado em grande parte da usinagem moderna. Isso melhora a eficiência permitindo que a máquina CNC opere sem supervisão, reduzindo custos de mão de obra para oficinas.

Neste artigo, você conhecerá a definição, aplicações, propósito e funções, diagrama, tipos, operações, funcionamento, vantagens e desvantagens do processo de usinagem. Também será introduzido ao termo ferramenta de máquina.

O que é um Processo de Usinagem?

Usinagem é o processo de moldar e dimensionar materiais para uma forma e tamanho específicos. Tipicamente, usinagem relaciona-se ao trabalho com metais, embora também possa referir-se à fabricação de madeira, plástico, cerâmica, pedra e outros materiais. Se você tem matérias-primas que deseja moldar em uma certa forma para um propósito específico, empregará procedimentos de usinagem para fazê-lo. Porcas e parafusos, peças de veículos, flanges, brocas, placas e uma variedade de outros equipamentos e objetos usados em diversas indústrias são exemplos de produtos usinados.

Usinagem também pode ser vista como uma técnica crucial de acabamento em que as tarefas são criadas com as dimensões e polimento de superfície apropriados pela eliminação gradual de material excedente do branco preparado na forma de cavacos usando ferramenta(s) de corte empurrada(s) através da superfície(s) de trabalho. Uma ferramenta de máquina é equipamento acionado por energia que remove material excedente na forma de cavacos para dimensionar, moldar e processar um produto com a precisão desejada. Tornos, máquinas de furação, plainadoras, plainas e assim por diante são exemplos de ferramentas de máquina. Finalmente, para remover o material da superfície da peça, uma ferramenta de corte é empregada. Para realizar a operação, deve ser mais dura que a peça. Ferramentas de corte são divididas em duas categorias: de ponta única e multiponta.

Propósito

A maioria dos componentes técnicos, como engrenagens, mancais, embreagens, ferramentas, parafusos e porcas, requer correção dimensional e de forma, bem como bom polimento de superfície para funcionar corretamente. Realizar técnicas como fundição e forjamento, por exemplo, não consegue atingir a precisão e polimento requeridos. Tais peças preparadas, conhecidas como brancos, requerem semi-acabamento e acabamento, o que é accomplished através de usinagem e retificação. Retificação é essencialmente o mesmo que usinagem. Usinagem com alto grau de precisão e polimento permite que um produto atenda seus requisitos funcionais, aumente seu desempenho e prolongue sua vida útil.

Diagramas de ferramentas de máquina abaixo.

Tipos de Processos de Usinagem

Processos de usinagem são categorizados em dois: convencional e não convencional.

Usinagem Convencional:

Um processo de usinagem convencional é aquele em que a usinagem é feita da maneira tradicional, ou seja, sem o uso de métodos sofisticados. Como resultado, este método de usinagem também é conhecido como usinagem tradicional. Ferramentas de corte de ponta afiada, como a ferramenta cônica no torno para conicidade, são empregadas nesta técnica. A seguir estão os tipos de processos de usinagem convencional e suas operações:

Máquina de Torneamento

A máquina de torneamento de metal horizontal, frequentemente conhecida como torno motorizado, é a mais significativa de todas as ferramentas de máquina. Muitos de seus princípios mecânicos fundamentais estão incluídos no design de outras ferramentas de máquina, tornando-a a mãe de todas as outras ferramentas de máquina. O torno motorizado é uma ferramenta de máquina simples que pode ser usada para uma gama de operações incluindo torneamento, faceamento e furação. Torna e alarga com uma ferramenta de corte de ponta única. Procedimentos de torneamento incluem torneamento de formas cilíndricas retas ou cônicas, ranhuras, ombros e roscas, bem como faceamento de superfícies planas nas extremidades de peças cilíndricas, e envolvem corte de metal excedente do diâmetro externo de uma peça na forma de cavacos. A maioria das operações comuns de usinagem de furos, como furação, alargamento, reamer, contra-alargamento, contra-afundamento e rosqueamento com ferramenta de ponta única ou macho, estão incluídas em operações cilíndricas internas.

