Deformação de processamento de alumínio CNC "grande batalha" - habilidades práticas para ajudá-lo a processar com precisão

No processo de usinagem CNC de alumínio, a deformação acidental é um problema comum e complexo. A deformação não só afeta a precisão dimensional e a qualidade estética dos produtos de alumínio, como também pode levar à não conformidade com os requisitos do projeto, ou mesmo ao descarte do produto. Isso acarreta enormes prejuízos econômicos para as empresas produtoras, além de afetar a eficiência da produção e a competitividade dos produtos no mercado.

Por exemplo, na fabricação de alguns instrumentos de precisão e produtos eletrônicos, a precisão dimensional dos componentes de alumínio é muito alta. Se ocorrer uma deformação inesperada durante o processamento, isso pode impedir a montagem correta das peças, afetando o desempenho e a confiabilidade de todo o produto. Além disso, a deformação também pode causar irregularidades, distorções e outros problemas na superfície dos produtos de alumínio, reduzindo a qualidade estética do produto e afetando a disposição do consumidor em comprá-lo.

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tensão residual em branco

A tensão residual na chapa é formada principalmente pela superposição das tensões causadas pela deformação não uniforme durante o processo de têmpera e extrusão dos perfis. Durante a têmpera, a liga de alumínio gera uma grande tensão residual térmica e uma tensão estrutural. Simultaneamente, no processo de extrusão, devido à distribuição desigual de tensões em cada parte, também são geradas tensões residuais. Essas tensões se sobrepõem, formando a tensão residual na chapa.

A tensão residual da peça bruta tem grande influência na usinagem. Devido à tensão interna da peça bruta, durante o processo de usinagem, quando o material é removido pelo corte, a tensão se redistribui, resultando na deformação da peça. Essa deformação pode afetar a precisão dimensional e a qualidade da superfície das peças, podendo inclusive torná-las inadequadas para atender aos requisitos do projeto.

Processando o estresse

Os principais motivos para o estresse de processamento são os seguintes:

1. Assimetria no processo de corte: A assimetria no processo de corte leva a uma força de corte desigual, resultando na deformação da peça. Por exemplo, quando a sobremedida de corte é grande, a taxa de remoção de material é alta e há uma grande tensão residual. Além disso, o intervalo de usinagem é curto, de modo que a tensão residual não é liberada, ficando desequilibrada no perfil geral e causando, então, a deformação da peça.
2. Baixa rigidez da peça: a baixa rigidez da peça causa forças de corte e fixação desiguais, resultando em deformação. Para algumas peças com paredes finas e baixa rigidez, como componentes de alumínio com paredes finas, a deformação é mais provável de ocorrer durante o processo de corte.
3. Sequência de processamento diferente: uma sequência de processamento diferente fará com que a tensão residual seja liberada de forma assimétrica, resultando em deformação da peça. Por exemplo, usinar uma parte primeiro e depois outra pode levar a uma distribuição desigual de tensão, o que, por sua vez, causa deformação.

Otimização de ferramentas

Na usinagem CNC de alumínio, a deformação das peças pode ser reduzida de forma eficaz selecionando os parâmetros corretos da ferramenta e controlando seu desgaste. Especificamente, isso pode ser otimizado nos seguintes aspectos:

1. Ângulo da Espiral: O ângulo da espiral deve ser o maior possível, o que pode melhorar a estabilidade da fresagem e reduzir a força de fresagem. Por exemplo, em um processo de usinagem real, um ângulo de espiral maior pode tornar o corte mais estável e reduzir a deformação das peças causada por força de corte excessiva.
2. Ângulo frontal: A configuração adequada do ângulo frontal permite manter a resistência da lâmina, reduzir o desgaste da aresta de corte, garantir a remoção suave dos cavacos e, consequentemente, diminuir a força de corte. Geralmente, não é recomendável o uso de ferramentas com ângulo frontal negativo, pois isso aumenta a força de corte e o risco de deformação da peça.
3. Ângulo de Recuo: O tamanho do ângulo de recuo tem um impacto importante na qualidade da usinagem e no desgaste da superfície da ferramenta. Em fresamento de desbaste, o ângulo de recuo deve ser menor, pois a velocidade de corte é alta, a carga de corte é pesada e são necessárias melhores condições de dissipação de calor da ferramenta. Para fresamento de precisão, o ângulo de recuo deve ser maior para tornar a aresta afiada, reduzir o atrito entre a ferramenta e a superfície usinada e minimizar a deformação elástica.
4. Ângulo de deflexão: Reduzir o ângulo de deflexão pode melhorar a dissipação de calor e reduzir a temperatura média de processamento. Um ângulo de deflexão adequado pode melhorar a distribuição de calor durante o processamento e reduzir a deformação das peças causada pelo acúmulo de calor.
5. Controle do desgaste da ferramenta: Com o desgaste da ferramenta, a rugosidade da superfície da peça aumenta, o que leva ao aumento da temperatura da peça e, consequentemente, à deformação da mesma. Portanto, devem ser utilizadas ferramentas com boa resistência ao desgaste, e o grau de desgaste da ferramenta não deve exceder 0,2 mm para evitar a formação de nódulos. Ao mesmo tempo, antes de utilizar uma ferramenta nova, as rebarbas e serrilhas dos dentes da ferramenta podem ser afiadas suavemente com uma pedra de afiar fina, de modo que a rugosidade da aresta de corte da ferramenta atinja Ra = 0,4 μm, minimizando a possibilidade de deformação durante o corte.

Métodos de processamento adequados

Para reduzir o risco de deformação da peça, podem ser utilizadas as seguintes técnicas de processamento:

1. Processamento simétrico: o processamento simétrico dissipa o calor de forma eficaz durante o processamento CNC de ligas de alumínio, evitando o acúmulo excessivo de calor nas peças e, consequentemente, reduzindo a probabilidade de deformação térmica. Para peças com grandes tolerâncias de usinagem, o processamento simétrico proporciona melhores condições de dissipação de calor durante o processo, evitando a concentração térmica. Por exemplo, uma placa de 90 mm de espessura precisa ser usinada para 60 mm. Se for utilizado o processamento simétrico com alimentação repetida, usinando cada lado duas vezes até atingir a dimensão final, garante-se uma planicidade com maior precisão. Comparado ao processamento único até a dimensão final, a deformação é significativamente reduzida.
2. Processamento por camadas: para peças com múltiplas cavidades, devido à força desigual aplicada à chapa, que pode facilmente causar deformações, o processamento por camadas é uma excelente opção. As peças são inicialmente divididas em várias camadas e, em seguida, processadas camada por camada até atingirem o tamanho desejado. Dessa forma, a força aplicada no processo de usinagem CNC da liga de alumínio torna-se mais uniforme, reduzindo o risco de deformação em comparação com o processamento direto da peça.
3. Pré-furação e fresagem: Peças com cavidades podem apresentar problemas na etapa de fresagem, como cavacos irregulares, geração de calor que leva à deformação por expansão do componente ou fratura da ferramenta. Esses problemas podem ser resolvidos com a pré-furação seguida da fresagem. Os furos devem ser feitos com uma ferramenta ligeiramente maior que a fresa para criar espaço para o material a ser cortado, garantindo que os cavacos sejam removidos uniformemente da peça bruta de alumínio. Por fim, realiza-se a fresagem.
4. Utilize diferentes métodos de fresagem: a usinagem CNC de ligas de alumínio possui dois métodos principais: desbaste e acabamento. O desbaste corta as peças brutas no menor tempo possível e com a maior velocidade de corte, priorizando a taxa de remoção de material e a eficiência do processo. Já o acabamento exige usinagem mais precisa e qualidade superficial, com ênfase na qualidade da fresagem. A operação adequada desses dois métodos pode alterar significativamente a taxa de deformação das peças.

