Um eixo personalizado bem usinado é uma manifestação de um trabalho preciso de fabricação CNC (Controle Numérico Computadorizado). Apesar da forma cilíndrica aparentemente simples, os eixos estão entre os principais componentes de um mecanismo tão complexo como o trem de força automotivo – que é composto por um motor, uma transmissão, um eixo de transmissão, eixos e um diferencial; todos eles exigem eixos adequadamente projetados para transferir potência e torque às rodas. Em quase todos os veículos de combustão interna, o eixo motor também tem que suportar o peso de todo o veículo, ao mesmo tempo que atua como uma ponte entre o motor e os eixos. Quanto ao diferencial, seus eixos devem gerenciar a entrega de potência para permitir que algumas rodas girem em velocidades diferentes durante as curvas.
Considerando suas funções complexas, o planejamento meticuloso e a programação precisa são de extrema importância no processo de fabricação de eixos CNC. Cada etapa do fluxo de trabalho, desde o conceito inicial do projeto até o acabamento da superfície, exige uma atenção quase obsessiva aos detalhes.
Torneamento CNC é provavelmente o método mais comum para produzir eixos personalizados, mas também é possível usar processos alternativos, como retificação CNC ou EDM (usinagem por descarga elétrica) mais avançada. Independentemente do método, entretanto, o objetivo permanece o mesmo: fabricar eixos personalizados especialmente construídos de acordo com as especificações pré-determinadas da maneira mais eficiente. Cada método também segue mais ou menos o mesmo fluxo de trabalho básico.
O processo de fabricação de eixos CNC começa com a compreensão das especificações, aplicações pretendidas dos produtos, condições operacionais e requisitos para aprovação pela equipe de revisão interna ou por uma organização terceirizada independente (se necessário). Depois que um acordo é estabelecido por todas as partes envolvidas, a primeira etapa do fluxo de trabalho gira em torno do design e da programação.
O maquinista deve determinar a dimensão, incluindo comprimento e diâmetro, bem como o material escolhido. Como parte da etapa de projeto, uma equipe de engenharia registra e verifica as especificações. Caso o cliente não forneça desenho técnico, o fabricante deverá produzir um arquivo CAD (Computer-aided Design) dos eixos customizados a serem confeccionados. Dependendo dos requisitos do projeto, projetistas e engenheiros podem ter que trabalhar juntos para realizar testes simulados de resistência e análise de falhas em um computador.
Se tudo for verificado e aprovado, o próximo passo envolve a geração de caminhos de ferramentas para a máquina CNC utilizando o software CAM (Computer-aided Manufacturing). Os caminhos são essencialmente instruções legíveis por máquina que determinam como o CNC deve operar. Tais instruções são compostas de códigos geométricos para informar à máquina como se mover em um sistema de coordenadas cartesianas (eixos X, Y e Z) e podem incluir velocidade de rotação, ordem de movimentos, ponto inicial, taxa de avanço, ponto de parada, ângulo, espera. tempo, etc. Um maquinista carregará os códigos no controlador CNC.
Além de gerar caminhos de ferramentas, o fabricante também precisa configurar adequadamente a própria máquina. Poucas coisas são mais importantes do que preparar o tipo certo de máquina, por exemplo, torno ou fresadora, e ferramentas de corte. A peça de trabalho (o material a ser transformado em eixo) deve ser fixada firmemente nos acessórios apropriados. A menos que o fabricante use novas ferramentas de corte, o maquinista deve garantir que todas estejam tão afiadas quanto possível ou pelo menos afiadas o suficiente para moldar a peça de trabalho.
O torneamento CNC é a opção padrão para fabricação de eixos personalizados. Um maquinista ou um processo automatizado garante que a peça de trabalho esteja fixada na máquina. À medida que a peça gira em alta velocidade, as ferramentas de corte subtraem/removem uma determinada porção de material dela até que o formato desejado seja alcançado. Uma variedade de ferramentas de corte especializadas podem ser implementadas em sucessão e farão contato com a peça a partir de muitos pontos e ângulos diferentes.
A maior vantagem do torneamento CNC na fabricação de eixos é a alta eficiência e precisão ao trabalhar em componentes cilíndricos. E quase todo eixo personalizado é feito a partir de uma barra de metal já cilíndrica. Cortes de precisão sucessivos são naturalmente fáceis com o torneamento CNC, pois a máquina foi projetada para lidar com qualquer peça de formato cilíndrico. Com caminhos de ferramenta precisos e ferramentas de corte corretas, a máquina pode produzir pelo menos um eixo personalizado quase completo em uma única sessão. O monitoramento constante durante todo o processo de corte é necessário para garantir a qualidade.