Máquinas de Retificação

Máquinas de retificação usam uma roda abrasiva giratória, também conhecida como rebolo ou cinta abrasiva, para remover cavacos microscópicos de peças metálicas. As mais precisas de todas as técnicas básicas de usinagem são a retificação. Itens duros ou moles são retificados com tolerâncias de mais ou menos 0,0001 polegada usando máquinas de retificação modernas (0,0025 milímetros).

Plainadoras e Plainas

Ferramentas de ponta única são usadas para usinar superfícies planas, ranhuras, ombros, ranhuras em T e superfícies angulares durante operações de plainamento e planificação. As maiores plainadoras podem processar componentes até 36 polegadas de comprimento e têm curso de corte de 36 polegadas. A ferramenta de corte da plainadora oscila, cortando no curso de avanço e alimentando automaticamente a peça em direção à ferramenta no curso de retorno.

Máquinas de Fresamento

Nestes tipos de processos de usinagem, a peça é alimentada contra uma ferramenta de corte rotativa chamada fresa em uma fresadora, que corta metal. Para uma ampla gama de operações de fresamento, fresas de várias formas e tamanhos são oferecidas. Superfícies planas, ranhuras, ombros, superfícies inclinadas, colas de andorinha e ranhuras em T são todas cortadas com máquinas de fresamento. Para cortar formas côncavas e ranhuras convexas, arredondar cantos e cortar dentes de engrenagens, várias fresas de dente de forma são utilizadas.

Máquinas de Furação

Máquinas de furação, também conhecidas como furadeiras de coluna, usam uma broca helicoidal para fazer furos em metal. Também empregam uma gama de outras ferramentas de corte para realizar operações básicas de usinagem de furos como reamer, alargamento, contra-alargamento, contra-afundamento e rosqueamento interno com acessório de rosqueamento.

Prensas

Cisalhamento, blanking, conformação, estampagem, dobra, forjamento, cunhagem, upsetting, flangeamento, compressão e martelamento são algumas das operações usadas para fabricar peças metálicas. Todas estas operações requerem prensas que tenham um ariete móvel que possa ser pressionado contra um bigorna ou base. Gravidade, conexões mecânicas, sistemas hidráulicos ou pneumáticos podem todos ser usados para alimentar o ariete móvel.

Usinagem Não Convencional:

Processos de usinagem tradicionais baseiam-se na ideia de que a ferramenta é mais dura que a peça. No entanto, alguns materiais são muito duros ou quebradiços para serem usinados usando processos tradicionais. O uso de ligas de níquel e titânio extremamente duras em motores de aviação, por exemplo, despertou interesse em técnicas de usinagem não tradicionais, particularmente "métodos elétricos". Abaixo estão os vários tipos de técnicas de usinagem não convencional:

Usinagem por Feixe de Elétrons (EBM)

EBM pode cortar furos tão pequenos quanto 0,001 polegadas (0,025 mm) de diâmetro ou ranhuras tão estreitas quanto 0,001 polegadas em materiais com espessura de até 0,250 polegadas (6,25 milímetros). No setor de semicondutores, EBM também é empregado como alternativa aos métodos de produção de óptica de luz.

Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)

O eletrodo e a peça são imersos em um líquido dielétrico, e um mecanismo de avanço mantém uma folga de faísca entre o eletrodo e a peça de 0,0005 a 0,020 polegadas (0,013 a 0,5 milímetro). As partículas são removidas conforme descargas de faísca derretem ou evaporam pequenas partículas da peça, e o eletrodo avança. O procedimento é usado para usinar matrizes, moldes, furos, ranhuras e cavidades de praticamente qualquer forma. É preciso, mas lento.

Usinagem Eletroquímica (ECM)

ECM replica a eletrodeposição inversa. Neste processo, metal é dissolvido de uma peça com corrente contínua a uma taxa controlada em uma célula eletrolítica. A peça anódica é usinada em uma forma complementar à medida que um eletrodo se aproxima do outro para manter espaçamento consistente. A ausência de desgaste da ferramenta e a capacidade de processar uma peça mais dura com uma ferramenta catódica mais macia são duas vantagens do ECM. ECM é usado nas indústrias de motores de aeronaves e automóveis para rebarbação, furação de pequenos furos e usinagem de pás de turbinas excepcionalmente duras, entre outras coisas.

