Imagine um mundo em que cortar os materiais mais duros seja tão fácil quanto fatiar manteiga. Essa é a promessa da usinagem não tradicional. Neste artigo, exploramos como técnicas avançadas, como EDM e usinagem a laser, estão revolucionando a fabricação. Prepare-se para descobrir os segredos por trás desses métodos poderosos e suas incríveis aplicações!
Primeiro, vamos examinar a definição de usinagem não tradicional.
A usinagem não tradicional, também conhecida como "usinagem não convencional" ou "processos avançados de fabricação", abrange um conjunto diversificado de técnicas de remoção e modificação de materiais que utilizam várias formas de energia. Esses processos aproveitam a eletricidade, a energia térmica, os fótons, as reações eletroquímicas, as interações químicas, as ondas acústicas ou as forças mecânicas especializadas para manipular materiais em escala micro ou macro.
Diferentemente dos métodos de usinagem convencionais que dependem principalmente de forças de corte mecânicas, os processos não tradicionais exploram interações exclusivas entre energia e material para obter remoção precisa de material, deformação controlada, alterações de propriedade direcionadas ou deposição seletiva de material. Essas técnicas geralmente se destacam no processamento de materiais difíceis de usinar, na criação de geometrias complexas ou na obtenção de acabamentos de superfície além dos recursos dos métodos tradicionais.
Os resultados dos processos de usinagem não tradicionais podem incluir:
Esses processos avançados desempenham um papel crucial na fabricação moderna, permitindo a produção de componentes de alta precisão para os setores aeroespacial, de dispositivos médicos, eletrônicos e outros setores de ponta.
A usinagem mecânica tradicional tem sido a pedra angular da produção humana e da civilização material há séculos. A maioria dos produtos atuais, de eletrodomésticos a veículos de transporte complexos e equipamentos de defesa, ainda é fabricada e montada usando esses métodos convencionais.
A usinagem tradicional se baseia principalmente na energia mecânica e nas forças de corte para remover o excesso de material, moldando as peças em dimensões geométricas e acabamentos de superfície específicos. Esse processo exige que o material da ferramenta seja mais duro do que o material da peça.
No entanto, o rápido avanço da ciência e da tecnologia desde a década de 1950, especialmente impulsionado pelas demandas do setor de defesa, levou a desafios de fabricação cada vez mais complexos. Esses desafios incluem a necessidade de componentes de alta precisão, alta velocidade, alta temperatura e alta pressão, além de produtos miniaturizados. Consequentemente, os materiais se tornaram mais difíceis de usinar e as geometrias dos produtos mais complexas, com tolerâncias dimensionais e requisitos de acabamento de superfície cada vez mais rigorosos.
Essas demandas em evolução exigiram novos recursos na fabricação mecânica, incluindo:
Para enfrentar esses desafios, os pesquisadores desenvolveram a Usinagem Não Tradicional (NTM), também conhecida como Usinagem Não Convencional (NCM). Esses processos utilizam várias formas de energia, inclusive elétrica, magnética, acústica, óptica e térmica, bem como energia química e técnicas mecânicas especializadas para afetar diretamente a área de usinagem, removendo, deformando ou alterando as propriedades do material.
Os principais recursos da usinagem não tradicional incluem:
Essas características permitem que a NTM processe uma ampla gama de materiais - metálicos e não metálicos - independentemente de sua dureza, resistência, tenacidade ou fragilidade. A NTM se destaca na usinagem de geometrias complexas, micro-superfícies e componentes de baixa rigidez. Além disso, determinados métodos de NTM são capazes de obter superacabamento, acabamento espelhado e até mesmo precisão de usinagem em escala nanométrica (atômica).
À medida que os métodos tradicionais de usinagem atingem seus limites na abordagem desses desafios técnicos avançados, a usinagem não tradicional tornou-se uma solução indispensável na fabricação moderna, expandindo continuamente os limites do que é possível no processamento de materiais e na fabricação de produtos.
