Causas e Soluções para o Sobrecorte na Usinagem CNC

Na usinagem CNC, o sobrecorte provocado pela vibração da ferramenta ocorre com frequência nos cantos das peças, gerando defeitos de aparência no produto e problemas de tolerância. Selecionando as ferramentas com critério e otimizando os métodos de usinagem, é possível reduzir efetivamente o risco de sobrecorte. Este artigo analisa os fatores mais comuns que causam vibração da ferramenta e sobrecorte e apresenta soluções eficazes.

Como o Ângulo de Hélice da Fresa de Topo Influencia o Sobrecorte?

O ângulo de hélice de uma fresa de topo tem papel decisivo no controle da vibração da ferramenta e na prevenção do sobrecorte durante a usinagem, pois influencia fortemente o desempenho do processo.

A influência do ângulo de hélice sobre o resultado da usinagem pode ser analisada por diversos aspectos, entre eles as características do material usinado, a resistência de corte, a precisão de usinagem e a vida útil da ferramenta.

Características do Material

Materiais de baixa dureza: ferramentas com ângulo de hélice elevado (por exemplo, fresas de topo de três cortes com 45°) são preferíveis, por terem arestas mais afiadas e ângulos de saída maiores.
Materiais de alta dureza: ferramentas com ângulo de hélice pequeno são ideais, pois oferecem maior rigidez da aresta em função dos menores ângulos de saída.

Resistência de Corte

A resistência tangencial diminui à medida que o ângulo de hélice da fresa de topo aumenta, enquanto a resistência axial cresce com o aumento desse ângulo.

Precisão de Usinagem

Quanto maior o ângulo de hélice da fresa de topo, melhores a perpendicularidade, a planeza e a rugosidade da superfície usinada, porém pior é a evacuação de cavacos. Para canais cuja largura de corte se aproxima do diâmetro da ferramenta, recomendam-se ferramentas com ângulo de hélice pequeno.

Vida Útil da Ferramenta

Com um ângulo de hélice maior, a linha de contato entre a peça e a aresta de corte aumenta, reduzindo a carga por unidade de área. Em contrapartida, forças de corte axiais mais altas podem afrouxar a ferramenta e provocar sobrecorte. Nesses casos, devem-se utilizar porta-ferramentas estáveis.

Fresas de Topo com Ângulo de Hélice Pequeno e Grande:

• Fresas de topo com ângulo de hélice pequeno: arestas de corte curtas. (linha azul)

• Fresas de topo com ângulo de hélice grande: arestas de corte longas. (linha vermelha)

Princípios de Uso da Ferramenta para Evitar o Sobrecorte

O uso correto da ferramenta é outro fator que influencia a ocorrência de sobrecorte por vibração. Siga estes princípios e monitore as condições de usinagem:

• Controle do Batimento da Ferramenta: Meça o batimento da ferramenta com precisão; quanto menor o desvio, melhor. Isso ajuda a melhorar a precisão de usinagem, o acabamento superficial e a vida útil da ferramenta.
• Otimização do Balanço da Ferramenta: Quanto menor for o comprimento da ferramenta para fora da pinça, melhor. Se for necessário um balanço maior, reduza a rotação, o avanço ou a profundidade de corte.

• Trate Vibrações Anormais: Reduza o avanço caso surjam vibrações ou ruídos anormais, até que as condições se estabilizem.
• Evite Paradas de Emergência ou Quedas de Energia: Como mostra a figura abaixo, a Figura A representa o estado da ferramenta ao usinar uma região relativamente plana. Quando a usinagem chega ao Ponto B e ocorre uma parada repentina, com preparação para usinagem em sentido inverso, a ferramenta sofre deformação por inércia. Isso pode gerar sobrecorte por vibração da ferramenta no Ponto B.

Controle a Deformação da Ferramenta para Minimizar o Sobrecorte

A deformação da ferramenta também pode levar à vibração e ao sobrecorte.

