Como usinar peças poliédricas de alumínio com o projeto correto de roteiro de processo e dispositivo de fixação?

No campo da usinagem e da manufatura, escolher a estratégia de usinagem adequada é decisivo para elevar a eficiência produtiva. Em geral, peças poliédricas usinadas apresentam geometrias complexas e exigências apertadas de tolerância. Por isso, definir o roteiro de processo mais adequado para esse tipo de peça exige uma análise ampla.

Neste artigo, a Sendot Technology analisa diferentes roteiros de processo para peças poliédricas de alumínio e compara a usinagem CNC 3+2 eixos com a usinagem CNC de 3 eixos. Também destacamos os pontos essenciais do projeto do dispositivo de fixação. Vamos ao conteúdo.

Apresentação do produto

O produto é um componente poliédrico de alumínio de precisão utilizado em equipamentos de semicondutores, com um lote de produção de 800 peças. Por precisar ser montado junto a outras peças, exige tolerâncias dimensionais rigorosas, especialmente nas tolerâncias de furos e nas tolerâncias geométricas. Além disso, essas peças usinadas requerem anodização preta para evitar oxidação e melhorar a resistência ao desgaste.

Requisitos de usinagem das dimensões críticas

• Planeza: 0,01;
• Dois furos de precisão ∅2,3+0,015mm, com tolerância de posição de 0,05mm;
• Dois furos de precisão ∅3,5+0,015mm, com tolerância de posição de 0,05mm;
• Dois furos de precisão ∅2,5+0,015mm, com tolerância de posição de 0,05mm;
• Perpendicularidade em relação ao Datum A: 0,02mm
• Dimensão linear: 38,88-0,02mm

Análise de usinabilidade

Vamos examinar as características de usinabilidade deste componente poliédrico. As dimensões externas máximas do produto são 46,88×16,41×10,91 mm. Seus requisitos de tolerância de usinagem são os seguintes:

• A tolerância dimensional mais rigorosa da peça é 38,88-0,02 mm, que pode ser mantida com dois passes de fresamento de acabamento na mesma trajetória.
• As demais tolerâncias de ±0,03 mm ou maiores são garantidas com um único fresamento de acabamento.
• Os três conjuntos de furos de precisão +0,015 mm são assegurados por alargamento de precisão.
• A precisão de posição é mais bem obtida usinando o furo controlado e o datum de referência no mesmo processo.
• A perpendicularidade de 0,02mm pode ser mantida usinando no mesmo processo do Datum A ou tomando o Datum A como referência.
• A planeza de 0,01 exige parâmetros de usinagem adequados. Por isso, esse acabamento deve ser executado mais adiante no processo, para minimizar a deformação.

Por fim, o produto também requer envelhecimento por precipitação para aliviar as tensões do material e garantir estabilidade dimensional a longo prazo. Como a peça não é grande e a taxa de remoção de material é inferior a 80%, um único tratamento térmico de precipitação antes da usinagem é suficiente.

Comparação de roteiros de processo para usinagem de peças poliédricas de alumínio

A comparação dos dois roteiros de processo na imagem a seguir mostra que a solução em 3 eixos exige cinco etapas de processo, cada uma com um dispositivo de fixação dedicado. Já a usinagem 3+2 eixos, complementada por uma máquina de 3 eixos para remover o material residual na região de junção, exige apenas duas etapas e menos dispositivos.

Para lotes pequenos, de 50 a 1000 peças, a segunda solução de usinagem traz uma vantagem significativa de tempo de ciclo. Ao mesmo tempo, garante melhor as dimensões críticas por concluí-las dentro da mesma etapa de processo.

Combinação de usinagem 3+2 eixos com uma etapa única em 3 eixos

Em contrapartida, a vantagem da solução em 3 eixos está na possibilidade de replicar várias peças por etapa, o que eleva a utilização da máquina durante a usinagem. Já a máquina 3+2 eixos normalmente processa uma peça por vez, reduzindo a utilização por conta da carga e descarga frequentes das peças. Além disso, precisamos usar sondas de medição da máquina-ferramenta para compensar os erros de posicionamento nas trocas de setup.

Ao longo do processo de usinagem, é preciso levar tudo isso em conta. Ao final, optamos por combinar a usinagem 3+2 eixos com uma etapa única em 3 eixos para produzir as peças poliédricas — a solução mais eficiente para este caso.

Destaques do projeto do dispositivo de fixação

Como mencionamos acima, o roteiro em 5 eixos normalmente processa uma peça por vez. No entanto, com uma análise e um projeto cuidadosos, conseguimos usinar 2 peças em um único setup. Combinado a bases de troca rápida com ponto zero, como mostra a Figura 3, duas peças podem ser usinadas simultaneamente. Chamamos essas bases de A/B: a base A é usinada dentro da máquina enquanto a base B é preparada e fixada fora dela. Isso reduz o problema da subutilização do tempo de usinagem em máquinas de 5 eixos.

Conclusão

Este artigo comparou dois roteiros de processo para usinar uma peça poliédrica de alumínio. Durante a usinagem CNC, é preciso considerar tanto a quantidade do pedido quanto os requisitos dimensionais. No fim, a solução combinada 3+2 eixos com 3 eixos foi a escolhida, e a Sendot Technology entregou o pedido com qualidade e eficiência. Se você tem alguma necessidade de usinagem para o seu projeto, fale com a Sendot Technology e conte com nossos serviços profissionais de usinagem CNC sob medida.