parâmetros de corte razoáveis

A escolha dos parâmetros de corte corretos pode reduzir a força e o calor gerados pelo corte, evitando a deformação das peças devido ao excesso de força e calor. Dentre os três elementos dos parâmetros de corte, a quantidade de sobremedida da ferramenta tem grande influência na força de corte. Quando a sobremedida é muito grande, a força de corte da ferramenta também é excessiva, o que não só deforma as peças, como também afeta a rigidez do eixo da máquina-ferramenta e reduz a durabilidade da ferramenta. Portanto, o método de fresamento de alta velocidade pode ser utilizado para reduzir a quantidade de sobremedida da ferramenta, ao mesmo tempo que aumenta a taxa de avanço e a velocidade da máquina, reduzindo assim a força de corte e garantindo a eficiência do processo. Por exemplo, a velocidade de corte pode ser controlada entre 250 e 300 m/min, a taxa de avanço entre 300 e 400 mm/min, a sobremedida de desbaste (ap) de 0,5 mm e a sobremedida de acabamento (ap) de 0,1 a 0,2 mm.

O método de fixação é adequado.

Ao usinar peças de alumínio de paredes finas, um método de fixação inadequado pode facilmente causar deformação da parede. Para reduzir esse risco, a peça prensada pode ser afrouxada antes da conclusão da usinagem final, liberando a pressão e permitindo que a peça retorne à sua forma original. Em seguida, a pressão deve ser reaplicada. A segunda pressão aplicada deve atuar sobre a superfície de apoio, na direção de maior rigidez, e a força deve ser suficiente para manter a estabilidade da peça durante o processamento. Para buchas de eixo de paredes finas, o método de fixação radial por furo interno pode ser utilizado para localizar a rosca interna da peça, criar um munhão roscado para o eixo, inserir a rosca interna da peça, pressionar o furo interno com a placa de cobertura e, em seguida, apertá-lo com a porca para evitar deformação por fixação durante a usinagem da circunferência externa. Para peças de chapa de parede fina, pode-se utilizar uma ventosa a vácuo para obter uma adsorção uniforme da força de fixação, processando com uma pequena quantidade de corte, ou pode-se utilizar o método de preenchimento, injetando ureia fundida contendo 3% a 6% de nitrato de potássio na peça para melhorar a rigidez do processamento, e a peça é imersa em água ou álcool após o processamento para dissolver o material de preenchimento.

No processo de usinagem CNC de alumínio, a deformação acidental é um problema que exige muita atenção. Analisando as causas da deformação e tomando as medidas preventivas adequadas, é possível evitar eficazmente a deformação acidental no processamento de alumínio.

Primeiramente, a tensão residual da peça bruta e a tensão de processamento são as principais causas de deformação no processamento do alumínio. A tensão residual da peça bruta é formada principalmente pela superposição das tensões causadas pela deformação não uniforme durante o resfriamento e a extrusão. A tensão de usinagem pode ser causada por fatores como corte assimétrico, baixa rigidez da peça e diferentes sequências de usinagem. Compreender essas causas nos ajudará a tomar medidas preventivas direcionadas.

Em segundo lugar, o risco de deformação do alumínio pode ser efetivamente reduzido por meio da otimização da ferramenta, métodos de processamento adequados, parâmetros de corte razoáveis ​​e métodos de fixação apropriados. Em termos de otimização da ferramenta, a escolha correta do ângulo espiral, ângulo frontal, ângulo traseiro e ângulo de deflexão, bem como o controle do desgaste da ferramenta, podem reduzir a força de corte e o calor gerado durante o processamento, diminuindo a deformação da peça. Em termos de métodos de processamento, o processamento simétrico, o processamento em camadas, a pré-furação e fresagem, e o uso de diferentes métodos de fresagem e outras técnicas podem tornar o processamento mais estável e reduzir a ocorrência de deformações. A seleção adequada dos parâmetros de corte reduz a força de corte e o calor gerado durante o processamento, evitando deformações da peça devido à força de corte excessiva e ao calor. Em termos de métodos de fixação, para peças de alumínio de paredes finas, o risco de deformação da parede pode ser reduzido com a adoção de métodos de fixação apropriados.

Em resumo, evitar deformações acidentais no processamento CNC de alumínio tem importante valor prático para melhorar a qualidade do produto, reduzir os custos de produção e aumentar a competitividade da empresa. Na produção real, devemos utilizar esses métodos de forma abrangente, de acordo com a situação específica, e explorar e inovar constantemente para garantir a estabilidade e a confiabilidade do processamento de alumínio.