O design moderno de produtos está a evoluir para materiais mais leves, mais fortes e mais duradouros. Esta mudança cria novos desafios quando se trata de cortar e moldar materiais compósitos. A maquinagem CNC para materiais compósitos ajuda a resolver estes desafios, tornando as peças mais precisas e entregando-as mais rapidamente. Neste artigo, vamos explorar os métodos, utilizações e ideias que melhoram a forma como os compósitos são fabricados nas oficinas actuais.
A maquinagem CNC de materiais compósitos utiliza equipamento avançado para cortar e moldar materiais resistentes como a fibra de carbono e a fibra de vidro. Ferramentas e métodos especializados reduzem o desgaste das ferramentas e mantêm as peças resistentes. Este processo permite-lhe fabricar peças leves para indústrias como a aeroespacial, automóvel e médica.
Os compósitos estão a mudar a forma como as empresas concebem e produzem peças. Novas ferramentas e máquinas estão a abrir a porta a mais possibilidades. Continue a ler para descobrir como estas mudanças podem ajudar o seu próximo projeto.
O que são materiais compósitos?
Os compósitos são fabricados através da combinação de dois ou mais materiais. Um dá força e o outro une tudo. Exemplos comuns incluem a fibra de carbono, a fibra de vidro e o Kevlar.
São leves, mas fortes, e resistem ao calor e à corrosão. É por isso que muitas indústrias os utilizam para peças de alto desempenho.
Um compósito tem duas partes principais. O reforço (como fibras de carbono ou de vidro) acrescenta resistência e a matriz (como epóxi ou resina) mantém as fibras no lugar. Em conjunto, criam um material que é mais forte do que as partes isoladas.
Os compósitos apresentam-se sob várias formas - folhas, tubos ou blocos em camadas. Cada forma pode necessitar de uma estratégia de maquinação diferente.
Porquê a maquinagem CNC para materiais compósitos?
A maquinagem CNC permite o corte preciso de peças compostas. Ajuda a moldar formas complexas com tolerâncias apertadas. Este processo utiliza o controlo por computador para mover a ferramenta e remover material.
As ferramentas tradicionais podem desgastar as fibras ou sobreaquecer a resina. A maquinação de compósitos necessita de ferramentas afiadas, velocidades mais baixas e estratégias especiais.
As máquinas CNC efectuam cortes repetíveis, reduzem o erro humano e podem lidar com pequenos protótipos e grandes séries de produção com a mesma precisão.
Tipos de materiais compósitos
Os compósitos combinam dois ou mais materiais para criar algo mais substancial do que as peças individuais. Para a maquinagem CNC, alguns compósitos funcionam melhor do que outros. Aqui estão os tipos mais comuns:
Polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP)
O CFRP combina fibras de carbono com uma resina de polímero. É leve e potente, resiste à corrosão e pode suportar cargas elevadas.
Este material é padrão na indústria aeroespacial, equipamento desportivo e peças de corrida. No entanto, é frágil. Pode fissurar sob tensões específicas. A maquinagem de CFRP requer cuidados para evitar a extração de fibras e a delaminação.
Polímeros reforçados com fibra de vidro (GFRP)
O GFRP utiliza fibras de vidro em vez de carbono. É mais barato do que o CFRP e continua a oferecer uma boa resistência e rigidez.
É utilizado em peças marítimas, pás de turbinas eólicas e caixas electrónicas. O GFRP é mais flexível do que o CFRP, mas, devido à dureza das fibras de vidro, desgasta as ferramentas mais rapidamente.
Compósitos de Kevlar
O Kevlar é conhecido pela sua resistência ao impacto. É utilizado em coletes à prova de bala, capacetes e painéis de proteção.
O Kevlar é resistente, mas rígido na maquinagem. Tem tendência a desfiar-se e a desfiar-se, pelo que são necessárias ferramentas de corte especiais e arestas muito afiadas. A vida útil das ferramentas é frequentemente curta.
Compósitos termoendurecidos vs. compósitos termoplásticos
Os compósitos termoendurecíveis utilizam resinas que curam permanentemente. Uma vez endurecidas, não podem ser remodeladas. São estáveis a temperaturas elevadas e resistem aos produtos químicos.