Os processos de usinagem não tradicionais podem ser classificados em várias categorias com base em sua fonte de energia, forma funcional e princípios subjacentes. Esse sistema de classificação oferece uma abordagem estruturada para compreender e comparar várias técnicas avançadas de fabricação. A tabela a seguir apresenta uma visão geral abrangente dessas classificações:
| Método de usinagem | Principal forma de energia | Forma funcional | |
| Usinagem por descarga elétrica | Usinagem por conformação EDM | Eletricidade, energia térmica | Fusão, gaseificação |
| Usinagem de corte EDM | Eletricidade, energia térmica | Fusão, gaseificação | |
| Usinagem eletroquímica | Usinagem eletroquímica | Energia eletroquímica | Transferência de íons |
| Usinagem por eletroformação | Energia eletroquímica | Transferência de íons | |
| Usinagem por chapeamento | Energia eletroquímica | Transferência de íons | |
| Usinagem com feixe de alta energia | Usinagem com feixe de laser | Luz, energia térmica | Fusão, gaseificação |
| Usinagem por feixe de elétrons | Eletricidade, energia térmica | Fusão, gaseificação | |
| Usinagem com feixe de íons | Eletricidade, energia mecânica | Abscisão | |
| Usinagem com arco de plasma | Eletricidade, energia térmica | Fusão, gaseificação | |
| Corte de material e usinagem por erosão | Usinagem ultrassônica | Energia acústica e mecânica | Abscisão |
| Usinagem de fluxo abrasivo | Energia mecânica | Abscisão | |
| Usinagem química | Usinagem de fresamento químico | Energia química | Corrosão |
| Fabricação de chapas fotográficas | Energia química | Corrosão | |
| Energia luminosa | |||
| Processo de litografia | Luz, energia química | Fotoquímica, corrosão | |
| Revestimento por fotoeletroformação | Luz, energia química | Fotoquímica, corrosão | |
| Usinagem por gravação | Energia química | corrosão | |
| Ligação | Energia química | Ligações químicas | |
| Usinagem contra explosão | Energia química, energia mecânica | explosão | |
| Usinagem de formação | Metalurgia do pó | Energia térmica | Termoformagem |
| Energia mecânica | |||
| Formação superplástica | Energia mecânica | Superplástico | |
| Prototipagem rápida | Energia térmica | Conformação por fusão a quente | |
| Energia mecânica | |||
| Usinagem de compostos | Usinagem de arco eletroquímico | Energia eletroquímica | Corrosão por fusão e gaseificação |
| Retificação mecânica por eletroerosão | Eletricidade, energia térmica | Transferência de íons, fusão, corte | |
| Gravação eletroquímica | Energia eletroquímica, Energia térmica | Fusão, corrosão por gaseificação | |
| EDM ultrassônico | Som, calor, eletricidade | Fusão, Abscisão | |
| Usinagem eletrolítica complexa | Energia eletroquímica, energia mecânica | Abscisão | |
| Usinagem combinada de base de corte | Energia mecânica, acústica e magnética | Corte | |
Esse sistema de classificação permite que engenheiros e fabricantes selecionem o processo de usinagem não tradicional mais adequado com base em propriedades específicas do material, resultados desejados e requisitos de produção. A compreensão dessas categorias facilita a tomada de decisões informadas em cenários de fabricação avançada, permitindo a otimização dos processos de produção e a obtenção de geometrias complexas ou acabamentos de superfície que são desafiadores ou impossíveis com os métodos de usinagem convencionais.
Princípio básico:
EDM, ou usinagem por descarga elétrica, é um tipo de método de usinagem não tradicional que envolve a gravação de materiais condutores por meio da erosão elétrica causada pela descarga de pulso entre dois polos imersos em um líquido de trabalho. Esse processo também é conhecido como Usinagem por Descarga ou Usinagem por Eletroerosão. O equipamento básico para esse método é uma máquina-ferramenta de eletroerosão.
Principais recursos do EDM:
Faixa de aplicação:
Princípio básico:
O princípio da dissolução eletroquímica é utilizado na usinagem eletrolítica, com o auxílio de um molde como cátodo. A peça de trabalho é usinada em um formato e tamanho específicos.
Faixa de aplicação:
A usinagem eletrolítica é ideal para materiais que são difíceis de usinar e para peças com formas complexas ou paredes finas.
Esse método tem sido amplamente utilizado em várias aplicações, como rifling de cano de arma, lâminas, impulsores integrais, moldes, furos e peças perfiladas, chanfro e rebarbação.
