O que é fresamento de topo? Tipos de fresas, usos e benefícios

Fresagem CNC é um processo de usinagem versátil conhecido por precisão e peças complexas. Envolve diferentes técnicas/operações e pode acomodar diversas ferramentas; fresamento final é uma delas. Na verdade, esta é a segunda técnica de usinagem mais popular depois do torneamento CNC. 

Diferentes opções de ferramentas, alta taxa de remoção de material, acabamento preciso e alguns outros fatores tornam esse processo amplamente utilizado em todos os setores. 

Este artigo explicará o que é fresamento de topo, fresas compatíveis, aplicações, benefícios, possíveis desafios e considerações sobre usinagem. 

O que é fresamento final?

Como qualquer outro processo de fabricação subtrativa, a fresagem de topo envolve o uso de cortadores rotativos com múltiplas arestas para remover material até que as formas e características desejadas sejam formadas. Ela cria características complexas e intrincadas em metais, ligas, plásticos, compósitos e outros materiais de engenharia.

O que torna as fresas de topo diferentes de outras ferramentas é o design helicoidal das arestas de corte. A haste em formato cilíndrico contém dentes em ambas as extremidades e laterais, então elas cortam as peças de trabalho de várias direções. 

Além disso, uma variedade de fresas CNC (quadradas, de ponta esférica, de raio de canto, etc.) permitem que você trabalhe com formas 3D multifuncionais. Com as fresas certas, você pode fazer contornos complexos, furos profundos, bolsos, ranhuras, perfis planos, reentrâncias, etc. 

Anatomia e Terminologias 

Antes de prosseguir com a discussão, vamos dar uma olhada em sua anatomia e terminologias principais; 

• Shank: A parte cilíndrica do moinho que é fixada no fuso ou porta-ferramentas da máquina.
• Pescoço: A seção de diâmetro reduzido entre a haste e a parte de corte proporciona maior alcance e folga.
• Flauta: As ranhuras helicoidais ao longo do corpo da fresa, que formam a aresta de corte durante a usinagem.
• Diâmetro de corte: Diâmetro no ponto mais largo das bordas.
• Cortador de varredura: O arco ou caminho formado pela aresta de corte durante a rotação.
• Comprimento de corte: Comprimento axial no qual as bordas do dente de corte engatam na remoção de material durante a fresagem.
• Ângulo da hélice: O ângulo entre a ranhura helicoidal da fresa e sua linha central.

Como funcionam as fresas de topo?

Uma máquina de fresa de topo especializada ou uma máquina CNC regular acomoda ferramentas de fresa de topo adequadas em seu fuso (ou outros componentes rotativos). Então, ela controla o movimento precisamente através da peça de trabalho em um caminho de ferramenta pré-determinado. 

O tamanho do corte, profundidade, velocidade, tempo de ciclo e todas as outras variáveis ​​dependem das entradas do CNC, da geometria e dos tamanhos das fresas.

As etapas detalhadas de como funciona a fresa?

Design e programação de peças 

Um projeto detalhado da peça a ser fresada é criado primeiro, delineando todos os recursos, dimensões e direções de usinagem. Ao criar o projeto, é essencial considerar as capacidades das fresas de topo; que tipo de formas elas podem usinar? 

Configuração da máquina 

A fresa de topo é fixada na pinça ou no suporte de ferramenta do fuso, enquanto o torno, grampos ou fixação seguram a peça de trabalho. Consequentemente, a posição das peças de trabalho é paralela à mesa ou ao eixo do fuso. O valor do parâmetro de entrada depende do material de trabalho e do revestimento da ferramenta. O operador define o ponto de referência (deslocamento de trabalho) após definir a ferramenta e o trabalho.

Processo de Moagem 

Uma vez que o programa é executado, o fuso gira a ferramenta de fresa de topo, e então as arestas de corte interagem com o material e formam os cavacos por meio de cisalhamento. As arestas na extremidade realizam corte axial e as arestas laterais realizam corte radial, enquanto o design de flauta helicoidal facilita a remoção fácil dos cavacos. 

