As máquinas CNC podem atingir níveis muito altos de precisão. Algumas máquinas podem atingir precisões de até +/- 0.0025 mm. No entanto, executar o fresamento de uma peça no mais alto nível de precisão de uma máquina CNC é uma tarefa cara e demorada. É aqui que entram as tolerâncias de usinagem CNC. Como peças diferentes exigem diferentes graus de precisão, é econômico para um projetista especificar as dimensões e tolerâncias específicas necessárias para aquela peça.
O que são tolerâncias?
Resumindo, tolerâncias são medidas que indicam o nível de precisão necessário para uma peça que você deseja fabricar. Especificamente, as tolerâncias CNC indicam o grau de variação permitido nas dimensões finais ou no valor medido de uma peça usinada personalizada.
As oficinas mecânicas CNC medem os componentes por valores numéricos, normalmente precedidos por um símbolo ±. Por exemplo, você pode atribuir uma tolerância de ±0.001″ a uma peça medindo 2.550 polegadas de comprimento. Isso indicaria que a peça fabricada teria comprimento variável medindo entre 2.549” e 2.551”. Se uma peça medindo 1.5 polegadas de altura precisar de uma tolerância de ±0.005”, a peça final deverá cair na faixa de 1.495” e 1.505” para passar na inspeção de qualidade.
Tolerâncias padrão ou não padrão no desenho informam Serviços de usinagem CNC e mecanicistas que grau de precisão usar ao produzir uma peça. Quanto menor o número – no mundo da manufatura esta é uma tolerância mais restrita – mais precisão é necessária. Quanto maior o número – também chamado de mais flexível – menos precisão você precisa.
Tipos comuns de tolerâncias em usinagem CNC
1. Tolerâncias padrão
Os maquinistas geralmente aderem às tolerâncias CNC padrão para peças comumente fabricadas. Isso inclui precisão específica para elementos como roscas, pinos e tubos. Muitos serviços de fresagem fornecem padrões internacionais de cerca de +/-0.1 mm, especialmente quando os clientes não especificam seus próprios níveis de tolerância. Para uma visão abrangente, consulte o gráfico detalhado de usinagem CNC. O escopo desses padrões é normalmente definido por várias organizações internacionais, incluindo a Organização Internacional de Padronização (ISO), a Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) e o Instituto Nacional Americano de Padrões (ANSI).
2. Tolerâncias bilaterais
Ao empregar tolerância bilateral, o desvio da dimensão dada pode ser negativo ou positivo, permitindo que a peça seja ligeiramente maior ou menor do que o indicado. Um exemplo é +/- 0.06 mm, indicando que a peça usinada pode ser 0.06 mm mais curta ou mais longa que a medida especificada. Tais especificações são normalmente aplicadas a dimensões externas.
3. Dimensionamento Geométrico e Tolerância
Tolerâncias GD&T são muito mais completos que os outros sistemas de tolerâncias de usinagem. Ele destaca as medidas e desvios permitidos. Ele também descreve características geométricas específicas da peça usinada, como quão plana ela deve ser, sua concentricidade e sua verdadeira posição. As tolerâncias GD&T são frequentemente usadas para peças que possuem dimensões extremamente precisas.
4. Tolerâncias unilaterais
As tolerâncias unilaterais permitem desvios exclusivamente numa direção, sejam apenas positivos ou apenas negativos. Por exemplo, uma tolerância especificada como +0.00/-0.06 mm indica que a peça acabada pode ser até 0.06 mm menor, mas não maior, do que a medida indicada. Tais tolerâncias são normalmente empregadas em projetos onde uma peça deve caber em outro componente. Garantir que a peça não exceda as dimensões especificadas é crucial, pois um tamanho maior impediria que ela se ajustasse à posição pretendida.
5. Tolerâncias limite
Uma tolerância limite é expressa como uma faixa de valores, onde a peça está bem desde que a medição esteja entre essa faixa. 13 – 13.5 mm, por exemplo, é uma tolerância limite para usinagem CNC, indicando que a peça deve ter uma medida que fique entre o limite superior e o inferior (13 mm é o limite superior e 13.5 mm é o limite inferior).
Coisas a ter em mente ao escolher tolerâncias
Na usinagem CNC, compreender as tolerâncias é fundamental para garantir o desempenho ideal de uma peça. O limite no qual a função de uma peça é afetada por variações dimensionais é uma consideração crítica. Isto é particularmente verdadeiro para peças como componentes críticos do motor, onde a precisão é fundamental; qualquer desvio na sua forma geométrica pode ter graves repercussões. Por outro lado, existem partes onde tal precisão rigorosa não é necessária. Para estes componentes, um desvio ligeiramente maior nas tolerâncias de fabricação pode ser permitido sem afetar a sua funcionalidade. Além dessas considerações, ao selecionar tolerâncias na usinagem CNC, é importante também ter em mente alguns fatores adicionais:
1. Quando você precisa de tolerâncias rígidas?
A necessidade de tolerâncias mais rígidas geralmente varia de acordo com as diferentes características de um único componente. Por exemplo, embora a estrutura geral de uma peça possa não necessitar das tolerâncias mais rigorosas, áreas específicas – como pontos onde a peça deve encaixar ou unir-se a outros componentes, como furos – exigem alta precisão.
Tolerâncias complexas são particularmente essenciais em indústrias onde a precisão é necessária, como aeroespacial, dispositivos médicos e fabricação automotiva. Esses setores geralmente exigem componentes que devem se encaixar e funcionar perfeitamente em montagens complexas, onde até mesmo pequenos desvios podem levar a falhas operacionais significativas.