Em muitas operações de usinagem, a tecnologia de usinagem eletrolítica adquiriu uma função significativa ou até mesmo indispensável.
Vantagens:
Limitações:
Princípios básicos:
A usinagem a laser é um processo que utiliza feixes de luz de alta energia, focalizados por uma lente, para derreter ou vaporizar materiais e removê-los em um curto espaço de tempo para obter a usinagem.
Vantagens:
A tecnologia de usinagem a laser tem vantagens como desperdício mínimo de material, custo-benefício na produção em larga escala e versatilidade na usinagem de objetos. Na Europa, a tecnologia a laser é amplamente usada para soldar materiais especiais, como carrocerias de automóveis de alta qualidade, asas de aeronaves e fuselagens de naves espaciais.
Faixa de aplicação:
Como a aplicação mais comumente usada, as tecnologias de usinagem a laser incluem principalmente soldagem a laser, corte a lasermodificação de superfície, marcação a laser, perfuração a lasermicro usinagem e deposição fotoquímica, estereolitografia, gravação a laser e assim por diante.
Princípios básicos:
A usinagem por feixe de elétrons (EBM) é a usinagem de materiais usando os efeitos térmicos ou de ionização de feixes de elétrons convergentes de alta energia.
Principais características:
Alta densidade de energia, forte penetração, uma ampla gama de profundidade de fusão única, grande proporção de largura de solda, rápida velocidade de soldagemA área de impacto térmico é pequena, a deformação de trabalho é pequena.
Faixa de aplicação:
A usinagem por feixe de elétrons tem uma ampla gama de materiais usináveis e pode usinar áreas muito pequenas.
Ele atinge a precisão de usinagem no nível nanométrico, capaz de usinagem molecular ou atômica.
Ela tem alta produtividade, mas o custo do equipamento de usinagem é alto.
O processo de usinagem produz poluição mínima.
Ele é adequado para a usinagem de microfuros e fendas estreitas e também pode ser usado para soldagem e litografia fina.
A tecnologia de concha de ponte de soldagem por feixe de elétrons a vácuo é a principal aplicação da usinagem por feixe de elétrons no setor de fabricação de automóveis.
Princípios básicos:
A usinagem com feixe de íons é realizada pela aceleração e focalização do fluxo de íons gerado pela fonte de íons na superfície da peça de trabalho em um estado de vácuo.
Principais características:
Devido ao controle preciso da densidade do fluxo de íons e da energia dos íons, é possível obter uma usinagem de ultraprecisão nos níveis nanométrico, molecular e atômico. A usinagem com feixe de íons resulta em poluição, estresse e deformação mínimos e é adaptável aos materiais processados, mas tem um alto custo.
Faixa de aplicação:
A usinagem por feixe de íons pode ser dividida em dois tipos: gravação e revestimento.
Usinagem por gravação:
A gravação iônica é usada na usinagem do rolamento de ar de giroscópios e ranhuras em motores de pressão dinâmica, com alta resolução, alta precisão e boa consistência de repetição.
Outra aplicação da gravação por feixe de íons é a gravação de gráficos de alta precisão, como circuitos integrados, dispositivos optoeletrônicos e dispositivos ópticos integrados.
A gravação com feixe de íons também é usada para desbastar materiais para preparar amostras para microscopia eletrônica de penetração.
Usinagem de revestimento:
A usinagem de revestimento por feixe de íons tem duas formas: deposição por sputtering e revestimento iônico.
O revestimento iônico pode ser aplicado a uma ampla variedade de materiais. Filmes metálicos ou não metálicos podem ser revestidos em superfícies metálicas ou não metálicas, e várias ligas, compostos ou materiais sintéticos, materiais semicondutores e materiais de alto ponto de fusão também podem ser revestidos.
A tecnologia de revestimento por feixe de íons é usada para revestir filmes lubrificantes, filmes resistentes ao calor, filmes resistentes ao desgaste, filmes decorativos e filmes elétricos.
Princípios básicos:
Arco de plasma A usinagem com plasma é um método de usinagem não tradicional para cortar, soldar e pulverizar metais ou não metais por meio da energia térmica do arco de plasma.
