Como evitar empenamento e deformação em peças de carcaça grandes e de parede fina durante a usinagem CNC?

Peças de carcaça grandes e de parede fina empenam e se deformam com facilidade durante a usinagem. Neste artigo, apresentamos o caso de um dissipador de calor de grandes dimensões e parede fina para discutir os problemas do processo convencional de usinagem. Além disso, propomos um processo e uma solução de fixação otimizados. Vamos ao conteúdo!

O caso trata de uma peça de carcaça fabricada em AL6061-T6. Veja suas dimensões exatas.

Dimensão geral: 455*261,5*12,5mm
Espessura da parede de apoio: 2,5mm
Espessura das aletas do dissipador: 1,5mm
Espaçamento entre aletas: 4,5mm

Prática e desafios de diferentes roteiros de processo

Durante a usinagem CNC, essas estruturas de carcaça de parede fina costumam gerar uma série de problemas, como empenamento e deformação. Para superá-los, testamos várias alternativas de roteiro de processo. Ainda assim, cada uma apresenta questões específicas. Veja os detalhes.

Roteiro de processo 1

No processo 1, começamos usinando o lado inverso (lado interno) da peça e depois preenchemos as áreas vazadas com gesso. Em seguida, tomando o lado inverso como referência, fixamos a face de referência com cola e fita dupla face para usinar o lado frontal.

No entanto, esse método apresenta alguns problemas. Como a área vazada preenchida no lado inverso é grande, a cola e a fita dupla face não prendem a peça com segurança suficiente. Isso provoca empenamento no centro da peça e remoção excessiva de material durante o processo (o chamado sobrecorte). Além disso, a falta de estabilidade da peça também reduz a eficiência de usinagem e gera marcas de ferramenta ruins na superfície.

Roteiro de processo 2

No processo 2, alteramos a ordem de usinagem. Começamos pelo lado inferior (o lado por onde o calor é dissipado) e depois preenchemos a área vazada com gesso. Em seguida, tomando o lado frontal como referência, fixamos a face de referência com cola e fita dupla face para poder usinar o lado inverso.

Contudo, o problema desse processo é semelhante ao do roteiro 1, apenas deslocado para o lado inverso (lado interno). Novamente, quando o lado inverso tem uma grande área vazada preenchida, a cola e a fita dupla face não oferecem estabilidade suficiente à peça, resultando em empenamento.

Roteiro de processo 3

No processo 3, consideramos usar a sequência de usinagem do processo 1 ou do processo 2. Depois, na segunda fixação, empregamos uma placa de aperto que prende a peça pressionando seu perímetro.

No entanto, devido à grande área do produto, a placa de aperto só consegue cobrir a região do perímetro e não fixa integralmente a área central da peça.

Por um lado, isso faz com que a região central da peça continue apresentando empenamento e deformação, o que por sua vez gera sobrecorte nessa região. Por outro lado, esse método de usinagem deixa a peça de carcaça CNC de parede fina excessivamente frágil.

Roteiro de processo 4

No processo 4, usinamos primeiro o lado inverso (lado interno) e depois usamos uma placa de vácuo para prender o plano inverso já usinado e, assim, trabalhar o lado frontal.

Porém, no caso de uma peça de carcaça de parede fina, há estruturas côncavas e convexas no lado inverso que precisam ser evitadas ao aplicar a sucção a vácuo. Isso cria um novo problema: as áreas evitadas perdem força de sucção, especialmente nos quatro cantos ao longo do perímetro do maior perfil.

Como essas áreas sem sucção correspondem ao lado frontal (a superfície usinada nesse momento), pode ocorrer repique da ferramenta de corte, gerando marcas de vibração. Portanto, esse método pode impactar negativamente a qualidade da usinagem e o acabamento superficial.

Roteiro de processo e solução de fixação otimizados

Para resolver os problemas acima, propomos o seguinte processo otimizado e a respectiva solução de fixação.

Pré-usinagem dos furos passantes para parafusos

Primeiro, aprimoramos o roteiro de processo. Na nova solução, usinamos primeiro o lado inverso (lado interno) e pré-usinamos furos passantes para parafusos em algumas áreas que serão vazadas ao final. O objetivo é oferecer um método melhor de fixação e posicionamento nas etapas seguintes de usinagem.

Delimitação da área a ser usinada

Em seguida, usamos os planos já usinados no lado inverso (lado interno) como referência de usinagem. Ao mesmo tempo, prendemos a peça passando o parafuso pelo furo aberto na etapa anterior e travando-o na placa do dispositivo. Depois, delimitamos a região em que o parafuso está travado como a área a ser usinada.

Usinagem sequencial com placa de aperto

Durante a usinagem, processamos primeiro as regiões fora da área a ser usinada. Concluídas essas regiões, posicionamos a placa de aperto sobre a área já usinada (a placa precisa ser revestida com cola para não marcar a superfície usinada). Então removemos os parafusos utilizados na etapa 2 e seguimos usinando a área restante até concluir todo o produto.

Com esse processo e essa solução de fixação otimizados, conseguimos prender melhor a peça de carcaça CNC de parede fina e evitar problemas como empenamento, distorção e sobrecorte. Os parafusos montados permitem que a placa do dispositivo fique firmemente unida à peça, oferecendo posicionamento e apoio confiáveis. Além disso, o uso da placa de aperto sobre a área já usinada ajuda a manter a peça estável.

Análise aprofundada: como evitar empenamento e deformação?

Usinar com sucesso estruturas de carcaça grandes e de parede fina exige analisar os problemas específicos que surgem no processo. Vamos observar mais de perto como esses desafios podem ser efetivamente superados.

Pré-usinagem do lado interno

Na primeira etapa de usinagem (usinagem do lado interno), o material ainda é um bloco maciço, de alta rigidez. Por isso, a peça não sofre anomalias de usinagem como deformação e empenamento nessa fase. Isso garante estabilidade e precisão na usinagem da primeira fixação.

Uso do método de travamento e prensagem

Na segunda etapa (usinagem da região onde ficam as aletas do dissipador), utilizamos um método de fixação por travamento e prensagem. Isso assegura uma força de aperto elevada e distribuída de forma uniforme sobre o plano de referência de apoio. Esse tipo de fixação mantém o produto estável e sem empenamento ao longo de todo o processo.

Solução alternativa: sem estrutura vazada 

No entanto, às vezes nos deparamos com situações em que não é possível abrir um furo passante para parafuso por não haver estrutura vazada. Nesse caso, existe uma solução alternativa.

Podemos pré-projetar alguns pilares durante a usinagem do lado inverso e depois roscá-los. Na etapa seguinte de usinagem, passamos o parafuso pelo lado inverso do dispositivo e travamos a peça, para então usinar o segundo plano (o lado por onde o calor é dissipado). Dessa forma, concluímos a segunda etapa de usinagem em um único passe, sem precisar trocar a placa no meio do caminho. Por fim, acrescentamos uma terceira fixação e removemos os pilares de processo para finalizar.

Em resumo, otimizando o processo e a solução de fixação, é possível resolver com sucesso o problema de empenamento e deformação de peças de carcaça grandes e de parede fina durante a usinagem CNC. Isso não apenas garante qualidade e eficiência de usinagem, como também melhora a estabilidade e a qualidade superficial do produto.