• σ = valor da deformação da ferramenta
• L = comprimento de montagem da ferramenta
• D = diâmetro da ferramenta
• P = força que atua sobre a ferramenta

A partir da fórmula acima, é possível identificar três fatores principais que influenciam a deformação da ferramenta:

• Comprimento de Montagem da Ferramenta (L): O valor da deformação da ferramenta tem relação cúbica com o comprimento de montagem. Portanto, esse comprimento deve ser reduzido ao mínimo possível.
• Diâmetro da Ferramenta (D): O valor da deformação da ferramenta é inversamente proporcional ao diâmetro. Para reduzir a deformação, considere usar ferramentas de diâmetro maior sempre que possível, pois isso diminui significativamente a deformação.
• Força que Atua sobre a Ferramenta (P): O valor da deformação da ferramenta é diretamente proporcional à força que atua sobre ela durante o processamento. Reduzir essa força diminui a chance de trepidação. Portanto, reduzir a área de contato entre a ferramenta e a peça para baixar a força ajuda a evitar o sobrecorte causado pela vibração da ferramenta.

Estratégias de Programação para Evitar Vibração da Ferramenta e Sobrecorte

As estratégias de programação também influenciam a vibração da ferramenta. Especialmente em cavidades profundas e geometrias complexas, considere o seguinte:

Selecione as Ferramentas de Corte Adequadas

Escolha as ferramentas de corte conforme a estrutura do produto, preferindo ferramentas maiores no desbaste. Evite usar ferramentas pequenas e excessivamente longas no desbaste, pois isso facilmente provoca microvibrações na ferramenta e leva ao sobrecorte.

Deixe Sobremetal Uniforme

Após o desbaste, deve-se acrescentar um programa de chanframento dos cantos para garantir que o sobremetal fique uniforme. Em cantos com sobremetal excessivo, arredondá-los e aumentar o raio R reduz a carga sobre a ferramenta na região do canto, o que ajuda a diminuir o sobrecorte por vibração da ferramenta.

Método de Corte Otimizado

No desbaste, o método de corte deve alternar entre fresamento concordante e discordante. Quando a aresta lateral engaja muito material durante o desbaste em cavidades profundas, o fresamento discordante pode gerar trepidação e leve batimento da ferramenta. Se o sobremetal reservado para o desbaste for insuficiente, isso facilmente leva ao sobrecorte. Por isso, o método mais adequado é o fresamento concordante.

Evite Cortes Indevidos

Em peças geométricas com intersecções de superfícies especiais, é fácil ocorrerem problemas como o percurso da ferramenta entrando no interior da geometria. Isso caracteriza o “corte indevido”, em que a ferramenta penetra na geometria da peça e provoca sobrecorte. O método otimizado consiste em ajustar o percurso da ferramenta ou as tolerâncias.

Percursos Corretos de Entrada e Saída da Ferramenta

Em um percurso 2D, o uso de entrada e saída em arco exige desviar da peça para garantir posições de entrada e saída adequadas. Em um percurso 3D, se a entrada e a saída em arco estiverem definidas, o sistema desvia automaticamente da peça na saída, mas isso pode distorcer o percurso. Já usar um movimento com código G0 (posicionamento rápido) na saída pode gerar um leve sobrecorte.

Direção da Compensação da Ferramenta

Ao usar o Mastercam em um percurso 2D de contorno, normalmente aplicamos compensação à esquerda para o fresamento concordante. Caso contrário, a compensação incorreta provoca colisões ou sobrecortes.

Geometria da Ferramenta

No fresamento com fresa de ponta esférica, se a profundidade de corte for menor que o raio da ponta da ferramenta, há tendência de sobrecorte no início. A solução é garantir que a profundidade de corte seja maior que esse raio ou, alternativamente, não usar fresa de ponta esférica em determinadas aplicações.

Conclusão

O problema da vibração da ferramenta e do sobrecorte na usinagem CNC pode ser tratado de forma abrangente otimizando a seleção de ferramentas, respeitando os princípios de uso e cuidando dos detalhes de programação. Isso não apenas reduz efetivamente a probabilidade de sobrecorte por vibração da ferramenta, como também aumenta a precisão do processo, encurta o tempo de usinagem e melhora a rugosidade superficial.