A maquinagem CNC é conhecida por ser precisa e repetível, mas mesmo as máquinas mais avançadas nem sempre conseguem produzir peças totalmente idênticas. Existem sempre pequenas diferenças a um nível micro, causadas por factores como o desgaste da ferramenta, a expansão térmica, as vibrações da máquina e outros factores físicos. Estas pequenas diferenças podem parecer minúsculas, mas podem somar-se e afetar a forma como as peças se encaixam e funcionam, especialmente quando se juntam vários componentes.
Os fabricantes aplicam tolerâncias para gerir estas diferenças. As tolerâncias são basicamente limites de variação permitidos predefinidos numa dimensão física. Para a maquinagem CNC, uma tolerância geral típica é de +/- 0,005″ (0,127 mm), que é aproximadamente o mesmo que a largura de dois cabelos humanos. Mas para aplicações críticas, podem ser necessárias tolerâncias mais apertadas.
Tipos de tolerâncias na maquinagem CNC
Tolerâncias limite da maquinagem CNC
As tolerâncias de limite são expressas como um limite superior e inferior. Por exemplo, se a dimensão de uma peça é especificada como 12.000 mm / 12.500 mm, ela deve estar dentro deste intervalo. Este método é intuitivo e amplamente utilizado em desenhos de produção.
Tolerâncias unilaterais
As tolerâncias unilaterais permitem um desvio apenas numa direção. Por exemplo, considere um eixo com um diâmetro de 70 mm que deve ser inserido num furo. Uma tolerância adequada pode ser estabelecida como +0,00 / -0,05 mm, permitindo uma ligeira redução no diâmetro sem exceder o limite exigido. Este tipo de tolerância é mais fácil de inspecionar utilizando um calibrador fixo go/no-go.
Tolerâncias bilaterais da maquinagem CNC
As tolerâncias bilaterais permitem a variação em ambos os lados da dimensão nominal. Por exemplo, uma tolerância típica de 30,00 mm ±0,05 mm indica que a peça real pode medir entre 29,95 mm e 30,05 mm. Isto é comum em dimensões não críticas, onde o desvio simétrico é aceitável.
Considerações sobre o acabamento da superfície
O toleranciamento não se limita às dimensões; a rugosidade da superfície é igualmente crucial. Os acabamentos de superfície de maquinagem CNC padrão são 63 µin Ra para superfícies planas e perpendiculares e 125 µin Ra ou melhor para geometrias curvas. Para peças cosméticas, o jato de grânulos pode melhorar a qualidade visual. Quando são necessários acabamentos ainda mais suaves, estes devem ser claramente especificados na documentação do projeto.
Dimensionamento Geométrico e Tolerância (GD&T)
A GD&T é uma linguagem simbólica definida pela norma ASME Y14.5 que é utilizada para descrever as relações geométricas e a variação permitida entre as caraterísticas de uma peça. Proporciona maior controlo e clareza nos aspectos funcionais do que as simples dimensões lineares.
Posição verdadeira da maquinagem CNC
A posição real define a localização exacta de uma caraterística relativamente a pontos de referência. Por exemplo, as posições dos furos podem ser especificadas em relação aos pontos de referência A, B e C utilizando MMC (Maximum Material Condition) ou LMC (Least Material Condition).
Planicidade
A planeza é a medida de quanto uma superfície se pode desviar de um plano plano ideal. Esta é uma consideração crítica para superfícies de vedação ou interfaces de montagem.
Cilindricidade
Lsto controla o quão redonda e reta deve ser uma superfície cilíndrica. Garante que um orifício de 6,35 mm, por exemplo, não se torne elíptico.
Concentricidade
A concentricidade assegura que os eixos centrais de múltiplas caraterísticas, como um furo e um contra-furo, estão alinhados com precisão.
Perpendicularidade
Define o desvio admissível entre uma superfície e um eixo ou plano de referência. É utilizado para controlar a esquadria em montagens mecânicas críticas.
Considerações sobre o custo e a capacidade de fabrico
O custo oculto das tolerâncias apertadas
As tolerâncias mais apertadas podem melhorar o ajuste e a função, mas também resultam num aumento do custo e da complexidade do fabrico. O processo requer um maior investimento em termos de tempo, mão de obra qualificada e equipamento de inspeção especializado. Além disso, as taxas de rendimento podem ser afectadas, o que pode levar a um aumento dos custos globais de produção.
Seleção da tolerância correta
Os projectistas devem aplicar tolerâncias apertadas apenas onde for funcionalmente necessário, como em superfícies de contacto ou interfaces móveis. A especificação excessiva de tolerâncias em todas as caraterísticas pode conduzir a custos excessivos e a atrasos na produção.
Seleção do processo de fabrico
As capacidades dos diferentes processos CNC variam. Por exemplo, os tornos suíços podem atingir tolerâncias de ±0,001″ (0,025 mm) ou mais apertadas para peças torneadas. Nalguns casos, as caraterísticas de alta precisão podem exigir processos alternativos, como EDM, retificação ou perfuração, que não estão normalmente associados à fresagem ou ao torneamento padrão. A viabilidade de um determinado método de maquinação é frequentemente determinada pelo nível de precisão exigido.
Maquinagem CNC standard vs. de alta precisão
| Caraterística | Maquinação CNC standard | Maquinação CNC de alta precisão |
|---|---|---|
| Citações | Automatizado | Revisão manual (1 dia) |
| Prazo de execução | 3-5 dias | 7-10 dias |
| Tolerâncias | ±0,005″ típico | Até ±0,001″ ou menos |
| Acabamento da superfície | 63-125 µin Ra | Acabamentos personalizados disponíveis |
| Suporte GD&T | Limitada | GD&T completo com desenhos 2D |
| Equipamento | Moinhos/torres standard | EDM, retificação, perfuração |
| Controlo de qualidade | Básico | CMM, FAI, CoC, PPAP |
Controlo de qualidade e documentação
A maquinagem de alta precisão requer frequentemente uma garantia de qualidade adicional e documentação regulamentar. Estes podem incluir:
- Inspeção do primeiro artigo (FAI)
- Certificado de Conformidade (CoC)
- Processo de aprovação de peças de produção (PPAP)
- Certificação de materiais e números de lote térmico
- Relatórios CMM
Estes serviços são de particular importância nas indústrias aeroespacial, médica e automóvel, onde a rastreabilidade e a conformidade são críticas.
Recomendações para Designers
- Especificar tolerâncias apertadas apenas em caraterísticas que o exijam absolutamente.
- Considerar o impacto do acabamento da superfície na função e na estética da peça.
- Utilizar GD&T para peças complexas com múltiplas relações geométricas.
- Colabore com o seu parceiro CNC no início do processo de conceção para otimizar o custo e a funcionalidade.
- Em caso de dúvida, consultar um engenheiro de aplicações para otimização da tolerância.
Conclusão maquinagem CNC
A compreensão e aplicação adequadas das tolerâncias de maquinagem CNC são essenciais para alcançar um equilíbrio entre funcionalidade, capacidade de fabrico e custo. Desde tolerâncias bilaterais a GD&T e acabamentos de superfície, todos os pormenores são importantes. Com uma análise cuidadosa destes factores, os engenheiros podem assegurar a entrega de peças de elevado desempenho que satisfaçam os requisitos orçamentais e de prazos.