Os compósitos termoplásticos amolecem com o calor e podem ser remodelados. São melhores para a reciclagem e mais rápidos de processar. Também suportam melhor o impacto.
Guia passo a passo para maquinagem CNC de compósitos
Trabalhar com compósitos requer um planeamento cuidadoso para evitar delaminação, desgaste ou danos na ferramenta. Siga estes passos para obter os melhores resultados:
Etapa 1: Seleção do material
Escolha o compósito correto com base na utilização da peça. Considere a carga, o calor e a exposição a produtos químicos. Além disso, verifique como o material reage às forças de corte.
Etapa 2: Conceção para maquinagem
Manter a conceção da peça simples. Evite cantos internos afiados. Utilize raios sempre que possível. Adicione material extra para aparar. Reduzir as caraterísticas que causam vibração da ferramenta.
Passo 3: Seleção da ferramenta
Utilize ferramentas feitas de diamante policristalino (PCD) ou carboneto. Escolha arestas afiadas e desenhos de canais específicos para reduzir o desgaste. As ferramentas revestidas podem melhorar a vida útil e a qualidade de corte.
Etapa 4: Fixação
Fixar a peça de trabalho com firmeza. Utilizar mesas de vácuo ou mordentes macios para evitar esmagar a peça. Apoiar as secções finas para evitar a flexão ou vibração durante o corte.
Etapa 5: Parâmetros de maquinagem
Utilizar a máquina a velocidades e avanços mais baixos do que nos metais. Utilizar fresagem por escalada em vez de convencional. Evitar movimentos bruscos da ferramenta. Manter a zona de corte fria com ar ou névoa - não inundar com líquido de refrigeração.
Etapa 6: Controlo de qualidade
Inspecionar a peça quanto a delaminação, rutura de fibras e danos causados pelo calor. Utilize câmaras ou sensores para verificar as caraterísticas. As verificações dimensionais ajudam a garantir a repetibilidade e a precisão.
Etapa 7: Pós-maquinação
Limpar o pó e as fibras. Lixar as arestas, se necessário. São aplicados selantes ou revestimentos para proteger as fibras expostas. Algumas peças podem necessitar de ser coladas ou unidas antes de serem utilizadas.
Principais diferenças em relação à maquinagem CNC de metais
A maquinação CNC de materiais compósitos não é igual à maquinação de metais. As ferramentas, as definições da máquina e o processo de corte têm de ser ajustados.
Comportamento do material e interação com a ferramenta
Os metais normalmente dobram-se antes de se partirem, mas os compósitos não. Podem rachar ou partir-se se forem cortados da forma errada. Ao cortar metal, a ferramenta move-se através de um bloco sólido. Nos compósitos, a ferramenta corta através de camadas de fibra e resina, o que pode fazer com que as fibras se levantem, descasquem ou partam.
Os compósitos são também mais abrasivos do que a maioria dos metais. Desgastam as ferramentas de corte mais rapidamente. As ferramentas padrão podem ficar cegas rapidamente e deixar arestas ásperas.
Forças de corte e avanços
Os compósitos criam forças de corte mais baixas do que os metais, mas as tropas podem mudar repentinamente. Os percursos da ferramenta devem manter-se suaves para evitar danificar a peça.
As taxas de alimentação também precisam de ser mais lentas. Um movimento rápido ou repentino pode rachar a superfície ou fazer com que as camadas se separem. É preferível efetuar vários cortes ligeiros em vez de um corte profundo. Isto ajuda a controlar o calor e mantém a superfície limpa.
Sensibilidade ao calor e riscos de delaminação
Os metais podem suportar calor elevado durante a maquinagem, mas os compósitos não. Se ficarem demasiado quentes, a resina pode derreter ou perder força. Para manter o calor baixo, utilize arrefecimento por ar ou névoa. Evite utilizar líquido de arrefecimento por inundação - demasiada humidade pode danificar o material.
A delaminação é um problema comum. Ocorre quando a ferramenta separa as camadas, tornando a peça mais fraca e mais suscetível de falhar.