Usinagem por Feixe de Íons (IBM)

IBM é utilizado na indústria de semicondutores e na produção de lentes asféricas porque permite usinagem precisa de praticamente qualquer material. Texturização de superfícies para melhorar adesão, produção de superfícies atomicamente limpas em dispositivos como espelhos a laser, e alteração da espessura de revestimentos finos são exemplos de como a tecnologia é empregada.

Usinagem a Laser (LM)

LM é uma técnica para cortar metal ou materiais refratários que envolve derreter e vaporizar o material com um feixe de laser intenso. Furação a laser é usada para cortar microfuros (0,005 a 0,05 polegada [0,13 a 1,3 milímetros]) em materiais muito duros para processar usando métodos padrão, embora seja intensiva em energia porque a substância deve ser derretida e vaporizada para ser removida.

Usinagem por Arco de Plasma (PAM)

A maioria dos metais, incluindo aqueles que não podem ser cortados com sucesso com um maçarico oxiacetilênico, pode ser cortada com este método. A técnica PAM tem sido usada para cortar ligas de alumínio até seis polegadas (15 centímetros) de espessura e aço inoxidável até quatro polegadas (10 centímetros) de espessura usando maçaricos pesados. Corte de perfil de chapa plana, corte de ranhuras em aço inoxidável e torneamento de aço endurecido maciço em tornos são aplicações para este procedimento.

Outros métodos de processo de usinagem não convencional incluem:

• Usinagem Ultrassônica (USM)
• Usinagem Química (CHM)
• Usinagem Fotoquímica (PCM)
• Usinagem a Jato de Água

Assista ao vídeo abaixo para aprender como os processos de usinagem funcionam:

Vantagens e Desvantagens dos Processos de Usinagem Convencional e Não Convencional

Vantagens da Usinagem Convencional

A seguir estão alguns dos benefícios do processo de usinagem.

• É quase impossível obter um alto nível de acabamento superficial.
• Usinagem é feita em uma variedade de materiais, incluindo madeira, plástico, compósitos e cerâmica.
• Roscas, bordas muito retas, furos redondos precisos e outros aspectos geométricos são todos alcançáveis.
• Precisão dimensional é excelente.

Desvantagens da Usinagem Convencional

A seguir estão as limitações do processo de usinagem.

• A eficiência do operador determina a correção dos componentes produzidos.
• A fabricação carece de consistência. Como resultado, uma inspeção completa do componente é necessária.
• Os requisitos do operador estão reduzindo as taxas de produção.
• O problema de mão de obra será severo devido ao volume massivo de mão de obra envolvida.
• Fabricar formas complexas como componentes de curvatura parabólica e componentes de curvatura cúbica é difícil.
• Modificações frequentes de design do componente não podem ser acomodadas no layout atual.

Vantagens dos Processos de Usinagem Não Convencional

A seguir estão os benefícios dos métodos de usinagem convencional:

• Tem alto nível de precisão e acabamento superficial.
• Como nenhuma ferramenta física é utilizada, não há desgaste da ferramenta.
• Não produzem cavacos, muito menos cavacos minúsculos.
• Na operação, são mais silenciosas.
• É simples de automatizar.
• É capaz de usinar qualquer forma complexa.

Desvantagens dos Processos de Usinagem Não Convencional

Abaixo estão as limitações da usinagem não convencional:

• Custos iniciais ou de configuração são altos.
• Mão de obra com alto nível de habilidade é necessária.
• A taxa de remoção de metal é menor.
• Usinagem necessita de mais potência.
• Não é custo-efetivo para fabricantes de grande escala.

Conclusão

Processos de usinagem ou ferramentas de máquina são categorizados em processos convencionais e não convencionais. O não convencional são apenas as novas maneiras de usinar enquanto o convencional é o método antigo de usinagem que listamos como torneamento, furação, retificação, plainamento, planificação, etc. Este artigo discutiu a definição, aplicações, propósito, diagrama, tipos, operações, vantagens e desvantagens do processo de usinagem.

Espero que você tenha aprendido muito com a leitura. Se sim, compartilhe com outros estudantes. Obrigado pela leitura, até a próxima!