Compreender a tolerância de maquinagem CNC

Um dos principais papéis da maquinagem CNC no fabrico contemporâneo é assegurar a maquinagem precisa de todas as peças com um elevado grau de repetibilidade.

No entanto, é quase impossível ter uma peça perfeitamente dimensionada. Daí a necessidade de tolerância na maquinação CNC.

As tolerâncias, em termos simples, são restrições às dimensões de uma peça dentro de uma variação permitida. Elas definem o intervalo aceitável para o desvio da forma perfeita de um produto geométrico.

Para a maquinagem de precisão, é crucial compreender a tolerância da maquinagem CNC.

Este guia é o seu recurso completo para compreender a tolerância de maquinagem CNC. Iremos aprofundar os diferentes tipos de tolerâncias, normas de inspeção e como pode otimizar as tolerâncias dos seus projectos.

Principais conclusões

• Compreender a tolerância de maquinagem CNC e a sua relação com o processo de fabrico.
• Análise aprofundada dos diferentes tipos de tolerâncias, nomeadamente tolerâncias gerais, unilaterais, bilaterais e limites.
• Conhecimento das normas ISO, como a ISO 2768, e do seu papel na definição dos limites de tolerância.
• Principais considerações para selecionar os níveis de tolerância adequados com base no material, métodos de maquinação e custo.
• Sugestões para obter tolerâncias óptimas na maquinagem CNC para garantir a precisão e a funcionalidade das peças.

Compreender a tolerância de maquinagem CNC

Conforme referido, a tolerância de maquinagem CNC é a tolerância de desvio de uma dimensão respectiva.

A gama de variação aceitável das dimensões que não permite que uma peça funcione para a utilização pretendida - por vezes diferenças subtis no tamanho, forma e espessura - é a razão pela qual as tolerâncias são utilizadas.

A margem de erro controlada introduz a importância das tolerâncias. Assim, permite pequenas imperfeições sem alterar a funcionalidade de uma peça.

Por exemplo, quando uma peça é projectada para ter uma dimensão nominal de 50 mm e uma tolerância de ±0,1 mm, a dimensão de uma peça formada pode situar-se no intervalo de 49,9-50,1 mm. Esta pequena variação é normalmente aceitável na maioria das aplicações.

Importância da Tolerância na Maquinação CNC

A tolerância é crucial na maquinagem CNC por várias razões:

• Precisão e ajuste: As tolerâncias garantem que as peças se encaixam corretamente nas montagens. Sem uma tolerância adequada, mesmo pequenas variações dimensionais podem fazer com que as peças não se encaixem, resultando em falhas funcionais.
• Garantia de qualidade: As tolerâncias permitem definir um limiar de qualidade no processo de produção de peças, de modo a que todas essas peças sejam criadas de acordo com as especificações.
• Controlo de custos: As tolerâncias mais apertadas conduzem geralmente a custos de produção mais elevados. Isto deve-se a ferramentas mais precisas, ao aumento do tempo de maquinação e a um controlo de qualidade mais rigoroso. A definição de tolerâncias adequadas permite ao fabricante equilibrar a precisão e a relação custo-eficácia.
• Seleção de materiais: Diferentes materiais têm diferentes reacções aos processos de maquinagem. A definição da tolerância correta ajuda a acomodar estes comportamentos específicos do material, assegurando a consistência em todas as séries de produção.

Tipos de tolerâncias de maquinagem CNC

Existem muitos tipos de tolerâncias aplicadas à maquinagem CNC, cada uma servindo um objetivo específico, dependendo do design e da função de uma peça, incluindo:

1. Tolerâncias gerais/normalizadas

As tolerâncias gerais aplicam-se às dimensões que não estão explicitamente definidas nas especificações do projeto.

Estas tolerâncias são normalmente regidas por normas internacionais, como a ISO 2768, que normaliza as variações permitidas nas dimensões lineares e angulares.

• ISO 2768-1: Abrange as tolerâncias gerais para dimensões lineares e angulares, incluindo tamanhos como dimensões internas e externas, raios e alturas de chanfro. As classes de tolerância variam de fina (f) a muito grosseira (v).
• ISO 2768-2: Abrange as tolerâncias geométricas de caraterísticas como a retidão, a circularidade, a planeza e a cilindricidade, com classes de tolerância H, K e L.