O ângulo de entrada e o caminho de corte dependem do programa CNC. Os mesmos códigos de programa ditam o fuso para mover o cortador pelos eixos (X, Y, Z). 

Tipos de fresas de topo e suas aplicações

Com base na geometria das bordas de usinagem e preferências de aplicação, há diferentes tipos de brocas de fresa para o processo de fresamento de topo. O formato da ponta (extremidade) e as características da flauta as tornam distintas umas das outras. 

Vamos discutir em breve algumas fresas CNC comuns; 

Moinhos de final de desbaste

Essas fresas de topo removem uma grande quantidade de material, deixando um acabamento superficial relativamente mais áspero. As bordas rugosas ou onduladas e o diâmetro maior do núcleo permitem cortes pesados ​​com vibração mínima. 

Aplicação: Usinagem pesada de aço, alumínio, ferro e outros metais. Por exemplo, moldes, construção naval, pré-acabamento de peças automotivas, etc. 

Fresas Esféricas 

Uma fresa de ponta esférica é caracterizada pela ponta hemisférica (nariz) com um design de dois ou quatro sulcos. Essas fresas podem cortar as peças em um caminho contínuo, criando contornos 3D complexos, curvas e perfis côncavos. Você pode usar as fresas de ponta esférica para faceamento, escavação, perfilamento, filetagem, etc. 

Aplicações: Usinagem de contorno 3D para moldes e matrizes, escultura de peças automotivas e aeroespaciais, adição de filetes em projetos complexos, etc.  

Fresas de arredondamento de cantos

Um tipo de fresa de ponta arredondada envolve um raio nas bordas dos dentes, que remove o material do trabalho para obter um canto arredondado ou raio específico. Você pode escolher o tamanho do raio dessas brocas de fresagem de acordo com suas necessidades.

Aplicações: Rebarbação, filetagem (ou raios em bordas afiadas), acabamento estético e curvas de transição entre contornos em peças complexas. 

Fresas de topo quadrado

Como o nome sugere, essas fresas envolvem uma ponta plana e quadrada perpendicular ao eixo rotacional da ferramenta. Essa geometria cria bordas, cantos e fundos planos de 90 graus perfeitos na peça de trabalho. Assim, fresas quadradas são populares para propósitos gerais em tarefas de usinagem. 

Aplicações: Rasgos de chaveta, ranhuras, contornos externos, corte vertical, furos de fundo plano e alisamento de superfícies planas. 

Fresas de topo de cauda de andorinha

Fresas de cauda de andorinha ou de rabo de peixe são definidas por bordas anguladas para corte (combinando com o perfil de cauda de andorinha desejado) que estão disponíveis em ângulos padrão como 45°, 60° e 90°. Você pode escolhê-las para criar ranhuras ou perfis em forma de cauda de andorinha.

Aplicações: Ranhuras e acessórios deslizantes, juntas de cauda de andorinha, ranhuras, entalhes, recursos de rebaixo, etc. 

Fresas de acabamento

É uma fresa de topo afiada e fina, projetada para atingir tolerâncias dimensionais mais apertadas e qualidades de superfície lisas. O design da broca inclui um número maior de canais (2 a 6) e ângulos de hélice maiores para atingir níveis de rugosidade mais baixos, até Ra 0.4 µm. 

Aplicações: Diferentes itens industriais que exigem acabamento liso para melhor desempenho, como peças de dispositivos médicos, dissipadores de calor, instrumentos de medição, peças de motores de veículos, etc. 

Fresas de topo em V

Estas são as fresas com ponta em V formada por bordas de dentes em 30, 60 ou 90 graus. As pontas cônicas afiadas em brocas de fresagem em V as tornam adequadas para chanfradura, gravação e entalhe 3D. 

Aplicações: Bits V gravam sinais, logotipos, símbolos, números e letras na superfície de trabalho. Consequentemente, eles também são aplicáveis ​​para chanfrar e cortes estreitos. 

