Usinagem CNC multieixos: o guia para seleção de materiais para peças complexas e sensíveis ao custo

A usinagem CNC multieixos é a chave para resolver esse dilema: quando a complexidade geométrica das peças encontra um controle orçamentário rigoroso, os processos de fabricação tradicionais muitas vezes se encontram em um dilema: sacrificar a integridade do projeto ou arcar com custos elevados.

A usinagem CNC multieixos não é apenas um meio de processar formas complexas, mas também pode ser uma estratégia para otimizar um custo específico. Mas como você pode se tornar um mestre nesta tecnologia e torná-la uma fonte de valor para o seu projeto?

Este artigo explorará como a usinagem multieixos ajuda a reduzir o custo total da inovação de processos, como a tecnologia supera materiais difíceis de cortar e exporá como superar restrições geográficas ao selecionar o parceiro de negócios global certo para garantir um parceiro de negócios confiável como a JS Precision , que fornecerá a melhor colaboração global em tecnologia e engenharia.

Figura 1:O processo de trabalho da usinagem CNC de cinco eixos

Resumo das principais respostas

Principais vantagens

A usinagem multieixos é conhecida como "otimizador de custos", em que o processo reduz os custos incorridos durante a fabricação das peças devido à minimização do processo de configuração e das tarefas relacionadas à configuração.

A precisão vem da engenharia de sistemas: atingir a precisão de ±0,01mm nas tolerâncias de usinagem em 5 eixos envolve a integração ideal de máquinas-ferramentas e ferramentas de corte, temperatura, estratégias de processamento e propriedades do material.

A seleção de materiais define o teto do processo: Para usinar materiais difíceis de cortar ou para usinar um material composto, uma abordagem personalizada para usinagem de múltiplos eixos deve ser usada; valores genéricos não funcionarão.

Provedores de serviços confiáveis estão envolvidos em "soluções": Os serviços premium de usinagem CNC de 5 eixos devem estar ativamente envolvidos na otimização do projeto, tendo em mente o custo, a qualidade e o tempo esperados.

A China é agora líder mundial na fabricação de precisão: os fornecedores de componentes da China, exemplificados pela JS Precision, estão no mesmo nível dos da Europa e da América e são, na verdade, mais econômicos.

Experiência de precisão JS: usinagem CNC multieixos de peças complexas

Com mais de 15 anos de experiência na indústria de usinagem CNC multieixos, a JS Precision possui expertise baseada em quatro setores principais: Aeroespacial, Dispositivos Médicos, Construção Naval e Equipamentos de Alta Tecnologia.

Processamos suportes ópticos com diâmetros de 1,2 metros para empresas de satélites europeias, implantes produzidos em massa de liga de titânio para empresas médicas americanas e também processamos peças de hélices, com mais de 5 toneladas, para conglomerados marítimos asiáticos, totalizando mais de 100.000 peças complexas, com tolerâncias mantidas em ±0,005 mm - ±0,02 mm.

No processamento de materiais, avançamos em soluções especiais para cortar 12 materiais difíceis de cortar e 8 tipos de compósitos. Temos uma experiência média de equipe de engenharia de mais de 8 anos e conseguimos diminuir a taxa de refugo na usinagem complexa de superfícies curvas de ligas de titânio de 18% para 0,5% para clientes aeroespaciais.

Conforme enfatizado na ASME Y14.5-2018 (Padrão de Tolerância Geométrica e Rotulagem Dimensional), "o núcleo da fabricação de precisão é a adaptação coordenada de processos e materiais", o que é altamente consistente com nossa experiência prática.

Este guia prático é o resultado da experiência acumulada em milhares de projetos, com todos os pontos apoiados por exemplos da vida real. Se você está lutando com a seleção de materiais e soluções de processamento para peças complexas, este guia com sua experiência em usinagem CNC de 5 eixos pode ser extremamente útil.

Deseja obter um plano de processo de máquina personalizado da JS Precision para seu componente? Basta nos fornecer o material para seus requisitos estruturais e de componentes e nós lhe forneceremos nosso relatório técnico sobre seu componente em 24 horas.

Como a usinagem CNC multieixos pode realmente reduzir seus gastos totais?

