Usinagem Convencional vs. Não Convencional: Técnicas, Aplicações e Benefícios

Existem várias maneiras ou técnicas de usinagem categorizadas em convencional e não convencional. Produção ou manufatura pode ser simplesmente definida como processos de adição de valor nos quais matérias-primas de baixa utilidade e valor são convertidas em produtos de alta utilidade e valor com dimensões, formas e acabamentos definidos, conferindo alguma capacidade funcional devido a propriedades inadequadas do material e tamanho, forma e acabamento pobres ou irregulares.

Neste artigo, você conhecerá os tipos convencionais e não convencionais de processos de usinagem e suas operações.

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 quaisquer 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 para usinagem. A seguir estão os tipos de processos de usinagem convencional:

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). (1) cilíndrica plana, (2) cilíndrica interna, (3) sem centro, (4) superficial, (5) manual, (6) especial, e (7) máquinas de retificação a cinta abrasiva são alguns dos tipos mais prevalentes de máquinas de retificação.

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. Plainas são similares a plainadoras; no entanto, podem lidar com peças mais longas. Algumas plainas podem cortar peças de até 50 pés. A peça é mantida no lugar por uma mesa reciprocante que a move sob uma ferramenta de corte. Após cada curso de corte, esta ferramenta, que permanece estacionária durante o curso de corte, alimenta automaticamente na peça.

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 fresamento vêm em uma variedade de estilos, que podem ser categorizados como: (1) máquinas padrão de joelho e coluna, incluindo versões horizontal e vertical; (2) máquinas tipo cama ou de fabricação; e (3) máquinas de fresamento de propósito especial.

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)

Em qualquer material, o processo EBM é usado para cortar furos finos e ranhuras. Um feixe de elétrons de alta velocidade é focalizado em uma peça em uma câmara de vácuo. Quando elétrons colidem com uma peça, sua energia cinética é convertida em calor, que vaporiza pequenas porções do material. Devido a colisões com moléculas de gás, os elétrons não se dispersam no vácuo. 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)

EDM é o processo de desintegrar materiais condutores eletricamente, como aço endurecido ou carboneto, direcionando descargas de faísca elétrica de alta frequência de um grafite ou ferramenta de metal macio, que serve como eletrodo. 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 serve como ânodo e é separada da ferramenta, que funciona como cátodo, por uma folga de 0,001 a 0,030 polegadas (0,025 a 0,75 milímetro). O eletrólito, que é comumente uma solução salina aquosa, é vertido através da folga intereletrodo sob pressão, removendo metal dissolvido da peça. 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)

Um fluxo de átomos carregados (íons) de gás inerte, como argônio, é acelerado por altas energias no vácuo e direcionado a uma peça sólida na IBM. Ao entregar energia e momento a átomos na superfície do item, o feixe remove átomos da peça. Quando um átomo colide com um aglomerado de átomos em uma peça, entre 0,1 a 10 átomos são deslocados do material da peça. IBM é utilizada 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, apesar de ser intensiva em energia porque a substância deve ser derretida e vaporizada para ser removida. A furação a laser de diamantes para serem usados como matrizes para estiramento de fio é uma aplicação popular. Furação e corte de cerâmicas e substratos para circuitos integrados também são feitos usando lasers, e a indústria aeroespacial emprega lasers controlados por CNC para cortar perfis e furar furos em peças de motor.

Usinagem por Arco de Plasma (PAM)

PAM é uma técnica de tocha de arco de plasma, ou arco de tungstênio gás inerte, para corte de metal. A tocha dispara um jato de alta velocidade de gás ionizado de alta temperatura (plasma) que corta a peça por fusão e deslocamento de material. A zona de plasma pode atingir temperaturas de 20.000° a 50.000° F (11.000° a 28.000° C). 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)

Na USM, o material é removido de uma peça vibrando partículas abrasivas em uma pasta de água circulando através de um espaço apertado entre uma ferramenta vibratória e a peça em alta frequência. A ferramenta, que tem a forma da cavidade a ser criada, oscila a 19.000 a 40.000 hertz com amplitude de cerca de 0,0005 a 0,0025 polegadas (0,013 a 0,062 milímetro) (ciclos por segundo). A ferramenta remove material vibrando os grãos abrasivos contra a superfície da peça. Usinagem ultrassônica é geralmente usada para cortar materiais duros e quebradiços que podem ou não ser condutores ou isolantes elétricos.

Corte de materiais semicondutores (como germânio), gravação, furação de furos finos em vidro, e usinagem de cerâmicas e pedras preciosas são aplicações frequentes de USM. Furação ultrassônica é uma versão modificada do procedimento em que uma ferramenta ultrassônica é girada contra uma peça sem necessidade de pasta abrasiva. Este tipo de USM furou furos tão pequenos quanto 80 micrômetros.

Usinagem Química (CHM)

Através de uma ação química controlada, esta técnica não elétrica elimina metal de locais específicos ou gerais. Fita de mascaramento pode ser utilizada para proteger lugares que não precisam ser removidos. O procedimento é similar ao usado para criar placas de impressão e gravação em metal. Blanking químico, usado para cortar blanks de componentes metálicos finos, e fresamento químico, usado para remover metal de seções selecionadas ou gerais de peças metálicas, são dois tipos de técnicas de usinagem química.

Usinagem Fotoquímica (PCM)

PCM é um ramo da CHM que emprega uma combinação de técnicas fotográficas e de gravação química para criar componentes e dispositivos em uma variedade de metais, particularmente aço inoxidável.

Usinagem a Jato de Água

Água é ejetada através de pequenos bicos a pressões extremamente altas para cortar materiais incluindo polímeros, alvenaria e papel no processo de usinagem a jato de água. A usinagem a jato de água tem várias vantagens sobre outros métodos: não produz calor, a peça não distorce durante a usinagem, o processo pode começar em qualquer lugar da peça, nenhuma preparação pré-usinagem é necessária, e o procedimento produz rebarbas mínimas. Para melhorar a taxa de remoção de material, um abrasivo é ocasionalmente adicionado à água, especialmente em operações de acabamento. Ao usar esta abordagem, o negócio offshore usa água do mar como fluido de trabalho.

Este artigo discutiu os vários tipos de processos de usinagem convencional e não convencional. Espero que você tenha aprendido muito com a leitura. Se sim, compartilhe com outros estudantes. Obrigado pela leitura, até a próxima!