Fabrico de calços personalizados através de fresagem CNC

Uma calça metálica é uma peça fina e plana de metal, frequentemente utilizada para preencher pequenas folgas entre objetos. Outras aplicações em que o fabrico de calças personalizadas se revela útil incluem a prestação de apoio, a garantia de superfícies niveladas ou o ajuste de tolerâncias em maquinaria.

A fabricação de calços metálicos pode ser feita a partir de titânio, aço inoxidável, alumínio, cobre ou latão. Algumas das razões pelas quais os calços metálicos são utilizados em diversos setores incluem:

• Elevada resistência e durabilidade: São altamente resistentes a altas temperaturas e ao desgaste, em comparação com o plástico, o que as torna adequadas para aplicações de serviço pesado.
• Poupança a longo prazo: A calça metálica absorve a vibração e o desgaste, protegendo assim as máquinas complexas contra danos. Isto reduz os custos de reparação e o tempo de inatividade.
• Extremamente versátil: São frequentemente utilizados na indústria automóvel para o espaçamento de componentes do motor, o alinhamento adequado de máquinas, construções estruturais para nivelar vigas e fixações industriais para a montagem de máquinas em superfícies irregulares.

Algumas das principais considerações a ter em conta na fabricação de calços metálicos incluem a seleção do material adequado, em função da aplicação ou das condições ambientais, as tolerâncias de precisão para garantir o alinhamento correto e os requisitos de carga. Outros fatores que orientarão a produção incluem a espessura, a forma e a planicidade.

Requisitos do cliente

Um cliente dirigiu-se às instalações da First Mold para solicitar um serviço de fresagem CNC para o fabrico personalizado de calços em pequenas quantidades. O material preferido pelo cliente para a criação deste produto era o titânio. Esperava-se que a calça produzida tivesse um aspeto brilhante padrão, com uma tolerância muito rigorosa de ±0,0254 mm. O cliente salientou a necessidade de tolerâncias rigorosas em termos de planicidade e espessura.

“Isto pode ser considerado um pequeno desafio, sobretudo devido à tolerância apertada e à natureza do material”, afirmou o diretor-geral da First Mold, James Li. “Mas o nosso foco, enquanto empresa, sempre foi colocar as necessidades do cliente em primeiro lugar.”

Desafios e soluções

Embora se tratasse de um produto de aspeto relativamente simples, o material escolhido e a calça de titânio personalizada — fabricada por fresagem CNC em pequenas quantidades — apresentaram desafios únicos. O titânio é caro e o desperdício de uma única peça acarreta perdas avultadas.

As peças finas em liga de titânio são particularmente difíceis de processar na maquinação CNC. A maioria dos nossos concorrentes costuma recusar este tipo de encomendas, uma vez que a liga de titânio é difícil de cortar e, quanto mais fina for a peça, mais facilmente se deforma. A produção em pequenas quantidades também não é rentável.

Fabrico de calços personalizados em pequenas quantidades

A razão pela qual a maioria dos fornecedores recusa de imediato a produção de calços em pequenos volumes é que tal não é rentável. A fresagem CNC de titânio para criar um calço personalizado implica elevados custos fixos iniciais decorrentes da configuração da máquina, da programação, da seleção de ferramentas e da inspeção. Este custo fixo inicial tem de ser amortizado por um número reduzido de peças, o que resulta num elevado custo unitário. Outras razões pelas quais os fornecedores recusam a produção de calços personalizados em pequenos volumes incluem:

• Falta de economias de escala na aquisição de materiais: Ao fabricarem calços em pequenas quantidades, os fabricantes não conseguem beneficiar de descontos por compra a granel, o que se traduz num custo mais elevado da matéria-prima.
• Aumento da mão-de-obra: As produções de baixo volume exigem frequentemente um maior número de intervenções manuais, ajustes personalizados e tempo de trabalho de operadores qualificados, o que aumenta o custo global de produção.
• Requisito de controlo de qualidade rigoroso: Ao contrário da produção em grande escala, que muitas vezes beneficia de processos automatizados, as produções em menor escala exigem inspeções manuais rigorosas e demoradas.

A First Mold estabeleceu relações sólidas com fornecedores de matérias-primas e conta com recursos avançados de hardware e software para a fresagem CNC. A combinação destes fatores permite-nos produzir calços de titânio em pequenas quantidades que outros fornecedores não se atrevem a aceitar.

Deformação de peças finas de titânio

Nem todos os fornecedores têm competência para fabricar calços personalizados em titânio. Isto deve-se ao baixo módulo de elasticidade do material (cerca de 110 GPa, em comparação com os cerca de 200 GPa do aço). Além disso, apresenta baixa condutividade térmica (cerca de 1/7 da do aço) e elevada reatividade química. Estas propriedades podem causar deflexões significativas, desequilíbrios de tensão residual ou distorções induzidas pelo calor durante a maquinagem.