Na verdade, muitas empresas estão equivocadas ao pensar que a usinagem CNC multieixos é mais cara, enquanto no caso de componentes complicados, seu benefício essencial de "realizar toda a usinagem dentro de uma configuração" será capaz de reduzir sistematicamente o custo total de propriedade de diferentes facetas.

É essencial observar que o principal fator pelo qual a usinagem CNC de 5 eixos é considerada uma técnica de otimização de custos é que ela resolve os problemas da usinagem convencional: "processos complicados, erros acumulados e baixa eficiência".

Remoção de erros cumulativos: configuração única aumenta o rendimento e reduz o custo de inspeção

A usinagem tradicional de três eixos precisa de 4 a 8 configurações, e cada mudança de referência causa um erro de 0,02 a 0,05 mm, envolvendo assim uma taxa de refugo de até 10% a 20% e custos extras de inspeção.

A usinagem CNC multieixos incorpora todas as superfícies de usinagem em uma configuração sem erro de referência, melhorando assim a precisão posicional em mais de 30% e mantendo a taxa de sucata abaixo de 1% e diminuindo a carga de inspeção em 80%.

Subtração de acessórios e processos: "Acessórios de fabricação" para "Fabricação direta"

A usinagem convencional envolve o uso de acessórios personalizados para cada processo, custando milhares de dólares e ocupando 30% do tempo total do ciclo.

Para o processo de usinagem CNC de 5 eixos, pode ser adotado o uso de ferramental universal ou colocação direta de material. Em um histórico de casos de coletores automotivos, os conjuntos de ferramentas universais eliminaram o uso de seis conjuntos de acessórios, resultando em uma economia de 85% no custo dos acessórios.

O efeito multiplicador da compressão do tempo: uma revolução na eficiência da usinagem de superfícies complexas

No processamento de peças de superfície complexas, como impulsores e lâminas, o processo de usinagem na usinagem de três eixos tradicional envolve várias operações de posicionamento, tornando-a ineficiente.

A função combinada de cinco eixos na usinagem CNC de vários eixos permite o processamento contínuo. Foram necessárias apenas 12 horas para processar um impulsor de motor de aeronave com diâmetro de 300 mm, reduzindo o tempo de usinagem de 45 horas, aumentando assim a eficiência da usinagem em 73%.

Quais são as etapas críticas na criação de soluções personalizadas de usinagem multieixos?

Um resultado ideal da usinagem CNC multieixos não é apenas girar a chave e "usinar", mas também envolve um esforço organizado e cooperativo desde o projeto até a conclusão. O principal benefício das soluções personalizadas de usinagem multieixos é "reduzir proativamente o risco e alocar recursos" e, no caso de um engenheiro, envolve envolvimento imediato.

Etapa um: DFM aprofundado e análise de capacidade de fabricação

Os engenheiros começam verificando a impressão 3D e analisando áreas como saliência, interferência, espessura da parede e processamento de filetes. Por exemplo, otimize áreas como quando uma parede é muito fina, de 1,2 mm a 2,0 mm para evitar deformações, e quando cantos em ângulo reto são convertidos de ângulos retos em cantos R3, entre outros.

Etapa dois: planejamento de processos e simulação de "gêmeo digital"

Com o uso de software CAM altamente desenvolvido como o Mastercam, há planejamento do processo, criação do ‘gêmeo digital’, importação de modelos 3D de máquinas-ferramentas, ferramentas de corte e da peça, além de planejamento do caminho da ferramenta, detecção de colisão e estimativa de tempo de usinagem, o que elimina antecipadamente 99% dos riscos associados à usinagem.

Etapa Três: Desenvolvimento de Estratégia de Ferramentas e Acessórios Personalizados

No caso de estruturas especiais e peças de alta precisão, acessórios não padronizados são empregados para fornecer rigidez ao mecanismo de fixação, ferramentas de usinagem especiais são personalizadas para a usinagem de peças difíceis de usinar materiais.

Por exemplo, a fresa de topo com aresta estendida para usinagem de ligas de titânio na usinagem de cavidades profundas e ferramentas de usinagem com revestimento de diamante para usinagem de materiais compósitos.

Figura 2: Aplicar o princípio da capacidade de fabricação na usinagem CNC o mais cedo possível pode ajudar a simplificar o processo de produção e reduzir custos.