No processo de usinagem, a maior precisão garante que cada peça seja produzida com a mais alta precisão, reduzindo a margem de erro. Isto é crucial para peças que interagem estreitamente com outros componentes, onde uma ligeira incompatibilidade pode causar desgaste ou ineficiência operacional. Além disso, para projetos onde a segurança é uma preocupação crítica, como na indústria aeroespacial, a tolerância limite na maquinação CNC não é negociável, pois tem impacto direto na fiabilidade e segurança do produto final.
2. Altos custos para requisitos rígidos
No entanto, optar por tolerâncias de precisão pode aumentar o tempo e o custo de usinagem. A utilização de ferramentas CNC para manter padrões exigentes, como tolerâncias extremamente rígidas tão próximas quanto ±0.001”, pode levar a um maior desgaste do equipamento. Este aspecto torna-se particularmente crítico na produção em massa. Por exemplo, uma nova ferramenta pode inicialmente atender a um padrão de ±0.001” com facilidade, mas manter esse nível de precisão torna-se um desafio com o uso repetido. A produção de inúmeras peças de acordo com esses padrões rigorosos pode exigir trocas frequentes de ferramentas ou ajustes no processo de usinagem, levando a tempos de produção mais longos e custos elevados.
3. As tolerâncias dependem do material
Diferentes materiais possuem características individuais que podem afetar o nível de tolerância na usinagem CNC que é alcançável com eles. Algumas dessas características incluem:
- Dureza: Materiais mais macios são mais difíceis de usinar com alta precisão. Isto se deve principalmente à probabilidade de alterarem as dimensões à medida que a ferramenta de corte os toca. Você, portanto, precisa ter mais paciência ao usinar esses materiais mais macios.
- Abrasividade: Materiais ásperos e ásperos são geralmente duros para as ferramentas de corte e podem até causar desgaste mais rápido. Esses materiais dificultam a obtenção de precisão dimensional rigorosa porque alterações na ferramenta de corte resultam em menor precisão. Os materiais abrasivos geralmente exigem que o técnico troque a ferramenta várias vezes durante o processo de usinagem.
- Estabilidade ao calor: Este é um problema que afeta principalmente os não-metais. À medida que o calor aumenta durante o processo de usinagem, esses materiais começam a perder sua forma. Isso restringe quais processos você pode usar naquele material específico.
4. Escolha dos Métodos de Fabricação
As máquinas CNC variam significativamente em suas capacidades e capacidades. A tolerância de uma máquina CNC é crucial, ditando os tipos de peças que ela pode manusear. Embora algumas máquinas sejam excelentes em tarefas complexas, outras podem ter limitações. Muitas vezes, alcançar a peça usinada perfeita requer operações adicionais, especialmente para projetos complexos ou ao trabalhar com tolerâncias CNC restritas. Isso destaca a importância de compreender os pontos fortes e as limitações específicas de uma máquina na fabricação de precisão.
5. Inspeção
Dada a natureza do projeto, será necessária uma inspeção minuciosa das peças com tolerâncias limitadas. Este processo exigirá uma quantidade significativa de tempo devido à precisão envolvida. Além disso, pode ser essencial utilizar ferramentas e equipamentos de medição especializados para avaliar com precisão as tolerâncias dessas peças, como calibradores, micrômetros, comparadores ópticos, CMMs e muito mais. Essa verificação detalhada é crucial para garantir a qualidade e a confiabilidade do produto final.
Como Encontrar a Tolerância Correta
Às vezes, escolher o nível apropriado de precisão não é um aspecto desafiador. Para projetistas de produtos ou peças, é crucial determinar a faixa de variação permitida para as dimensões de uma peça. Esse conhecimento afeta significativamente a decisão sobre a tolerância correta na fabricação, impacta o tempo de execução do projeto e influencia seu custo. As dicas a seguir têm como objetivo auxiliar no seu processo de tomada de decisão:
1. Considere o uso de sua parte
A aplicação pretendida da sua peça normalmente determina a precisão necessária durante a usinagem. Por exemplo, peças que são independentes e não precisam ser integradas a outros componentes geralmente exigem menos precisão no fresamento. Como conseguir tolerâncias mais rigorosas tem um custo mais elevado, é aconselhável optar por elas apenas se for absolutamente necessário. Se a sua peça não requer tanta precisão, é mais econômico escolher tolerâncias padronizadas.
2. Procure uma empresa de usinagem CNC respeitável
Encontrar a tolerância certa para um projeto geralmente envolve uma parceria com um serviço confiável de usinagem CNC. Os clientes devem participar de discussões detalhadas sobre as metas e especificações do projeto com especialistas em fabricação para determinar as tolerâncias ideais. Normalmente, engenheiros ou projetistas de peças definem essas tolerâncias antes de abordar um usinagem CNC or serviço de prototipagem rápida, o que ajuda a agilizar o processo de produção e reduzir custos.
É crucial lembrar que se as tolerâncias não forem especificadas ao enviar uma peça para produção, a maioria dos serviços CNC usará como padrão a tolerância padrão, geralmente em torno de ±0.1 mm (±0.004 pol.). Embora este desvio seja pequeno e não seja visível a olho nu, pode afetar significativamente o ajuste de montagem da peça final. Por exemplo, um furo menor que 0.005 polegadas pode tornar a integração da parte correspondente mais difícil do que o necessário.
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