Rugosidade da superfície em usinagem CNC

A rugosidade da superfície é um indicador importante para medir as irregularidades microscópicas da superfície de uma peça, afetando diretamente a resistência ao desgaste, as propriedades de ajuste, a resistência à fadiga, o desempenho de vedação e a aparência da peça. Na usinagem com controle numérico, o controle preciso da rugosidade da superfície é a chave para medir a qualidade da usinagem.

I. Conceitos Básicos: Ra e Rz

Na maioria das vezes, você encontrará dois parâmetros:

· Ra (Desvio Médio Aritmético): O indicador mais comumente utilizado. É a média aritmética dos valores absolutos do deslocamento do contorno dentro do comprimento amostral. Quanto menor o valor de Ra, mais lisa é a superfície.

· Compreensão intuitiva: Ra reflete a diferença de altura "média" da superfície. Por exemplo:

· Ra 0,8 μm: Marcas de processamento visíveis, mas suaves ao toque (obtidas através de fresamento de precisão e torneamento de precisão).

· Ra 1,6 μm: Marcas de processamento ligeiramente visíveis (requisitos padrão gerais para processamento fino).

· Ra 3,2 μm: Marcas de processamento visíveis (valor comum para semiacabamento).

· Ra 6,3 μm: Marcas de ferramentas claramente visíveis (no estado após usinagem grosseira).

· Rz (Altura Máxima): Distância entre a linha de pico do contorno e a linha de fundo do vale dentro do comprimento de amostragem. Dá mais atenção aos picos e vales extremos na superfície, que são mais importantes para o desempenho, como a vedação.

Simplificando: Ra analisa o "nível médio", enquanto Rz analisa a "situação extrema". Em geral processamento mecânico, Ra é mais comumente usado.

Ii. Quatro fatores principais que afetam a rugosidade da superfície

O controle da rugosidade da superfície envolve essencialmente o controle da interação entre a ferramenta de corte e a peça. Os principais fatores de influência podem ser resumidos em quatro pontos:

1. Parâmetros de corte (núcleo do programa CNC

· Velocidade de corte (Vc): Aumentar a velocidade de rotação/velocidade linear costuma ser a maneira mais eficaz de melhorar o acabamento. Velocidades mais altas podem reduzir a formação de aresta postiça (BUE), tornando o processo de corte mais suave e, assim, obtendo uma superfície mais lisa.

· Avanço (F): Este é um dos parâmetros que mais impactam a rugosidade. Reduzir o avanço pode diminuir diretamente a altura das marcas residuais da ferramenta na superfície usinada (a rugosidade teórica é proporcional ao quadrado do avanço).

· Profundidade de corte (Ap): Normalmente, sua influência na rugosidade é indireta. Profundidade de corte excessiva pode causar vibração e deformação da ferramenta, deteriorando assim a qualidade da superfície.

2. Seleção de ferramentas

· Raio do arco da ponta (Re): Aumentar o raio do arco da ponta é outra ferramenta poderosa para melhorar a rugosidade da superfície. Um raio de arco maior pode tornar as marcas da ferramenta mais suaves e reduzir significativamente o valor teórico da rugosidade.

· Material e revestimento da ferramenta: revestimentos com boa resistência ao desgaste (como TiAlN) e substratos mais duros (como carboneto cimentado) podem manter a aresta de corte afiada e reduzir a deterioração da superfície causada pelo desgaste.

· Desgaste da ferramenta: Ferramentas desgastadas são as maiores responsáveis ​​pela perda da qualidade da superfície. Uma lâmina cega comprime o material em vez de cortá-lo, causando rebarbas, rasgos e um aumento acentuado na rugosidade da superfície. As ferramentas de corte devem ser inspecionadas e substituídas regularmente.

3. Máquinas-ferramentas e fixação

· Rigidez/condição da máquina-ferramenta: Máquinas-ferramentas antigas com folga nos rolamentos do eixo principal são propensas à vibração (flutter), o que deixará marcas de vibração óbvias na superfície e danificará seriamente a rugosidade.

· Rigidez de fixação da peça: A peça deve estar firmemente fixada. Qualquer leve vibração será replicada na superfície usinada.