Como a usinagem multieixos supera materiais difíceis de cortar?

Alguns materiais difíceis de cortar, como ligas de titânio, ligas de Inconel e ligas de alta temperatura, são preferencialmente usados em usinagem de alta qualidade devido à sua alta resistência, alta tenacidade e resistência a altas temperaturas, mas são muito difíceis de usinar.

A usinagem multieixos, com suas distintas vantagens de processo, se identificou como uma das principais tecnologias e, aqui, novamente, desenvolver uma estratégia de processo baseada no material é muito importante.

Ângulo de corte constante e ideal: a solução para prolongar a vida útil da ferramenta de corte

A tecnologia de articulação de cinco eixos permite a correção dinâmica do posicionamento da peça e da ferramenta, com sua borda lateral fixada no melhor ângulo de corte de 15°-30° para evitar desgaste concentrado. A vida útil da ferramenta também aumentou de 30 para 120 minutos durante o processo de corte de ligas de titânio.

Contramedidas para evacuação de cavacos e remoção de calor: prevenção de danos aos cavacos, prevenção de deformação

Apoiando-se na flexibilidade das máquinas CNC multieixos para alterar a posição das peças de trabalho, no planejamento ideal do caminho de remoção de cavacos e combinando o sistema de resfriamento interno que pressiona 300 bar, a temperatura de corte é mantida abaixo de 200 ℃ para evitar deformação e queima das peças de trabalho.

Fresamento trocoidal e de baixa velocidade, alto avanço: estratégias de usinagem para materiais de alta dureza

No caso de aço endurecido e metal duro com HRC55 ou mais, baixa velocidade de corte com alto avanço é usada para reduzir a força de corte, enquanto o uso de fresamento trocoidal ajuda a remover a carga de calor uniformemente para obter um corte constante.

Tem materiais difíceis de usinar? Deixe a JS Precision conhecer os detalhes do seu material e da peça, e nós criaremos um processo de usinagem multieixos personalizado para você, com um guia para as ferramentas de corte recomendadas para ajudá-lo a usinar de maneira eficaz e confiável seus materiais difíceis.

Como os materiais compostos estão remodelando o cenário dos materiais CNC multieixos?

Devido à crescente demanda por materiais leves e de alta resistência na fabricação de alta precisão, polímeros reforçados com fibra de carbono e polímeros reforçados com fibra de vidro surgiram como constituintes principais de materiais CNC multieixos.

Esses materiais possuem comportamento anisotrópico distinto em comparação aos metais convencionais. Portanto, eles exigem condições de usinagem únicas. A usinagem multieixos é considerada a melhor opção aqui devido à sua adaptabilidade.

Desafios: risco de anisotropia e delaminação

Devido à alta anisotropia e à baixa resistência à delaminação, o processamento do material compósito deve ser projetado adequadamente: fresamento na orientação da fibra, processamento das bordas antes do centro, avanço apropriado de 0,05-0,1 mm por dente e manutenção da delaminação em 1% ou menos.Isso é altamente consistente com os requisitos para controle de danos entre camadas em ASTM D3518.

Ferramentas especializadas e processo de usinagem "sem rebarbas"

Com ferramentas revestidas de diamante, fresas de topo em espiral de compressão e ferramentas de diamante policristalino (PCD), e usando a tecnologia de usinagem assistida por vibração ultrassônica , há corte "sem rebarbas" de compósitos.

Usinagem Integrada: Serviço "One Stop" - Material Inicial até a Peça Acabada

Realização de operações de fresamento de contorno, furação, chanframento e suporte em materiais compósitos em uma única configuração. No estudo aeroespacial sobre uma longarina de fibra de carbono, todas as operações realizadas em uma única configuração alcançaram uma precisão dimensional de ± 0,02 mm, encurtando o ciclo de processamento em 40%.

Figura 3: As características estruturais únicas e a excelente relação custo-benefício dos materiais compósitos tornam-nos materiais altamente valiosos em muitas indústrias.

Como obter consistentemente tolerâncias de usinagem de 5 eixos dentro de ±0,01 mm?