Vários métodos de acabamento (para eixos personalizados) estão disponíveis, como anodização, passivação e jateamento. O principal objetivo do acabamento superficial é melhorar a aparência física, mas ao mesmo tempo melhora a funcionalidade, suavizando arestas e removendo qualquer resíduo de material do processo de corte. Além disso, o acabamento também envolve uma verificação final para garantir que o eixo fabricado está correto nas dimensões exigidas, até o menor milímetro.
O método preferido geralmente é o torneamento CNC, mas não é a única opção à disposição do fabricante. Na verdade, um eixo personalizado com design complexo é provavelmente produzido usando alguns processos diferentes para obter acabamento superficial de qualidade e tolerância restrita. Alguns dos métodos mais comuns de fabricação de eixos incluem:
Contanto que a peça de trabalho tenha formato cilíndrico, Torneamento CNC é a técnica de fabricação subtrativa ideal. Durante o processo, uma barra de peça sólida é presa aos mandris e girada em alta velocidade, enquanto ferramentas de corte especializadas removem com precisão materiais desnecessários. A rotação em alta velocidade garante que cada corte seja feito uniformemente em toda a circunferência da peça cilíndrica. O torneamento CNC é uma máquina eficiente para atingir o diâmetro especificado e acabamento liso de uma só vez. É a opção preferível também para produção de alto volume.
Se o torneamento CNC corta um volume considerável de material da peça de trabalho, a retificação CNC remove os materiais utilizando um disco abrasivo. Fora isso, os processos básicos em ambos os métodos são essencialmente os mesmos. Eles também são igualmente confiáveis em termos de qualidade, embora a retificação esteja um pouco atrasada no que diz respeito à velocidade de produção. Na maioria dos casos, a retificação CNC é usada para a tarefa de acabamento superficial de um eixo já usinado.
Alguns eixos são mais do que meras barras cilíndricas de metal, mas são equipados com furos e ranhuras para que possam ser encaixados em engrenagens e outros componentes rotativos. Perfuração cria ranhuras de profundidades e larguras variadas para acomodar também engrenagens de diferentes dimensões. Tanto o eixo usinado quanto as ferramentas de perfuração podem girar e se mover dependendo dos ângulos, formas e posição das ranhuras.
Quando um eixo usinado precisa ter rasgos de chaveta, estrias ou faces planas em determinadas posições, Fresamento CNC é a opção ideal para fabricar os recursos. As ferramentas de corte/fresamento giram em alta velocidade e removem materiais do eixo para produzir o formato desejado. Durante o processo, o eixo pode permanecer estacionário ou mover-se e inclinar-se ligeiramente para ajustar a posição.
Não há ferramentas de corte, perfuração e fresamento no EDM. Dentro do sistema, a peça de trabalho é fixada e fixada a um terminal positivo (ânodo), enquanto a ferramenta de “modelagem” é conectada a um cátodo. Quando eles são colocados próximos um do outro, a corrente elétrica produzida cria faíscas. O calor extremo gerado pelas faíscas pode derreter e evaporar os materiais da peça de trabalho. A EDM é mais frequentemente usada quando o eixo usinado requer pequenos cortes complexos.
Dependendo dos tipos e do uso pretendido, um eixo personalizado pode ser fabricado usando dois ou mais métodos de usinagem. A análise metalúrgica pode determinar quais métodos funcionam melhor para determinados materiais.
A ideia principal por trás da fabricação personalizada é produzir todos os diferentes tipos de eixos para uma variedade de finalidades específicas. Entre os tipos mais comuns e suas aplicações estão os seguintes.
Como o nome sugere, os eixos ocos são essencialmente tubos cilíndricos para permitir a passagem de ar, água, óleo, fios e outros componentes/objetos. Graças ao vazio no centro, são mais leves em comparação com os seus homólogos sólidos do mesmo diâmetro e comprimento. As aplicações típicas incluem dispositivos médicos, sistemas de transporte, sistemas de encanamento e bombas. Se fabricados com materiais de alta resistência, os eixos ocos podem ser usados para construir componentes para carros e aeronaves de alto desempenho para ajudar a reduzir o peso.
Uma característica distintiva dos eixos estriados é que eles apresentam ranhuras longitudinais ou cortes ao longo de seu comprimento. As ranhuras se ajustam à engrenagem, polia ou qualquer outro componente correspondente para formar uma conexão robusta e garantir uma transferência suave dos movimentos rotacionais. Tal montagem é observada em aplicações que requerem posicionamento preciso, como acoplamentos de engrenagens automotivas e transmissões.