· Precisão de fixação da ferramenta: usar porta-ferramentas de alta qualidade (como porta-ferramentas termoencolhíveis ou porta-ferramentas hidráulicos) pode reduzir o desvio da ferramenta, garantir que todas as arestas de corte participem do corte uniformemente e obter um acabamento de superfície consistente.

4. Propriedades do material

· Dureza e tenacidade do material: Materiais viscosos (como alumínio e aço inoxidável) são propensos à formação de arestas postiças, e os cavacos aderem à aresta de corte e rasgam a superfície usinada. Materiais frágeis (como ferro fundido) têm maior probabilidade de obter um melhor acabamento superficial.

· Refrigeração e lubrificação: O uso correto do líquido de arrefecimento é de vital importância.

Para materiais como liga de alumínio, uma quantidade suficiente de líquido de arrefecimento pode remover lascas, evitar arranhões na superfície usinada e diminuir a temperatura.

Para aço inoxidável, liga de titânio e outros materiais, o uso de refrigerante à base de óleo ou refrigerante de alta pressão pode lubrificar efetivamente, reduzir a força de corte e suprimir a aresta postiça.

III. Habilidades e Soluções Práticas

Fenômenos problemáticos, causas possíveis, soluções

Há marcas de vibração regulares na superfície da máquina-ferramenta/peça de trabalho/ferramenta (vibração). 1. Verifique e melhore a rigidez da fixação. 2. Ajuste os parâmetros de corte (ajuste fino da velocidade de rotação ou da taxa de avanço) para alterar a frequência de vibração. 3. Reduza o comprimento do balanço da ferramenta de corte e use uma mais grossa.

Há materiais rasgados e rebarbas aderidos à ferramenta na superfície, e a aresta postiça é severa. 1. Aumente a velocidade de corte. 2. Use ferramentas afiadas com ranhuras de polimento. 3. Aumente a concentração e a vazão do líquido de arrefecimento ou troque por um líquido de arrefecimento com melhor lubrificação.

Rugosidade superficial irregular e desgaste da ferramenta: 1. Inspecione e substitua as ferramentas desgastadas. 2. Otimize o caminho de processamento para evitar que a ferramenta fique no canto por muito tempo.

O valor alvo de Ra não pode ser alcançado. A combinação de parâmetros não é razoável. 1. Tente reduzir a taxa de avanço (F) primeiro. Em seguida, tente aumentar a velocidade do fuso (S). 3. Substitua a ferramenta por uma com raio de ponta maior (Re).

Problema de programação do caminho da ferramenta para diferença de rugosidade em áreas específicas: 1. Use uma distância de passo menor (passo) durante a usinagem de acabamento (geralmente menos de 10% do diâmetro da ferramenta). 2. Ao finalizar o contorno, use arcos para entrada e saída para evitar penetração direta na peça de trabalho.

Iv. Estratégias clássicas de ajuste de parâmetros (tomando a usinagem fina como exemplo)

Para obter uma superfície mais lisa (como Ra 0,8), faça ajustes na seguinte ordem de prioridade:

Primeira opção: reduzir a taxa de avanço (F). Este é o método mais direto e eficaz.

2. Segunda opção: Aumente a velocidade de corte (Vc/S). No entanto, a velocidade nominal da ferramenta de corte e a capacidade da máquina-ferramenta precisam ser levadas em consideração.

3. Novamente: Aumente o raio do arco na ponta da faca (Re). Se a ferramenta e o programa permitirem.

4. Último recurso: use uma ferramenta de lâmina de polimento. Algumas ferramentas de corte modernas são equipadas com arestas de corte especialmente polidas, que podem atingir rugosidade superficial extremamente baixa, mesmo em velocidades de avanço mais altas.

Por fim, não se esqueça:

· Medição: Avalie objetivamente os resultados usando um medidor de rugosidade de superfície em vez de confiar apenas no olho nu e no toque.

· Comunicação com fornecedores: os fornecedores de ferramentas podem fornecer sugestões de parâmetros para materiais e tipos de processamento específicos.

· Experimento e registro: realize cortes de teste simples, registre combinações de parâmetros bem-sucedidas e estabeleça sua própria biblioteca de parâmetros de processamento.

Ao compreender sistematicamente os fatores acima e aplicar essas técnicas de forma flexível, você será capaz de prever e controlar efetivamente a rugosidade da superfície de Usinagem CNC, e produzir produtos de maior qualidade.