Estas normas são muito úteis para reduzir o esforço de conceção e produção, evitando especificações pormenorizadas de cada caraterística da peça relativamente às variações aceites e reduzindo a rejeição de peças.

2. Limites de tolerância

As tolerâncias limite referem-se aos tamanhos máximo e mínimo toleráveis para uma peça.

Por exemplo, uma dimensão é indicada como sendo 12 ± 0,05 mm. Para que a peça seja aceitável, deve estar entre 11,95 e 12,05 mm. Este tipo de tolerância é normalmente utilizado quando é necessária uma elevada precisão, como nas peças de encaixe.

3. Tolerâncias unilaterais

As tolerâncias unilaterais permitem um desvio numa só direção em relação à dimensão nominal.

O exemplo Para clarificar este ponto, pode ser utilizada uma tolerância de 70 +0,00/-0,05 mm. Esta tolerância indica claramente que é permitido que a peça tenha uma medida entre 70 mm e 69,95 mm, mas não superior a 70 mm.

Esta tolerância é especialmente necessária nas peças que têm de caber num espaço predefinido por outros componentes cuja dimensão nominal não deve ser excedida.

4. Tolerâncias bilaterais

Este tipo de tolerância permite o desvio em ambas as direcções da dimensão nominal. Por exemplo, em 30 ± 0,05 mm, uma peça pode medir entre 29,95 e 30,05 mm.

Estes tipos de tolerância são de natureza geral e são amplamente utilizados no fabrico geral quando são aceitáveis pequenas variações em ambos os lados.

5. GD&T: Dimensionamento Geométrico e Tolerância

Como abordagem avançada, o GD&T ajuda a detalhar o número de variações que a geometria de uma peça pode ter.

Enquanto a tolerância convencional se baseia no tamanho, a GD&T define a forma, a orientação e a localização das caraterísticas de uma peça.

Utiliza símbolos que mostram tolerâncias específicas para caraterísticas como a concentricidade, a planeza e a posição real a serem seguidas para que as peças cumpram requisitos de design complicados.

Normas ISO para Tolerância de Maquinação CNC

As normas ISO são muito importantes para definir e normalizar as tolerâncias na maquinagem CNC.

Enquanto a ISO 2768 é uma das normas mais utilizadas, a ISO 2768 é mais especificamente utilizada para tolerâncias geométricas.

Mas em que é que ambos são diferentes e utilizados na maquinagem de precisão? Vamos descobrir.

ISO 2768-1: Tolerâncias gerais para dimensões lineares e angulares

Esta parte da ISO 2768 centra-se na simplificação da especificação de dimensões lineares e angulares em desenhos técnicos. A norma categoriza as tolerâncias em quatro classes:

• Coima (f)
• Médio (m)
• Grosso (c)
• Muito grosseiro (v)

Trata-se de classes para diferentes níveis de precisão. Assim, permite ao projetista escolher uma classe adequada com base nas exigências que têm de ser feitas em relação à peça e à capacidade do processo de fabrico.

Isto implica que uma peça com uma dimensão nominal de 100 mm pode ser classificada em diferentes classes, com os seguintes intervalos:

Fina (f): ±0,15 mm

Meio (m): ±0,3 mm

Grosso (c): ±0,8 mm

Muito grosseiro (v): ±1,5 mm

Tabela de dimensões lineares

Gama de dimensões (mm)	Coima (f)	Médio (m)	Grosso (c)	Muito grosso (v)
0,5 – 3	±0,05 mm	±0,1 mm	±0,2 mm	±0,5 mm
3 – 6	±0,05 mm	±0,1 mm	±0,3 mm	±0,5 mm
6 – 30	±0,1 mm	±0,2 mm	±0,5 mm	±1,0 mm
30 – 120	±0,15 mm	±0,3 mm	±0,8 mm	±1,5 mm
120 – 400	±0,2 mm	±0,5 mm	±1,2 mm	±2,5 mm
400 – 1000	±0,3 mm	±0,8 mm	±2,0 mm	±4,0 mm
1000 – 2000	±0,5 mm	±1,2 mm	±3,0 mm	±6,0 mm

