Usinagem e Gestão de Produção em um Projeto de Peça de Precisão

Com o avanço da tecnologia, a capacidade de usinagem de precisão dos processos CNC evoluiu, atendendo com exatidão à demanda por componentes de alta precisão nos setores aeroespacial, de dispositivos médicos e de equipamentos industriais.

Neste artigo, a Sendot Technology compartilha sua experiência em usinagem de componentes de alta precisão por meio da descrição detalhada de todo o processo — tecnologia, equipamentos, ajuste e medição — com base em um caso de produção já concluído.

Contexto do Produto

O produto deste caso é um componente de precisão para equipamentos industriais, com quantidade de pedido de 1.000 peças. Suas dimensões são de aproximadamente 66×38×40mm, em material AL2024, com exigência de tratamento superficial de oxidação negra.

Este produto apresenta as características típicas de componentes pequenos de precisão: dimensional estrutural completo e desenhos claros. Há um entendimento nítido das tolerâncias dimensionais entre as estruturas críticas e as gerais.

Requisitos de Referência (Datum) e Tolerância 

Referência (Datum)

A referência A é o eixo dos furos concêntricos de diâmetros  ∅13 e ∅11, com exigência de perpendicularidade de 0,02 em relação à referência B (plano). A referência C é o eixo do furo ∅5, que também exige perpendicularidade de 0,02 em relação à referência B.

Tolerâncias Dimensionais

• ∅13+0.018/0;
• ∅11+0.018/0;
• ∅5+0.012/0;
• ∅5+0.03/0.

Tolerâncias Geométricas

• A concentricidade entre ∅13 e ∅11 é de 0,01;
• O batimento da superfície inferior do ∅13 (superfície em vermelho) em relação ao cilindro ∅13 é de 0,01;
• A simetria do rasgo passante ∅5 em relação ao centro do círculo ∅5 é de 0,02.

Análise dos Desafios de Usinagem de Peças de Precisão

• As referências A, B e C estão distribuídas em três direções normais diferentes, com exigências mútuas de tolerância geométrica.
• As cotas críticas estão distribuídas em duas direções normais, envolvendo tolerâncias dimensionais e geométricas. Isso eleva a dificuldade de usinagem em comparação com componentes de precisão que têm apenas um conjunto de cotas críticas em uma única direção normal.
• Os três furos de precisão (∅5, ∅11, ∅13) têm tolerâncias de grau H7, sendo a do ∅5 de +0,012, o que exige controlar a tolerância dentro de 8 μm durante a usinagem. Isso representa um grande desafio para o fresamento convencional.
• As tolerâncias de ∅11 e ∅13 são de +0,018, o que, isoladamente, não é excessivamente difícil. A precisão pode ser obtida com fresa no acabamento. No entanto, ao incluir no controle a circularidade, o batimento e o paralelismo — tolerâncias geométricas —, o fresamento de acabamento passa a ser um grande desafio.

Comparação e Definição das Alternativas de Roteiro de Processo

1. Fresamento em 3 Eixos com Ferramentas Convencionais

• Vantagens: toda a estrutura da peça pode ser usinada, com custos menores e operação mais simples.
• Desvantagens: é um desafio garantir de forma contínua e estável as tolerâncias geométricas e de diâmetro dos furos.

2. Desbaste em 3 Eixos, Fresamento em 5 Eixos e Ferramentas Especiais

Vantagens do Desbaste em 3 Eixos

• Reduz a carga de trabalho e o custo do fresamento em 5 eixos, liberando antecipadamente as tensões do desbaste.
• Diminui a espessura de fixação na usinagem em 5 eixos, encurta o balanço da ferramenta e aumenta sua rigidez.

Vantagens do Fresamento em 5 Eixos

• O fresamento é feito em uma mesma operação, reduzindo o número de etapas.
• Garante a precisão geométrica entre as diferentes direções normais.

Vantagens das Ferramentas Especiais

• Uma ferramenta de acabamento dedicada é destinada a cada cota de precisão;
• Uma fresa de acabamento ∅4 é usada no rasgo passante ∅5,0+0,03, com estabilidade de tolerância de aproximadamente 0,015mm.
• Um alargador dedicado é previsto para o furo ∅5+0,012 por conta de seu pequeno diâmetro, que não permite mandrilamento convencional, com estabilidade de tolerância de aproximadamente 4 μm.
• Ferramentas especiais de mandrilar são usadas nos furos de precisão ∅11 e ∅13, atingindo estabilidade de tolerância de 1,5 μm.

Após otimização contínua e amplas discussões do departamento de Engenharia da Sendot Technology, escolhemos Roteiro de Processo 2 como a solução de produção mais adequada.

Como Garantir o Melhor Resultado em Peças Usinadas de Precisão?

Seleção de Equipamentos

Definido um roteiro de processo coerente, a escolha da máquina adequada é decisiva. A Sendot Technology possui diversos centros de 5 eixos e, neste caso, optou-se pela máquina de 5 eixos simultâneos Beijing Jingdiao JDGR300, muito indicada para usinar componentes de precisão de pequenas dimensões como este. A máquina tem as seguintes características:

• Instalada em oficina com temperatura controlada e equipada com régua óptica de alta precisão. Garante de forma estável posicionamento axial e corte na faixa de micrômetros (μm).
• Mesa giratória tipo berço com eixos AC, precisão de posicionamento de 6″ e repetibilidade de posicionamento de 4″.
• Equipada com apalpador Renishaw para medição dentro da máquina antes de retirar a peça, assegurando que as cotas atendam aos padrões.

Verificação da Estabilidade do Tratamento Superficial

Processos bem definidos e equipamentos avançados são a base da usinagem de componentes de alta precisão. Contudo, alcançar alta precisão também exige fluxos de trabalho rigorosos e controle de qualidade científico.

Neste caso, as tolerâncias dimensionais dos três furos de precisão são +0,012 e +0,018mm (12μm e 18μm). Além disso, essas tolerâncias valem para a dimensão do produto acabado após a oxidação. Para garantir uma entrega precisa, é preciso considerar os seguintes fatores:

• O impacto da espessura da camada de óxido sobre as tolerâncias dimensionais.
• Erros de medição e variações nos valores medidos antes e depois da oxidação.

Por isso, durante o ajuste do processo, a Sendot Technology posicionou os diversos fatores no meio das tolerâncias correspondentes, após análise criteriosa. Além disso, foi feita a comparação dos dados de medição na CMM antes e depois da oxidação, para identificar as variáveis responsáveis pelas variações.

Equipamentos de Medição e Resultados

Utilizamos uma máquina de medição por coordenadas Zeiss para uma inspeção rigorosa:

• A peça de precisão acabada foi fixada na mesa de medição e todas as medições foram concluídas em uma única passagem, com apalpador rotativo automático.
• Um apalpador com extensão foi usado para medir a tolerância geométrica de concentricidade de 0,01 entre os furos ∅11 e ∅13 na mesma direção normal. Isso melhora a exatidão da medição em comparação com o método de medir girando o apalpador em 180°.

Conclusão

A capacidade de produção em lote de componentes de alta precisão exige não apenas equipamentos avançados de usinagem e medição, mas também um ambiente com temperatura controlada e uma equipe técnica experiente para dar suporte.

A Sendot Technology segue desenvolvendo um processo científico e completo de desenvolvimento de projetos, um sistema rigoroso de análise crítica de processo e a elaboração precisa da documentação de engenharia para garantir entregas de alta qualidade. Entre em contato e comece seu projeto hoje mesmo!