Principais características:
Faixa de aplicação:
É amplamente usado na produção industrial, especialmente para a soldagem de cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, ligas de aço, aço inoxidável, molibdênio usado na indústria militar e na tecnologia industrial de ponta, como a aeroespacial, como o revestimento de mísseis de liga de titânio, alguns dos contêineres de paredes finas de aeronaves.
Princípios básicos:
Usinagem ultrassônica faz com que a superfície da peça de trabalho seja gradualmente quebrada pelo uso da frequência ultrassônica como ferramenta para vibração de pequena amplitude e perfuração na superfície processada por abrasão livre no líquido entre ela e a peça de trabalho.
A usinagem ultrassônica é frequentemente usada para perfurar, cortar, soldar, encaixar e polir.
Principais características:
Pode usinar qualquer material, especialmente adequado para a usinagem de vários materiais duros, frágeis e não condutores, com alta precisão e boa qualidade de superfície, mas com baixa produtividade.
Faixa de aplicação:
A usinagem ultrassônica é usada principalmente para perfuração (incluindo furos redondos, furos moldados e furos curvos, etc.), corte, ranhura, encaixe, entalhe de vários materiais duros e quebradiços, como vidro, quartzo, cerâmica, silício, germânio, ferrite, pedras preciosas e jade, rebarbação de peças pequenas em lotes, polimento da superfície do molde e retificação de rebolos.
Princípios básicos:
A usinagem química utiliza soluções ácidas, alcalinas ou salinas para corroer ou dissolver o material das peças a fim de obter a forma, o tamanho ou a superfície desejados da peça de trabalho.
Principais características:
Faixa de aplicação:
A tecnologia de RP é uma integração e desenvolvimento da moderna tecnologia CAD/CAM, tecnologia a laser, tecnologia de controle numérico computadorizado, tecnologia de servoacionamento de precisão e tecnologia de novos materiais. Diferentes sistemas de prototipagem rápida têm princípios de formação e características de sistema distintos devido à variação dos materiais de formação, mas o princípio fundamental permanece o mesmo, que é "fabricar por camadas, construindo sobre cada camada".
É semelhante a um processo de integração matemática e, visualmente, o sistema de prototipagem rápida se assemelha a uma "impressora 3D".
Princípios básicos:
A integração e o desenvolvimento da tecnologia de RP, com base na moderna tecnologia CAD/CAM, tecnologia a laser, tecnologia de controle numérico computadorizado, tecnologia de servoacionamento de precisão e material novo permite o recebimento direto de dados de design de produtos (CAD) e a rápida fabricação de amostras, moldes ou modelos de novos produtos sem a necessidade de moldes, cortadores ou acessórios.
Como resultado, o uso e a aplicação generalizados da tecnologia de RP reduzem significativamente o ciclo de desenvolvimento de novos produtos, reduzem os custos de desenvolvimento e melhoram a qualidade do desenvolvimento.
A transição do tradicional "método de eliminação" para o atual "método de crescimento", e da fabricação de moldes para a fabricação sem moldes, representa o impacto revolucionário da tecnologia de RP no setor de fabricação.
Principais características:
A tecnologia RP converte a complexa usinagem tridimensional em uma série de usinagem em camadas, reduzindo significativamente a dificuldade de usinagem. Ela possui as seguintes características:
As características acima indicam que a tecnologia de RP é ideal para o desenvolvimento de novos produtos, a fabricação rápida de peças únicas e de pequenos lotes com formas complexas, o projeto e a produção de moldes e modelos e a produção de materiais que são difíceis de usinar.
Além disso, ele é adequado para a inspeção de design de formas, montagem e engenharia reversa rápida.
Faixa de aplicação:
A tecnologia de prototipagem rápida pode ser aplicada nas áreas de aviação, aeroespacial, automobilística, comunicações, tratamento médico, eletrônica, eletrodomésticos, brinquedos, equipamentos militares, modelagem industrial (escultura), modelo de construção, indústria de máquinas, etc.
Neste artigo, listamos nove tipos de técnicas de usinagem não tradicionais, que podem servir como um guia útil para aqueles que desejam aprender sobre o processo de usinagem não tradicional, suas vantagens, classificações e muito mais.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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