Tabela de dimensões angulares

Ângulo (Graus)	Coima (f)	Médio (m)	Grosso (c)	Muito grosso (v)
Até 10 mm	±1°	±1°	±1°	±1°
10 - 50 mm	±30′	±30′	±30′	±30′
50 - 120 mm	±20′	±20′	±20′	±20′
120 - 400 mm	±15′	±15′	±15′	±15′
400 - 1000 mm	±10′	±10′	±10′	±10′
1000 - 2000 mm	±5′	±5′	±5′	±5′

ISO 2768-2: Tolerâncias geométricas para caraterísticas

A ISO 2768-2 alarga as tolerâncias gerais para incluir aspectos geométricos de uma peça, tais como:

• Retilinearidade
• Planicidade
• Circularidade
• Cilindricidade

Define as classes de tolerância H, K e L, que correspondem a diferentes níveis de precisão.

Por exemplo, um componente especificado como ISO 2768-fH deve aderir à classe fina para dimensões lineares e à classe H para caraterísticas geométricas. Este sistema de dupla classe assegura que as peças cumprem as especificações dimensionais e geométricas.

Exemplo de tabela para tolerâncias geométricas:

Eis como as tolerâncias podem ser especificadas de acordo com os diferentes graus:

Elemento geométrico	Grau H (Alta Precisão)	Grau K (precisão média)	Grau L (baixa precisão)
Retilinearidade	≤ 0,02 mm por 100 mm	≤ 0,05 mm por 100 mm	≤ 0,1 mm por 100 mm
Planicidade	≤ 0,03 mm por 100 mm	≤ 0,1 mm por 100 mm	≤ 0,2 mm por 100 mm
Circularidade	≤ 0,02 mm	≤ 0,05 mm	≤ 0,1 mm
Cilindricidade	≤ 0,05 mm	≤ 0,1 mm	≤ 0,2 mm

Considerações chave na seleção de tolerâncias

A escolha do nível de tolerância correto é crucial para equilibrar o custo, a capacidade de fabrico e o desempenho da peça.

Eis algumas considerações fundamentais:

Tolerância mais apertada equivale a um custo mais elevado

As tolerâncias mais apertadas requerem uma maquinação mais precisa, o que pode aumentar significativamente os custos de produção.

Exige, portanto, velocidades de maquinação mais baixas, ferramentas mais especializadas e maiores esforços de controlo de qualidade. Como tal, as tolerâncias devem ser sempre estabelecidas com a maior folga possível, enquanto a peça ainda serve o objetivo desejado.

Propriedades do material

Diferentes materiais reagem de forma diferente durante o processo de maquinação, o que pode afetar as tolerâncias alcançáveis. Por exemplo:

• Nos materiais macios, como os plásticos, é frequente ocorrerem deformações durante o processo de maquinagem.
• No caso de materiais duros, como o aço ou os fenólicos, as ferramentas de corte são as mais indicadas, uma vez que podem desgastar-se facilmente, dificultando a obtenção de uma tolerância apertada.

Métodos de maquinagem

A escolha do método de maquinagem também pode influenciar os níveis de tolerância.

Por exemplo:

• A maquinagem suíça pode produzir tolerâncias muito apertadas numa peça pequena, com várias caraterísticas, sem operações secundárias
• A fresagem oferece normalmente tolerâncias mais apertadas do que o torneamento devido à natureza do processo.

A seleção do processo de maquinagem adequado para atingir tolerâncias específicas num componente pode ajudar a melhorar a eficiência e a reduzir o custo total.

Inspeção e controlo de qualidade

As peças com tolerâncias mais apertadas necessitam de processos de inspeção mais elaborados, incluindo sobretudo medições avançadas para as quais são utilizadas máquinas de medição por coordenadas.

Isto aumenta o custo e também o tempo necessário para garantir que as peças têm as tolerâncias especificadas.

Por conseguinte, ao selecionar as tolerâncias, é essencial ter em mente uma acomodação razoável entre a necessidade de precisão e a praticabilidade do seu controlo de qualidade.