Materiais usados ​​em fresamento de topo

Você pode escolher diferentes plásticos, metais, ligas e compostos para usinar com processos de fresamento de topo. A seleção de material está diretamente relacionada às condições de ferramental e usinagem; o revestimento adequado da ferramenta e as variáveis ​​de fresamento são diferentes de um para outro tipo de material. 

A tabela abaixo descreve os materiais comuns e qual é a fresa de topo certa para eles;

Aplicações de fresamento de topo em várias indústrias

Vários recursos de usinagem de precisão podem ser criados com uma fresa CNC: superfícies planas, perfis complexos, canais, furos, etc. Portanto, seus usos são diversos; desde itens de consumo em geral até indústrias que exigem alta precisão. 

A seguir estão alguns dos principais setores de aplicação;

Indústria aeroespacial 

As operações de fresamento de topo são úteis na produção de componentes complexos, como montagem de motor e carcaças de suporte na indústria aeroespacial. Esses componentes são normalmente feitos de alumínio e têm requisitos muito altos de precisão e qualidade. Outros exemplos são 

Asas de aeronaves, cartuchos de turbina e desbaste de superfície de muitos outros componentes. 

Componentes Automotivos 

Fresas de topo CNC criam componentes automotivos com acabamento áspero e suave; o nível de precisão, detalhes finos e qualidade de superfície os tornam mais favoráveis ​​na fabricação de veículos. Você pode fazer peças de motor, assentos de válvula, carcaças de transmissão, canais de óleo, cubos de roda, etc. 

Além disso, essa abordagem de fresagem também atende às crescentes demandas dos veículos elétricos, como elementos do motor, recursos de carcaça da bateria e componentes do sistema de transmissão. 

Peças de precisão para eletrônicos

Miniaturização e precisão são demandas-chave para peças eletrônicas; ferramentas de ponta de carboneto são usadas para fazer Placas de Circuito Impresso (PCBs). Por exemplo, furos lisos e rasgos de chaveta facilitam a conexão suave. Outros usos incluem invólucros para dispositivos eletrônicos, componentes de montagem, elementos de gerenciamento térmico, etc. 

Para dispositivos médicos

Dimensões e acabamentos precisos são essenciais na fabricação de dispositivos médicos, impactando diretamente a eficácia e a segurança do tratamento. A fresagem de topo pode processar titânio de grau médico, liga de aço inoxidável e alguns plásticos para criar dispositivos de diagnóstico, implantes e ferramentas cirúrgicas. Além disso, também permite a personalização de implantes de acordo com as necessidades do paciente. 

Prototipagem e Fabricação de Peças Personalizadas

Engenheiros e fabricantes usam fresadoras CNC multieixos para testar e refinar designs. Eles podem produzir designs complexos em metais, plásticos e compostos. Por exemplo, ferramentas de moldagem, gabaritos, acessórios, peças personalizadas, etc. 

Benefícios do fresamento de topo

• Uma fresa de topo executa várias operações como corte, mergulho, engorda, perfilamento, contorno, etc. 
• Ele fornece alta precisão e exatidão de usinagem, até ±0.05 mm em fresamento padrão e ±0.002 mm em fresamento de precisão.
•  Envolve cortar dentro ou através de todos os quatro eixos de um fuso, o que permite a criação de uma variedade de formas e superfícies complexas. 
• A precisão da operação minimiza o número de processos de acabamento adicionais. Uma faixa típica do nível de rugosidade usinado é 6.3 a 0.8 µm. 
• O design e o revestimento multi-flauta permitem cortes mais profundos.

Desafios comuns no fresamento de topo e como superá-los?

Como qualquer outro processo CNC, ele tem suas próprias dificuldades e limitações. Entender esses desafios e estratégias para mitigá-los ajuda a evitar problemas de usinagem e a atingir o resultado desejado. 

Vibração, desgaste excessivo da ferramenta, acabamento ruim e acúmulo de calor são desafios comuns. Vamos discutir esses desafios mais brevemente e como você pode superá-los;

Lidando com vibração e tagarelice

A trepidação e a vibração da usinagem estão associadas principalmente à estabilidade da máquina e à rigidez da ferramenta. Ferramentas longas e salientes, fixação frouxa do trabalho e ângulos de corte errados causam essa vibração autoexcitada periodicamente. 