Seleção de ferramentas para maquinagem CNC de compósitos
A escolha das ferramentas corretas faz a diferença entre cortes limpos e materiais estragados. Eis o que funciona melhor para materiais compósitos:
Ferramentas de metal duro vs. ferramentas com revestimento de diamante
As ferramentas de metal duro são fortes e afiadas. Funcionam bem para pequenas séries de produção ou para cortar compósitos mais macios como o GFRP. Mas desgastam-se rapidamente quando cortam fibras mais duras, como o carbono ou o vidro.
As ferramentas com revestimento de diamante duram muito mais tempo. Opções como o diamante policristalino (PCD) ou revestimentos semelhantes ao diamante resistem ao desgaste das fibras abrasivas. Estas ferramentas custam mais, mas são ideais para trabalhos longos e tolerâncias apertadas.
Otimização da geometria da ferramenta
A forma da ferramenta afecta a qualidade do corte. As arestas afiadas ajudam a reduzir o desgaste das fibras. As ranhuras de corte ascendente e descendente ajudam a afastar as aparas e a proteger a superfície de danos.
As tupias em espiral ou tipo rebarba são comuns para painéis compostos. Quando perfuraçãoUtilizar ferramentas com ângulos de ponta concebidos para evitar a fratura das camadas ao entrar ou sair do furo.
Estratégias de refrigeração e lubrificação
Os compósitos não reagem bem ao líquido de arrefecimento de inundações. Demasiada humidade pode danificar a resina e alterações significativas de temperatura podem provocar fissuras.
O corte a seco com ar comprimido é frequentemente a melhor opção. Ajuda a arrefecer a ferramenta e limpa as aparas ao mesmo tempo.
Algumas configurações utilizam arrefecimento por névoa com pequenas quantidades de fluido. Isto mantém o calor e o desgaste da ferramenta baixos sem encharcar a peça.
Técnicas de maquinagem para materiais compósitos
Diferentes técnicas de maquinação podem ajudar a melhorar a qualidade da peça, reduzir o desgaste da ferramenta e acelerar a produção. O melhor método depende do tipo de compósito e das necessidades da peça.
Usinagem de alta velocidade
Maquinação a alta velocidade utiliza velocidades de fuso mais rápidas e forças de corte mais baixas. Isto ajuda a efetuar cortes mais limpos e reduz problemas como o arrancamento de fibras ou a delaminação.
Para utilizar bem este método, são necessárias as ferramentas corretas. As ferramentas com revestimento de diamante ou de carboneto com formas especiais funcionam melhor. Também é essencial manter os trajectos das ferramentas suaves para evitar danos.
Perfuração Peck e corte em camadas
A perfuração Peck remove o material passo a passo. A broca entra e sai para limpar as aparas e reduzir o calor, reduzindo o desgaste das fibras e das ferramentas.
O corte em camadas também remove o material em pequenos passos. Evita uma pressão de corte elevada e ajuda a evitar a separação das camadas.
Maquinação CNC assistida por jato de água e ultra-sons
Maquinação por jato de água Corta materiais compósitos utilizando uma corrente de água a alta pressão misturada com partículas abrasivas. Não produz calor e funciona bem com materiais espessos ou em camadas.
A maquinação assistida por ultra-sons adiciona vibração à ferramenta. Isto quebra o material mais suavemente, reduzindo as forças de corte e melhorando a precisão.
Vantagens da maquinagem CNC de materiais compósitos
A maquinagem CNC traz muitas vantagens quando se trabalha com materiais compósitos. Estas vantagens tornam-na uma escolha fiável para criar peças fortes e precisas.
Elevada precisão e repetibilidade
As máquinas CNC seguem caminhos exactos com base em instruções programadas, resultando em cortes precisos e arestas suaves. As peças mantêm-se consistentes, mesmo quando as formas são complexas ou as tolerâncias são apertadas.
Redução do desperdício de materiais
Os materiais compósitos são dispendiosos. A maquinação CNC corta apenas o que é necessário, o que ajuda a reduzir os desperdícios. Também reduz a possibilidade de erros que poderiam desperdiçar uma peça inteira.
Flexibilidade na conceção de peças
A maquinagem CNC permite alterações rápidas no design das peças. É possível passar de um protótipo para uma produção completa sem necessidade de novas ferramentas ou configurações. Isto é útil para peças personalizadas ou quando os projectos mudam frequentemente.