As tolerâncias de usinagem de 5 eixos de ±0,01 mm são um pré-requisito fundamental para a fabricação de nível elite. Isto não é apenas uma função de máquinas-ferramentas avançadas e altamente precisas, mas muito mais uma função do gerenciamento integrado de uma infinidade de variáveis, como ambiente, equipamentos, processos e ferramentas. A JS Precision desenvolveu um processo para obter tolerância em nível de mícron.

Ambiente e estabilidade térmica: o principal ponto de partida para a precisão

Há uma oficina de temperatura constante de 20±0,5°C, e pré-aquecimento por 30 minutos antes do processamento é adotado para a máquina-ferramenta. A tecnologia de medição e compensação na máquina é empregada em tarefas de longo prazo para compensar os efeitos da expansão térmica, o que fornece uma garantia fundamental para tolerâncias de usinagem de 5 eixos.

Microgerenciamento de ferramentas e sistemas de fixação

São empregados porta-ferramentas hidráulicos e de ajuste por encolhimento de alta precisão com erros de excentricidade não superiores a 0,002 mm, e as ferramentas correspondentes são selecionadas de acordo com os materiais, mandris a vácuo são empregados para peças pequenas para evitar deformação, enquanto o posicionamento multiponto para peças grandes é empregado para manter alta a rigidez de fixação.

Estratégia de Processo: A Arte do Desbaste, Semiacabamento e Acabamento

A operação é realizada em três etapas para aliviar as tensões do material:

A operação de desbaste envolve grande profundidade de corte e baixos avanços para remover o excesso de material, deixando sobra de 2 a 3 mm para semiacabamento, o semiacabamento ajuda a remover a camada endurecida pelo trabalho, deixando apenas sobra de 0,1 a 0,2mm para acabamento, o acabamento envolve profundidade de corte leve e avanços pesados para fornecer excelente acabamento superficial e precisão de tamanho.

Como um torno CNC de 5 eixos lida com a usinagem de hélices marítimas gigantes?

Com tamanhos que variam em diâmetro de vários metros a dezenas de metros, e com pesos pesados de dezenas de toneladas, juntamente com superfícies curvas intrincadas, hélices marítimas gigantes são o teste definitivo em termos de aplicação de torno CNC de 5 eixos.

O torno CNC de 5 eixos ultragrande da JS Precision (Turning & Milling Composite Center) teve sucesso em superar esse desafio com sua habilidade no manuseio de peças ultragrandes, corte pesado, também como fresamento de precisão com articulação de cinco eixos.

A arte de fixar e equilibrar peças gigantes

Um sistema dedicado de suporte de mandril e cabeçote móvel com o maior diâmetro de fixação possível de 5 metros é feito para evitar que a peça de trabalho se desloque durante o processo de usinagem. Testes de balanceamento dinâmico foram realizados para a peça de trabalho e pesos de balanceamento foram empregados para cancelar os erros de força centrífuga com um nível de precisão de grau G2.5.

Desafios de corte pesado e conformação de precisão

A usinagem de desbaste envolve a remoção de uma quantidade substancial de material da liga de cobre e o torque máximo é de 1.500 N·m.

Enquanto a usinagem de precisão envolve a realização de usinagem de superfície com uma precisão de ±0,02 mm, adotando uma abordagem de "usinagem segmentada" após realizar usinagem de desbaste da curva, alívio de tensão e, em seguida, semiacabamento e usinagem de acabamento para eliminar problemas de deformação.

Medição e compensação na máquina: garantindo precisão para tamanhos extragrandes

Para medir o perfil, a espessura e o passo da lâmina, um sistema integrado de sonda de alta precisão é aplicado em tempo real durante a usinagem. As dimensões incorretas são corrigidas automaticamente no caminho da ferramenta para que a hélice comdiâmetro de vários metros, assim como o perfil da pá, atenda às dimensões com limite de tolerância de ±0,03 mm.

Você tem peças superdimensionadas e complicadas para usinagem? Ligue para a JS Precision e compartilhe informações sobre os requisitos de tamanho, peso e precisão das peças a serem usinadas, e projetaremos uma solução especializada envolvendo as capacidades de usinagem do torno CNC de 5 eixos para superar os desafios colocados pela fabricação de peças muito grandes.

Figura 4: Usinagem NC de 5 eixos de hélice marítima

Estudo de caso: Como a usinagem CNC multieixos pode reduzir o peso dos suportes ópticos de satélite em 60% e economizar 55% em custos?