Prevenção: Usar amortecedores ou absorvedores de vibração é o método em processo para mitigar a trepidação. Durante a configuração, garanta a estabilidade, otimize as variáveis ​​de corte e prenda a peça de trabalho com segurança. 

Potencial de quebra de ferramenta

Embora seja um fenômeno raro, a quebra da ferramenta pode ocorrer se houver força de corte excessiva, trepidação, peça de trabalho dura, geometria de ferramenta incompatível, empacotamento de cavacos ou estresse térmico. Com o tempo, uma fresa de topo CNC fica cega e as asas do seu ângulo são arrancadas. Além disso, a quebra da ferramenta não só resulta em falha da peça, mas também representa uma preocupação crítica de segurança. 

Prevenção: 

• Otimize o caminho da ferramenta
• Use a alimentação e velocidade corretas
• Monitore o processo continuamente,
• Escolha uma fresa com um revestimento adequado (por exemplo, TiAlN, DLC) para materiais de trabalho duro. 

Requer configuração especializada

Você pode precisar de acessórios personalizados e ferramentas de calibração para alinhamentos perfeitos durante a configuração. Isso é mais complexo do que a fresagem padrão e requer um alto nível de especialização. Além disso, pode ser demorado para pequenos lotes e protótipos.

Prevenção: 

• Use acessórios modulares e ajustáveis ​​para reduzir a complexidade da configuração
• Execute simulação CAM para analisar a configuração e o caminho da ferramenta antes da usinagem real.

Geração de Calor

Durante a operação, as arestas de corte se movem contra as peças ou entram em contato umas com as outras periodicamente, levando ao atrito. Quando ocorre algum desequilíbrio no processamento, o atrito aumenta, o que deforma as arestas e converte energia mecânica em calor. 

Prevenção:

• Use o tipo e o fluxo de refrigerante adequados 
• Não force avanços e velocidades extras, equilibre-os com produtividade
• Mantenha o ângulo de inclinação positivo
• Monitore o atrito da ferramenta e tome a ação correta imediatamente
• Muitas vezes, o fresamento ascendente transfere efetivamente o calor para o cavaco.

Mais expansivo

A fabricação de peças com fresamento final é mais cara do que as operações de fresamento convencionais ou padrão. Os motivos são simples: ferramentas caras, demanda por operadores experientes, configuração complexa da máquina, etc. Para manter o custo do fresamento final em equilíbrio, você pode usar ferramentas de alta qualidade, alavancar a automação e escolher caminhos de ferramentas eficientes.

Principais considerações sobre o uso de fresas de topo

Selecione o material de ferramenta correto

Aço rápido (HSS) e carboneto são os dois principais materiais de fresa de topo. Ferramentas HSS são acessíveis e funcionam melhor com plásticos e metais macios como alumínio. Por outro lado, o carboneto é mais duro que HSS e adequado para usinagem de alta velocidade e materiais duros como titânio e aço para ferramentas. Para maior robustez, você pode escolher essas ferramentas com revestimento duro, como TiN, TiAlN ou DLC. 

Use a contagem correta de flautas 

Embora ferramentas com números de canais diferentes estejam em prática, normalmente fresas de extremidade de 2 e 4 canais são populares em oficinas de usinagem. A principal diferença entre as fresas de extremidade de 2 e 4 canais é a velocidade de corte e a qualidade do acabamento. Conforme o número de canais aumenta, ele pode cortar materiais mais duros e o nível de acabamento também melhora. Por outro lado, números baixos de canais fornecem velocidade de corte mais rápida. Então, escolha a contagem correta de acordo. 

Controle de profundidade de corte

Cortes muito profundos causam geração de calor e cortes rasos reduzem a velocidade, portanto, controlar a profundidade do corte é essencial. Existem duas regras gerais para profundidade máxima; metade do diâmetro do moinho ou menos que o comprimento da flauta. Para acabamentos suaves, pode ser necessário controlar a profundidade até 10-20% do diâmetro da ferramenta. 

