Como especificar as tolerâncias de usinagem CNC para controlar custos e qualidade.

Ao projetarpeças usinadas por CNCUma das decisões mais importantes não é simplesmente a precisão com que uma máquina pode produzir a peça. A questão mais importante é:

Muitos engenheiros e equipes de compras presumem que tolerâncias mais rigorosas sempre significam melhor qualidade. Na realidade, tolerâncias desnecessariamente rigorosas podem aumentar o tempo de usinagem, os requisitos de inspeção, o risco de produção e o custo total.

Uma abordagem melhor é especificar as tolerâncias de acordo com ofunção de cada recurso.

Para usinagem CNC personalizada, o objetivo não deve ser alcançar extrema precisão em todas as dimensões. O objetivo é atingir o desempenho necessário, mantendo o processo de fabricação prático e econômico.

1. O que é uma tolerância de usinagem CNC?

A tolerância de usinagem CNC define a variação aceitável em relação à dimensão nominal mostrada em um desenho técnico.

Por exemplo:

A tolerância indica ao fabricante qual a faixa aceitável. Também indica à equipe de qualidade o que precisa ser inspecionado.

No entanto, nem todas as dimensões de uma peça usinada por CNC precisam da mesma tolerância.

Uma dimensão externa simples pode funcionar perfeitamente com uma tolerância relativamente ampla, enquanto um furo de rolamento, um furo de localização, o diâmetro do eixo ou uma superfície de vedação podem exigir um controle muito mais rigoroso.

É por issoprojeto de tolerânciaé uma parte importante do Design para Fabricação (DFM).

2. Não atribua uma tolerância rigorosa a todas as dimensões.

Um dos erros mais comuns na usinagem CNC é aplicar tolerâncias muito apertadas a todas as dimensões.

Por exemplo, considere uma caixa de alumínio com 30 dimensões.

Talvez apenas quatro dimensões sejam críticas para a montagem:

• furo do rolamento
• Localizador de furos
• Interface do eixo
• Superfície de vedação

As outras dimensões podem controlar apenas a forma ou a aparência geral.

Se todas as 30 dimensões forem especificadas com tolerâncias muito rigorosas, o fabricante poderá precisar utilizar operações de acabamento adicionais e uma inspeção mais minuciosa.

Isso pode aumentar:

• Tempo de usinagem
• Requisitos de ferramentas
• Tempo de inspeção
• Tempo de configuração
• Risco de sucata
• Custo de produção
• Tempo de espera

3. Como a tolerância afeta o custo da usinagem CNC

Uma tolerância mais rigorosa não exige automaticamente uma máquina CNC completamente diferente.

No entanto, isso pode exigir um processo de fabricação mais controlado.

Por exemplo, uma dimensão usinada padrão pode ser produzida por meio de operações normais de desbaste e acabamento.

Uma característica crítica de ±0,01 mm pode exigir:

1. Fixação de peças mais precisa
2. Passagens de acabamento adicionais
3. Melhores condições de ferramentas
4. Parâmetros de corte mais precisos
5. Considerações sobre temperatura e comportamento do material
6. Inspeção dimensional adicional
7. Possível medição CMM

Portanto, ao solicitarUsinagem CNC com tolerâncias rigorosasOs compradores devem entender que a exigência de tolerância pode afetar o preço cotado.

Essa abordagem pode, muitas vezes, reduzir o custo de fabricação sem alterar o desempenho funcional da peça.

4. Como determinar a tolerância correta para uma peça usinada em CNC

Ao especificartolerâncias para peças usinadas por CNCOs engenheiros devem começar pela função do recurso.

A tolerância exata deve sempre ser determinada de acordo com a aplicação, o material, a geometria, a capacidade do processo e o método de inspeção.

5. A fresagem CNC e o torneamento CNC podem exigir estratégias de tolerância diferentes.

Os requisitos de tolerância também devem ser considerados juntamente com o processo de fabricação.

6. O material pode afetar o controle de tolerância.

A mesma exigência de tolerância pode ser mais fácil de alcançar em um material do que em outro.