Dicas para obter tolerâncias óptimas na maquinagem CNC

O estabelecimento das tolerâncias corretas na maquinagem CNC é um processo de colaboração entre o planeamento adequado, a utilização de ferramentas apropriadas e a execução do trabalho com precisão.

As dicas seguintes têm como objetivo obter a melhor tolerância possível para qualquer aplicação:

Compreender a aplicação

Nem todas as peças requerem tolerâncias apertadas. Avalie a função da peça e determine se são necessárias tolerâncias apertadas.

Por exemplo, As peças cosméticas ou os componentes que não interagem com outras peças não necessitam frequentemente do mesmo nível de precisão que as peças funcionais ou de encaixe.

Escolha o material correto

Considerar a maquinabilidade do material e o seu comportamento em diferentes condições. Por exemplo, os metais permitem tolerâncias muito mais apertadas do que os plásticos, mas podem exigir ferramentas e configurações muito mais robustas.

A seleção correta do material pode levar a grandes poupanças no trabalho de maquinação e permitir-lhe obter as tolerâncias necessárias.

Utilizar ferramentas de elevado desempenho

A seleção de ferramentas é fundamental para manter os níveis de tolerância. Manter ferramentas de corte afiadas, mantidas e com um gume adequado ao material a maquinar.

Por exemplo, é necessário utilizar ferramentas de metal duro, uma vez que estas apresentam uma elevada durabilidade e resistência e podem, idealmente, manter um perfil de corte afiado, especialmente para materiais duros que estão a ser maquinados.

Manter a estabilidade da peça de trabalho

A maquinação da peça de trabalho com uma fixação segura por suportes de trabalho estáveis evita movimentos relativos que, de outra forma, afectariam a precisão da peça de trabalho no que diz respeito às dimensões.

Desta forma, é possível garantir que a peça de trabalho está corretamente apoiada e que há um mínimo de vibrações ou deflexões.

Controlar o ambiente de maquinagem

A variação das condições ambientais, incluindo a temperatura e a humidade, pode influenciar a precisão da maquinagem.

A título de exemplo; A expansão térmica dos metais pode causar alterações dimensionais. Neste caso, a manutenção de um ambiente controlado pode ajudar a obter resultados consistentes.

Desafios comuns na obtenção de tolerâncias apertadas

Apesar dos melhores esforços, a obtenção de tolerâncias apertadas na maquinagem CNC pode apresentar vários desafios.

Vamos explorar alguns desses desafios comuns e como os pode evitar:

• Expansão térmica: A maquinagem gera calor, o que pode provocar a expansão dos materiais. Isto pode ser particularmente problemático quando se maquinam peças com tolerâncias apertadas, uma vez que as dimensões podem mudar à medida que a peça arrefece.
• Desgaste da ferramenta: A utilização contínua pode desgastar as ferramentas de corte, conduzindo a imprecisões dimensionais. Para evitar esta situação, a inspeção regular e a substituição das ferramentas são essenciais para manter as tolerâncias apertadas.
• Vibração e deflexão: As vibrações da maquinagem podem fazer com que as dimensões finais se desviem das especificações pretendidas. A utilização de métodos de amortecimento e a fixação segura da peça de trabalho podem minimizar esses efeitos.

Conclusão

A tolerância da maquinagem CNC é um aspeto fundamental do fabrico de precisão que representa a proximidade que uma dimensão pode ter em relação à sua especificação de design.

Por conseguinte, a compreensão e seleção adequadas dos níveis de tolerância apropriados são fundamentais para garantir a funcionalidade da peça e manter a qualidade, mantendo os custos baixos.

Ao considerar as propriedades dos materiais, os métodos de maquinação e a necessidade de inspeção das peças, é possível obter tolerâncias adequadas. Esta abordagem optimiza a eficiência e minimiza os custos.

Qualquer que seja a aplicação - sejam tolerâncias apertadas para peças críticas ou tolerâncias folgadas para peças gerais - uma boa tolerância, bem pensada, será a marca do sucesso em qualquer operação CNC.

Como uma das empresas de maquinagem CNC mais fiáveis, Primeiro molde tem vindo a produzir peças e protótipos com tolerâncias de precisão para clientes de quase todos os sectores. Se é isso que procura, a nossa equipa de profissionais tem tudo o que precisa!