Antecedentes e Desafios:

A estrutura de suporte do satélite óptico produtor de alta resolução foi planejada para ser composta por 28 componentes em liga de alumínio 6061, com 320 fixadores. Os problemas com esta estrutura incluem tolerâncias cumulativas de mais de ±0,1 mm, tempo de montagem de 40 horas e peso de 12 kg, que é muito mais do que os 8 kg esperados.

Solução de precisão JS:

• Reconstrução do projeto: os engenheiros foram envolvidos durante os estágios iniciais do projeto para aproveitar a otimização da topologia, estruturas de treliça e mesclar todos os 28 componentes em umaestrutura única e leve feita de alumínio aeroespacial 7075-T7351, com 12 caminhos de fluxo conformados internos e 8 superfícies irregulares.
• Inovação de processos: empregando um grande centro de usinagem CNC de 5 eixos, todas as operações de usinagem são realizadas em uma configuração a partir de um tarugo de alumínio de 25 kg, com um ângulo de corte constante para evitar deformação, acompanhado por um forte sistema de resfriamento interno.
• Garantia de Precisão: A usinagem é realizada sob uma temperatura fixa de 20±0,5°C, com compensação a cada 6 horas através de medição feita dentro da máquina. As superfícies de montagem críticas são planas de ±0,008 mm e têm uma precisão de posicionamento de ±0,015 mm.

Resultados:

O número de componentes foi minimizado de 28 para 1, o peso foi consideravelmente reduzido para 4,8 kg (uma redução de 60%), o custo geral de fabricação foi reduzido em 55% (reduzido de US$ 2.800 para US$ 1.260 por item), o tempo de entrega foi reduzido em 65% e a rigidez e a resistência à temperatura foram aprimoradas em 40%, o que atendeu aos requisitos para aplicações espaciais.

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Por que a JS Precision é seu parceiro de confiança para projetos avançados de centros de usinagem CNC de 5 eixos

Quando se trata de usinagem CNC multieixos de alto desempenho, selecionar um agente não é apenas a seleção do equipamento, mas também a seleção da solução e do nível de qualidade. JS Precision, através de sua superioridade técnica, pessoal especializado e serviços digitais, tornou-se um dos fornecedores confiáveis de serviços de usinagem CNC de 5 eixos.

Ecossistema tecnológico: não apenas um cluster de máquinas-ferramentas de última geração

Nossa empresa possui 20 centros de usinagem CNC de 5 eixos de primeira classe importados da Alemanha e do Japão e 8 grandes tornos CNC de 5 eixos. Isto nos permite fornecer umserviço "one-stop" para usinagem e operações subsequentes. Nossa empresa também possui máquinas de medição por coordenadas e dispositivos de interferometria a laser.

Talent Engine: uma cultura de produção orientada por engenheiros

Temos 45 engenheiros de processos e programadores seniores com uma média de mais de 8 anos de experiência, e 12 deles obtiveram a certificação avançada Mastercam. Esses indivíduos estão envolvidos na discussão do projeto desde os estágios iniciais do projeto e ajudam a eliminar problemas associados à usinagem de materiais não cortáveis e caminhos de ferramentas de superfície.

Compromisso digital: entrega de projetos transparente, colaborativa e previsível

Assim, desenvolvemos uma plataforma digital de gestão de projetos, onde os clientes podem acessar análises de processos, cotações, agendamento, processamento e status de relatórios de inspeção por meio de seus dados pessoais de login. Os clientes são notificados por meio de notificações em momentos importantes, e essa abordagem nos levou a uma taxa de recompra de clientes de 85%.

Entre em contato conosco agora por telefone para obter acesso à nossa linha direta gratuita de análise DFM. Quer você precise de prototipagem, pedidos de pequenos lotes ou produção em massa, nosso centro de usinagem CNC de 5 eixos é dedicado a oferecer serviços eficazes de usinagem CNC de 5 eixos.

Perguntas frequentes

Q1: A usinagem de 5 eixos é sempre mais cara do que a usinagem de 3 eixos?