Alumínio, aço inoxidável, aço, latão, ligas de cobre e plásticos de engenharia podem se comportar de maneira diferente durante a usinagem.

Por exemplo, fatores como:

• Expansão térmica
• Dureza do material
• Estresse interno
• Deformação parcial
• Temperatura de corte
• Espessura da parede

pode influenciar as dimensões finais.

Isso se torna especialmente importante para peças usinadas por CNC de grandes dimensões ou com paredes finas.

Portanto, um desenho não deve ser avaliado apenas observando a tolerância numérica.

Um fornecedor experiente em usinagem CNC também deve analisar:

como um sistema de fabricação único.

7. Não se esqueça de GD&T e da estrutura de referência.

Para peças usinadas com precisão por CNC, a tolerância dimensional por si só pode não descrever completamente o requisito funcional.

Por exemplo, um furo pode ter o diâmetro correto, mas ainda assim estar na posição errada.

É aqui queGD&T (Dimensionamento e Tolerância Geométrica)torna-se importante.

Dependendo da aplicação, os desenhos podem controlar:

• Posição
• Planicidade
• Paralelismo
• Perpendicularidade
• Perfil
• Acabar
• Concentricidade ou relações geométricas relacionadas

Uma boa estrutura de referência ajuda o fabricante a entender como a peça deve ser localizada e inspecionada.

Para componentes CNC críticos, um GD&T claro pode reduzir mal-entendidos entre o projetista, o fabricante e a equipe de qualidade.

8. Tolerância e inspeção devem ser planejadas em conjunto.

Um requisito de tolerância só é útil se puder ser medido de forma confiável.

Por exemplo, um componente crítico usinado por CNC pode exigir:

• Inspeção digital com paquímetro
• Medição micrométrica
• Medidor de altura
• Medição óptica
• Inspeção CMM
• Inspeção do Primeiro Artigo (FAI)

O método de inspeção deve ser compatível com os requisitos.

Na HY Metals, o controle de qualidade está integrado ao processo de fabricação, incluindo inspeção dimensional e verificação da primeira peça para componentes usinados com precisão. A empresa também afirma manter um sistema de qualidade ISO 9001:2015 e fornecer suporte completo para inspeção dimensional do primeiro artigo (FAI).

Isso é importante porqueA precisão de fabricação e a capacidade de medição precisam trabalhar juntas..

9. Uma estratégia prática de tolerância para engenheiros

Antes de liberar um desenho CNC, faça estas perguntas:

Esse processo pode ajudar os engenheiros a evitar ambos os extremos:

10. Como a HY Metals atende aos requisitos de tolerância CNC

A HY Metals oferece soluções personalizadas.Usinagem CNC, fresagem CNC, torneamento CNC, usinagem de precisão e fabricação de chapas metálicas.Para protótipos, produção em baixo volume e peças de produção.

A empresa possui diversas instalações de fabricação CNC e mais de 500 máquinas de produção em suas amplas operações de manufatura. Suas capacidades em CNC incluem usinagem multieixos, fresagem CNC, torneamento CNC, retificação e eletroerosão.

Para projetos de engenharia, a HY Metals pode analisar desenhos e fornecer feedback sobre a fabricação (DFM) antes da produção.

Isso é particularmente útil quando uma peça contém:

• Tolerâncias dimensionais rigorosas
• Geometria usinada complexa
• furos críticos
• Eixos de precisão
• Superfícies de acoplamento
• Requisitos de GD&T
• Requisitos especiais de inspeção

Em vez de simplesmente perguntar se uma tolerância é possível, a equipe de engenharia pode avaliar se a tolerância énecessário, fabricável e economicamente viável.

11. A melhor tolerância nem sempre é a mais rigorosa.

Para engenheiros e equipes de compras que buscam peças usinadas por CNC sob medida, a melhor tolerância é aquela que proporciona a função necessária sem criar dificuldades desnecessárias de fabricação.

Um desenho bem elaborado deve distinguir claramente entre:

Essa abordagem pode ajudar a reduzir o custo da usinagem CNC, mantendo a qualidade e o desempenho do componente final.