Por exemplo, durante a maquinagem, o impacto do calor gerado na aresta de corte não é dissipado pelas limalhas, o que leva a altas temperaturas concentradas que podem exceder os 1000 °C. O calor localizado fará com que o titânio, sendo um material fino e frágil, se expanda de forma irregular durante o corte. Quando arrefece, isto pode provocar empenamento ou distorções significativas. Outros fatores que podem levar à deformação ao trabalhar com titânio incluem:

• Deformação causada pela fixação: Uma fixação irregular, radial ou excessiva pode causar a pré-deformação do calço. Assim que for libertado após a maquinagem, o calço irá deformar-se ou recuperar a sua forma original.
• Deformação resultante do efeito de “retorno elástico”: Sempre que a máquina-ferramenta passa durante o fabrico das calças metálicas, a calça fina deforma-se e volta à posição inicial. Isto pode causar imprecisões dimensionais.
• Endurecimento por deformação: Isto acontece quando a camada superficial do 30% endurece. Quando tal acontece, é necessária uma maior força de corte, o que gera tensões internas.

A First Mold conta com uma equipa de engenheiros com uma longa experiência no trabalho com titânio. Em conjunto, criaram estratégias de mitigação para superar alguns dos desafios associados ao fabrico de um calço personalizado através de fresagem CNC. Algumas das estratégias de mitigação utilizadas pela First Mold para satisfazer os requisitos do cliente incluem:

• Utilização de grampos de mandíbulas macias: Isto ajuda a distribuir uniformemente a pressão, evitando uma concentração excessiva da mesma.
• Integração do líquido de arrefecimento de alta pressão: Isto ajuda a controlar o calor à volta da superfície de corte, bem como a facilitar a remoção das limalhas.
• Utilização de uma ferramenta de corte afiada: Quanto mais afiada for a ferramenta de corte, menor será a força de corte. Isto leva a uma redução da geração de calor e da pressão exercida sobre o calço.
• Alívio do stress: A equipa submeteu a calça a um recozimento para libertar as tensões internas antes do acabamento. Esta medida garantiu o cumprimento rigoroso das tolerâncias de planicidade e espessura.

Soluções personalizadas e entrega rápida de protótipos

Embora a maioria dos fornecedores na China recuse encomendas de calços de titânio personalizados — fresagem CNC em pequenas quantidades —, a First Mold consegue garantir entregas rápidas para projetos de pequenas quantidades, graças à nossa tecnologia avançada e às parcerias que estabelecemos ao longo dos anos.

Por exemplo, neste projeto, o fabricante pretendia que os protótipos fossem entregues em menos de quatro semanas. A aquisição do titânio para o projeto teria consumido a maior parte do tempo disponível. O stock da First Mold, bem como o dos nossos parceiros, inclui diversas matérias-primas. A disponibilidade dessas matérias-primas permitiu à equipa acelerar o fabrico de protótipos de calços personalizados.

O tempo poupado na aquisição de materiais é investido no aperfeiçoamento do projeto CAD do protótipo. A First Mold também utilizou a avançada máquina CNC de 5 eixos para reduzir o tempo de configuração em até 40%, bem como para aumentar a precisão. O protótipo foi testado quanto à precisão dimensional, planicidade e espessura utilizando máquinas de medição por coordenadas (CMM), para garantir que cumpre as especificações do projeto do cliente.

Fabrico de calços metálicos para indústrias de ponta

O cliente era um fabricante de gama alta. O desafio na produção de calços personalizados para indústrias de gama alta, como a aeroespacial, o equipamento médico, o equipamento desportivo de gama alta e a maquinaria de precisão, reside no facto de estes exigirem uma atenção extrema à integridade dos materiais, à precisão e às técnicas de fabrico, a fim de eliminar defeitos.

Por exemplo, as rebarbas nas arestas têm de ser removidas, pois podem causar desalinhamento ou criar zonas de elevado atrito. Algumas das considerações fundamentais para o fabrico de calços personalizados de alta qualidade incluem:

• Espessura uniforme: A calça deve respeitar tolerâncias de espessura extremamente rigorosas para evitar avarias catastróficas na máquina. A espessura deve ser uniforme em toda a superfície, a fim de evitar concentrações de tensão ou cargas desiguais.
• Acabamento da superfície: A superfície deve ter um acabamento liso para minimizar o desgaste e o atrito. Uma vez que o projeto envolvia a produção em pequenas quantidades, a First Mold conseguiu o nível desejado de lisura e planicidade da superfície recorrendo à técnica de lapidação.

Após a fresagem CNC para aplicações de alta qualidade, a First Mold limpa e embala a calça para evitar a contaminação. A razão é que, nas indústrias aeroespacial e médica, partículas minúsculas podem causar falhas.

O que o cliente ganhou com a solução da First Mold

O cliente não conseguiu esconder o seu entusiasmo quando recebeu os protótipos das calças de ajuste personalizadas antes do prazo previsto. Após a inspeção, confirmou que a tolerância dimensional, a planicidade, a espessura e o acabamento superficial estavam em conformidade com o indicado no desenho técnico.

“Estamos verdadeiramente gratos à First Mold por ter aceitado assumir este projeto de fabrico de calços em pequenas quantidades”, afirmou o cliente. “Na verdade, foram os primeiros, entre cerca de uma dúzia de fornecedores que contactámos, a concordar em assumir este projeto. Foi um enorme alívio.”

A First Mold não se limitou a enviar alguns protótipos ao cliente. Entregámos exatamente o número necessário de calços personalizados. Ao recorrer a tecnologia avançada e a uma equipa dedicada de engenheiros com experiência no trabalho com titânio, este projeto foi concluído dentro do orçamento do cliente.

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