Bordos limpos e acabamentos finos
Com a configuração correta, as máquinas CNC podem cortar arestas e orifícios limpos. Isto reduz o desgaste da fibra e limita a necessidade de trabalho de acabamento adicional.
Produção escalável
A maquinagem CNC funciona bem tanto para pequenas como para grandes séries de produção. Quer precise de uma peça ou de mil, o processo mantém-se preciso e consistente, o que o torna adequado tanto para testes como para produção em grande escala.
Aplicações em todos os sectores
A maquinação CNC torna possível produzir peças compostas fiáveis em muitas indústrias. Eis os domínios em que têm maior impacto:
Componentes Aeroespaciais
No sector aeroespacial, as peças têm de ser simultaneamente leves e resistentes. As peças mais leves ajudam a reduzir o consumo de combustível, ao mesmo tempo que cumprem as normas de segurança e desempenho. As peças compostas maquinadas por CNC são comuns em painéis interiores, suportes, coberturas e estruturas de suporte.
Estruturas ligeiras para automóveis
Os fabricantes de automóveis utilizam materiais compósitos para reduzir o peso dos veículos. Isto leva a uma maior economia de combustível e ajuda os veículos eléctricos a percorrerem maiores distâncias entre carregamentos. A maquinação CNC dá forma a peças como painéis de instrumentos, suportes de para-choques e painéis exteriores.
Equipamento desportivo
O equipamento desportivo de alto desempenho tem de ser firme, mas não pesado. As bicicletas, os capacetes, as raquetes de ténis e as pranchas de surf utilizam frequentemente materiais compósitos. A maquinagem CNC confere a estas peças um aspeto limpo e uma forma precisa.
Dispositivos médicos
Os instrumentos e suportes médicos têm de ser resistentes, leves e confortáveis para o doente. Os compósitos são utilizados em próteses, aparelhos e peças para máquinas de imagiologia. A maquinação CNC facilita o cumprimento de tolerâncias apertadas e a criação de formas complexas.
Melhores práticas para uma maquinagem eficiente de materiais compósitos
É necessário ajustar a sua configuração para obter resultados limpos e precisos com compósitos. Siga estas práticas recomendadas para otimizar o seu processo:
Utilizar as ferramentas corretas
Escolha sempre ferramentas concebidas para materiais compósitos. As ferramentas PCD ou com revestimento de diamante duram mais tempo e mantêm-se afiadas. Utilize o estilo de flauta correto para reduzir o desgaste e a acumulação de aparas. Evite ferramentas de uso geral feitas para metais.
Controlo dos parâmetros de corte
Defina velocidades de fuso e taxas de alimentação mais baixas do que as utilizadas para metal. Utilize profundidades de corte pouco profundas. As velocidades elevadas podem sobreaquecer a resina e causar delaminação. Mantenha as trajectórias das ferramentas suaves para evitar solavancos ou movimentos bruscos.
Controlo de poeiras
A maquinagem de materiais compósitos cria poeiras finas e nocivas. Utilizar um sistema de recolha de poeiras ou aspirar na fonte. Utilize equipamento de proteção. Mantenha a área de trabalho limpa para proteger os operadores e manter a precisão da máquina.
Fixação e fixação
Segure bem as peças sem as esmagar. Utilizar mandíbulas macias ou mesas de vácuo quando necessário. Apoie totalmente a peça para evitar movimentos ou flexões durante a maquinagem. Uma configuração estável melhora a precisão e o acabamento da superfície.
Evitar a delaminação e o estilhaçamento
Utilizar ferramentas afiadas e reduzir a pressão da ferramenta. Aplicar a fresagem por escalada em vez da fresagem convencional. Perfurar com uma placa de apoio para suportar o lado de saída. A perfuração de peck e o corte em camadas também minimizam a possibilidade de danos.
Conclusão
A maquinagem CNC de materiais compósitos permite aos fabricantes produzir peças fortes, leves e precisas em várias indústrias. Com as ferramentas, definições e métodos corretos, é possível cortar formas complexas sem danificar o material. Em comparação com os metais, os compósitos necessitam de um maior controlo sobre o calor, a velocidade e o pó.
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Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