Otimize a taxa de alimentação e a velocidade

Defina o avanço e a velocidade corretos considerando fatores, propriedades do material, rigidez da ferramenta, geometria da ferramenta e capacidades das máquinas CNC. A melhor sugestão é seguir as diretrizes do fabricante (gráficos) e ajustes incrementais para ajuste fino. Além disso, você também pode usar calculadora de velocidades e avanços de fresagem online para descobrir a velocidade e o avanço ideais. 

Use líquido de arrefecimento ou lubrificação

Como dito anteriormente, o calor é um dos desafios comuns e você deve usar um líquido de arrefecimento ou lubrificação adequado para evitar isso. A lubrificação reduz o atrito e o líquido de arrefecimento estabiliza a temperatura da área de usinagem. Existem diferentes opções para líquidos de arrefecimento, à base de óleo, à base de água, sintéticos, etc. Além disso, você pode aplicá-los por meio de líquido de arrefecimento por inundação ou pelo método MQL. 

Mantenha o equilíbrio adequado do porta-ferramentas

Um balanceamento correto do porta-ferramentas é essencial para reduzir a vibração e atingir o desempenho ideal de fresamento com desgaste mínimo da ferramenta. Há duas maneiras de balancear: estático e dinâmico.  

Estático significa medir o desequilíbrio enquanto o porta-ferramentas está parado, enquanto a abordagem dinâmica (ou de alta velocidade) envolve girar o porta-ferramentas em velocidades operacionais para detectar e corrigir desequilíbrios. 

Inspecione a ferramenta regularmente

Você pode integrar sistemas de monitoramento em tempo real para inspecionar o desgaste, arranhões, rasgos e embotamento da ferramenta. Agende uma inspeção periódica e use uma lista de verificação para garantir a condição da ferramenta. Além disso, acompanhe continuamente os resultados da inspeção e o desempenho ao longo do tempo para decidir quando trocar sua ferramenta.

Diferença entre fresamento de topo e fresamento de face

O fresamento de face é uma operação mais especializada e foca em peças planas, removendo grandes quantidades de material para atingir a planicidade da superfície. Frequentemente, fresas de face são usadas em etapas preparatórias antes de executar tarefas complexas de usinagem. Diferentemente de uma fresa de topo, uma ferramenta de fresa de face envolve uma face grande e plana com bordas ao redor de sua periferia. 

A fresa de face vs fresa de topo a tabela abaixo descreve suas principais diferenças; 

Como o RapidDirect atende às necessidades da sua operação de moagem?

Considerar os requisitos finais e organizar o tipo certo de fresa de topo é essencial para qualquer projeto de fresamento de topo, o que entendemos completamente na RapidDirect. Nossos engenheiros trabalham em estreita colaboração com você até que suas peças sejam entregues, incluindo assistência para otimização de design, seleção de material e recomendações de acabamento.

Além disso, nossa fábrica interna possui fresadoras com a mais recente integração CNC que lidam com projetos personalizados e complexos com alta precisão. 

• Cotação instantânea e feedback de design 
• Mais de 20 operações de fresamento de topo
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• Mais de 100 opções de materiais 
• Fabricação simplificada e leads rápidos

Seja você uma pequena startup ou uma marca estabelecida, nossa Serviços de fresagem CNC podemos fornecer peças de alta qualidade para todos os setores, em estrita conformidade com seu projeto.  

Conclusão 

No geral, o processo de fresamento de extremidade permite a criação de características e perfis intrincados em vários tipos de peças de trabalho. O uso do tipo certo de fresa, variável de fresamento e configuração é essencial para fazer peças com alta complexidade geométrica. Além disso, entender seus possíveis desafios antes que a máquina funcione ajuda a prevenir defeitos e riscos de falha. 

Este processo está ajudando a inovar estruturas mecânicas complexas para indústrias e aumentando continuamente a precisão e a eficiência da fabricação.

Perguntas frequentes