Alguns eixos requerem roscas externas ou internas para formar uma conexão forte com outros componentes mecânicos, como parafusos ou cavilhas. Os eixos roscados são usados em aplicações que exigem fixação e desmontagem fáceis, porém seguras, de múltiplas peças.
Mais comumente vistos em sistemas de polias automotivas, cubos de rodas e engrenagens, os eixos cônicos apresentam redução gradual no diâmetro ao longo de seu comprimento. A diferença de diâmetro entre uma extremidade e outra garante uma montagem segura quando os pontos conectados de um mecanismo – interligados pelo eixo – são de tamanhos variados.
A ranhura em um eixo chaveado corresponde a uma chaveta (ou dente) de outros componentes, evitando que o eixo deslize para fora da posição ou gire de forma independente. Geralmente é encontrado em mecanismos com rodas dentadas, engrenagens e polias. Os eixos chavetados são frequentemente usados para aplicações nas quais é necessária a manutenção de uma conexão firme entre componentes em mecanismos de alto torque, por exemplo, bombas e motores.
O alumínio e o aço inoxidável são provavelmente os materiais mais comuns para a fabricação de eixos CNC, mas outros metais ou mesmo ligas também funcionam para determinados fins.
É um excelente material de escolha para eixos de precisão usados em aplicações pesadas. Graças à sua excelente propriedade de resistência à corrosão e à excepcional relação resistência-peso, os eixos de titânio são usados com mais frequência em carros de alto desempenho e nas indústrias aeroespaciais.
Indiscutivelmente o material mais utilizado para a fabricação de eixos CNC, o aço inoxidável é um metal totalmente confiável, com boa resistência à corrosão, durabilidade e resistência. O material vem em uma variedade de classes e qualidades projetadas para uma ampla gama de aplicações, desde processamento químico e dispositivos médicos até o setor automotivo e ambientes marinhos.
O aço carbono grau 1045 é um material exemplar; macio o suficiente para uma usinagem eficiente, mas pode resistir ao tratamento térmico para aumentar a dureza. O aço carbono pode não ser tão resistente à corrosão quanto o aço inoxidável, mas ainda é um material excepcional para eixos de motores ou eixos de bombas.
Um metal leve e resistente à corrosão, o alumínio é relativamente macio e, portanto, altamente usinável. É o material de eixo ideal quando a redução de peso é crucial para as aplicações pretendidas.
Em primeiro lugar, o aço-liga e a liga de aço são duas coisas diferentes. A composição da liga de aço possui cerca de 5% de elementos de liga que podem incluir cromo, níquel, tungstênio, vanádio e manganês. Se a resistência à corrosão e a usinabilidade são indispensáveis, poucos materiais são melhores que o aço-liga 4340 ou 4140.
Com excepcional resistência à corrosão e notável resistência, a liga de níquel é o material adequado para eixos de precisão a serem utilizados em aplicações de alta temperatura e turbinas de serviço pesado.
Material | Durabilidade | Força | Peso | Resistência à corrosão |
Titânio | Excepcional | Muito alto | Moderado | Alto |
Aço inoxidável | Excelente | Alto | Pesado | Muito alto |
Aço carbono | Muito bom | Alto | Pesado | Moderado |
Alumínio | Bom | Moderado | Luz | Alto |
Liga de aço | Excepcional | Muito alto | Pesado | Alto |
Ligas de Níquel | Excelente | Muito alto | Pesado | Alto |
O desempenho final do eixo é muito afetado por pelo menos três fatores diferentes, incluindo peso, resistência à corrosão e resistência à tração. A dureza também desempenha um fator importante, mas a maioria dos metais geralmente é dura o suficiente para todas as aplicações, embora alguns sejam mais maleáveis/usináveis do que outros. Embora o titânio e o aço carbono sejam superiores ao alumínio e ao aço inoxidável em termos de redução de peso e resistência/durabilidade, eles também são mais caros.
A fabricação de eixos CNC envolve uma série de processos detalhados, desde o conceito inicial do projeto até o acabamento superficial e controle de qualidade. Portanto, é melhor ter um bom entendimento dos requisitos do projeto, das condições de trabalho e das aplicações pretendidas do eixo acabado em primeiro lugar, porque eles afetarão, em última análise, a escolha do material, o método de usinagem e a qualidade geral do produto acabado. Tenha em mente que cada material tem seus pontos fortes e fracos, assim como cada método de usinagem. Como tal, a regra geral é obter um bom equilíbrio entre qualidade e orçamento.
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