Soluções otimizadas de fixação para produção em lote: sem dispositivo dedicado e reutilizável

Escolher o processo e o dispositivo de fixação corretos é decisivo para garantir a qualidade do produto e a eficiência da produção. Este artigo apresenta um estudo de caso sobre dispositivos de fixação para usinagem CNC de uma peça estrutural pequena e complexa, mostrando como os problemas de eficiência na usinagem e na fixação foram efetivamente resolvidos. Traz também uma análise completa das vantagens, desvantagens e aplicabilidade de diferentes rotas de usinagem.

Contexto do produto

O produto é um componente de drone para o setor agrícola e florestal. O material utilizado é o alumínio de grau aeronáutico AL7075, que oferece dureza e resistência superiores às das ligas de alumínio comuns. O tratamento de superfície é jateamento e anodização. O lote de produção deste pedido é de 2.000 peças, o que impõe exigências mais altas de estabilidade e eficiência à usinagem CNC.

Análise da estrutura do produto

As dimensões do produto são 32×29×4,6mm, o que o caracteriza como uma peça pequena com as seguintes características:

• Tolerâncias dimensionais: a tolerância mais restrita é de ±0,05mm, com exigência de paralelismo de 0,05mm.
• Requisitos de rosca: três calibradores de rosca M2 devem funcionar corretamente, permitindo a passagem quando adequado e travando quando necessário.
• Características estruturais: o produto tem estrutura semiaberta, com a região mais fina medindo apenas 2,84mm. Caso ocorra deformação, a tolerância de paralelismo pode ser ultrapassada.
• Requisitos de processo: para o lote de 2.000 peças, é preciso desenvolver uma rota de usinagem e um dispositivo de fixação estáveis, eficientes e fáceis de operar.

Comparação entre diferentes rotas de processo

Nesta seção, analisamos três rotas de usinagem e comparamos seus prós e contras.

Rota de processo convencional 1

A peça é fixada individualmente pela face frontal e pela face oposta, sendo usinada em duas operações.

Vantagens

Processo simples e fácil de operar.

Desvantagens

• Desperdício de material: a espessura do produto é de 4,6mm, mais 2 mm de espessura destinada à fixação. Considerando as espessuras disponíveis na matéria-prima, escolhe-se a mais próxima adequada. A espessura final do blank é de 8 mm, o que gera grande quantidade de material desperdiçado.
• Custo de mão de obra elevado: devido ao tamanho reduzido do produto, o tempo de máquina por usinagem é curto (primeira fixação estimada em 4,5 minutos, segunda fixação estimada em 0,6 minuto), exigindo trocas frequentes de peça pelo operador, o que resulta em alta carga de trabalho e baixa utilização da máquina.
• Risco de deformação: a segunda operação de fixação envolve a remoção das pontes de material, o acabamento das arestas usinadas e o chanframento do furo. Normalmente, o dispositivo convencional de garras exerce uma força de aperto relativamente alta, capaz de deformar o produto. Além disso, a superfície inferior da peça e a face de apoio do dispositivo podem se separar por efeito da força de aperto, gerando instabilidade nas cotas de paralelismo e espessura.

Rota de processo convencional 2

Utilizar o processo de fixação a vácuo e empregar a mesma sequência da Rota 1 para as faces frontal e traseira, mas adotando um layout com várias peças em paralelo.

Vantagens

Não há problemas na primeira operação de fixação, a eficiência de usinagem aumenta e o desperdício de material é reduzido.

Desvantagens

Ao usar fixação a vácuo na segunda operação, devido ao tamanho reduzido das peças, pode ocorrer vazamento de ar quando o fresamento atravessa completamente o produto. Para evitar o vazamento, é possível aplicar um filme na superfície inferior.

No entanto, depois de posicionar as peças na placa, os vazios criados pelo fresamento são grandes demais e provocam enrugamento do filme, o que compromete a planicidade das peças. Além disso, durante a remoção das pontes de material, pode haver deslocamento da peça, o que torna a fixação a vácuo inadequada.

Rota de processo otimizada 3: adotada neste caso

• Dimensão do blank: 200×200×25mm
• Primeira fixação: utiliza uma serra circular para dividir o material em camadas. Com uma única fixação, é possível processar 27 camadas (totalizando 135 peças). Cinco peças são usinadas lado a lado. A estrutura principal da face frontal pode ser usinada nesta etapa.
• Segunda fixação: emprega um dispositivo elástico autocentrante multiposição, com posicionamento por contorno invertido, para o acabamento da face oposta, incluindo o faceamento e o chanframento das peças.

Destaques da primeira fixação

• Elimina a necessidade de projetar e fabricar um dispositivo dedicado, acelerando o cronograma do projeto.
• O uso de uma serra circular para separar o material em camadas permite usinar várias peças em uma única fixação, reduzindo significativamente a frequência de trocas e elevando a eficiência produtiva.
• A usinagem lado a lado reduz o tempo de processamento de cada camada, melhorando a utilização da máquina.

Destaques da segunda fixação

• Força de aperto moderada: o dispositivo de travamento autocentrante por contorno invertido aplica uma força de aperto moderada, bem menor que a das garras tradicionais. Isso evita marcas de fixação ou deformação do produto.
• Estabilidade comprovada: conforme medido e verificado pela equipe de engenharia da Sendot Technology, o paralelismo do produto ficou entre 0,02-0,03mm e a variação de espessura abaixo de 0,03mm, atendendo aos requisitos de estabilidade da produção em lote.
• Usinagem contínua: para volumes altos, o dispositivo pode evoluir para um sistema intercambiável A/B, permitindo usinar o dispositivo A dentro da máquina enquanto o dispositivo B é carregado/descarregado fora dela, viabilizando a usinagem contínua.
• Dispositivo reutilizável: o dispositivo da segunda fixação pode ser reaproveitado em produtos semelhantes, bastando substituir os componentes autocentrantes.

Conclusão

Após várias discussões, análises teóricas e avaliações de prós e contras das diferentes rotas de processo na Sendot Technology, esta solução eficaz foi finalmente escolhida. Um total de 2.000 peças foi usinado com uma única máquina em operação. Essa solução de fixação tornou-se uma referência valiosa para produtos semelhantes no futuro e gerou um aprendizado importante. Esperamos que nossa experiência também traga insights úteis para você. Se tiver qualquer dúvida ou necessidade relacionada a usinagem, não hesite em entrar em contato conosco.