Não necessariamente. Para componentes complexos, a usinagem de 5 eixos únicos pode custar menos do que a usinagem de 3 eixos porque economiza múltiplos setups e tempos de troca de ferramentas, com uma taxa de rendimento significativamente melhorada. Em termos de custo, seria ainda mais benéfico.

Q2: Qual é a concentricidade das minhas peças e a usinagem de múltiplos eixos pode satisfazer isso? Minhas peças precisam de um concentrado

Sim. Este é exatamente o principal benefício que a usinagem multieixos oferece em uma configuração. Ao fazer a usinagem de todos os furos que requerem concentricidade em uma única configuração, podemos minimizar erros devido à conversão de dados e garantir a especificação de concentricidade de +0,02 mm.

Q3: Como posso verificar se você consegue atender à tolerância especificada de ±0,01 mm?

Podemos oferecer relatórios sobre calibração de máquinas e informações de estudo de capacidade de processo (Cpk). Além disso, oferecemos inspeção dimensional completa da primeira peça com uma CMM, com um relatório abrangente, para mostrar com dados reais a capacidade que temos de usinagem.

Q4: Quanto tempo leva para receber um plano preliminar e um orçamento após o fornecimento de um arquivo STP?

Se houver complexidade regular envolvida na consulta, normalmente oferecemos um esquema proposto dentro de 24 a 48 horas, incluindo análise, sugestões de materiais, tempo de processamento e um orçamento claro. Para peças complicadas, iremos notificá-lo com antecedência sobre o tempo de processamento necessário.

Q5: Como garantir a consistência da precisão em peças grandes?

Nas máquinas-ferramentas de alta rigidez, dependemos do controle ambiental em nosso laboratório de temperatura constante, enquanto sistemas de medição na máquina são usados para usinagem de segmentos. Isso compensa bem o acúmulo de erros no processo de usinagem quando grandes distâncias de deslocamento estão envolvidas.

Q6: Como evitar vibrações e ferrugem ao enviar peças grandes e de precisão da China?

Para reter as peças, são utilizados forros de espuma customizados ou bandejas formadas a vácuo e, em seguida, é aplicada uma película protetora onde existem superfícies de precisão e, finalmente, é empregada uma embalagem antiferrugem VCI antes de ser encaixotada em madeira. O seguro de envio está disponível do início ao fim para que as peças sejam entregues perfeitamente.

Q7: Vocês oferecem suporte a todas as fases, desde a prototipagem até a produção em pequenos lotes e a produção em massa?

Temos linhas piloto e de prototipagem para nossas unidades de fabricação flexíveis e linhas de produção em massa para nossas unidades de fabricação em grande escala. Assim, estamos prontos para prestar serviços de prototipagem e fabricação em massa com consistência nos processos técnicos e de qualidade nas diferentes etapas para melhor atendê-lo nas diferentes etapas.

Q8: Você está envolvido na pré-avaliação de viabilidade de peças altamente complexas?

Oferecemos serviços gratuitos de análise de DFM. Antes de fazer um pedido, você pode enviar os desenhos das peças e os requisitos técnicos para que sejam fornecidas análises e opiniões sobre capacidade de fabricação, riscos e formas de otimização.

Conclusão

A combinação ideal de escolhas de materiais e usinagem CNC multieixos é a solução para os problemas colocados pela produção de peças complexas e econômicas.

Selecionar tecnologia e parceiros tecnológicos não é apenas uma questão de escolher a tecnologia de processamento, mas também de escolher um processo de custo melhorado, mais confiável e competitivo em termos de realização de seu produto final.

Chegou a hora de obter os melhores insights possíveis para seus projetos complexos.

Hoje, visite o site da JS Precision e carregue os desenhos das suas peças. Além de fornecer um preço competitivo para o seu projeto, você também receberá um "White Paper de Design e Otimização de Processos" que foi elaborado com cuidado por nossa equipe de especialistas sobre as maneiras pelas quais nossa usinagem multieixos soluções podem ajudar a cortar custos e melhorar a eficiência.Juntos, vamos transformar projetos difíceis em realidades brilhantes.

JS

Especialista em Prototipagem Rápida e Fabricação Rápida

Especializamo-nos em usinagem CNC, impressão 3D, fundição de uretano, ferramental rápido, moldagem por injeção, fundição de metais, chapas metálicas e extrusão.

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