Chanfros no Design de Produto | Série Design de Produto

Na conceção de produtos, os pormenores determinam frequentemente o sucesso ou o fracasso de um produto. A modificação de cantos, um elemento de design aparentemente pequeno, desempenha de facto um papel crucial. As modificações de cantos mais frequentemente utilizadas dividem-se em filetes e chanfros.

O design de filetes e chanfros é uma das competências essenciais para os designers de produtos. Em comparação com os cantos afiados, os desenhos de filetes e chanfros são mais fáceis de utilizar, visualmente mais suaves e mais capazes de mostrar a simplicidade e a beleza de um produto. Além disso, a utilização criativa de filetes e chanfros pode fazer com que o seu produto se destaque.

Hoje, vamos falar de filetes e chanfros no design de produtos, com muitas imagens de filetes anexadas no final do artigo.

O que são filetes e chanfros?

A filetagem refere-se à ligação de duas superfícies curvas de uma peça com uma superfície circular tangente. O filete padrão é normalmente representado por um valor de raio R para indicar o seu tamanho.

O chanfro refere-se à ligação de duas superfícies curvas de uma peça com uma superfície angular. O chanfro padrão é normalmente representado por um valor de distância C para indicar o seu tamanho, sendo o ângulo padrão de 45°.

Na conceção de produtos, ambos são o processo de cortar uma aresta biselada nos cantos ou arestas de um objeto. Esta transição biselada pode ser reta ou curva, dependendo dos requisitos de design e dos objectivos funcionais.

Funções dos chanfros e filetes nos produtos

Segurança:

Os chanfros e os filetes podem reduzir a nitidez das arestas dos produtos, evitando que os utilizadores se magoem durante a utilização. Isto é especialmente importante na conceção de dispositivos portáteis ou brinquedos para crianças.

Estética:

Um chanfro ou filetagem adequados podem melhorar o aspeto do produto, tornando as suas linhas mais suaves.

Ergonomia:

Na conceção de dispositivos ou ferramentas portáteis, os chanfros ou filetes podem melhorar a aderência, tornando o produto mais fácil de manusear e melhorando a experiência do utilizador.

Durabilidade:

Os chanfros e os filetes ajudam a reduzir a concentração de tensões, diminuindo assim a probabilidade de rutura do material nestas áreas e prolongando a vida útil do produto.

Simplificar a montagem:

Quando é necessário encaixar diferentes partes de um produto, os chanfros e os filetes podem atuar como guias, ajudando as peças a alinharem-se corretamente, simplificando o processo de montagem e aumentando a eficiência da produção.

Consistência na linguagem de design:

Os chanfros e os filetes podem fazer parte dos elementos de design, criando um estilo unificado com outras caraterísticas como cantos arredondados e curvas, aumentando o reconhecimento da marca do produto.

Diferenças entre filetes e chanfros

Tanto os filetes como os chanfros podem ser utilizados para apagar arestas vivas ou criar uma transição gradual entre duas superfícies adjacentes. Neste aspeto, são intermutáveis. No entanto, em muitas aplicações, existem diferenças distintas entre filetes e chanfros.

1. Métodos de processamento

Para a maquinagem standard, os filetes verticais interiores e exteriores podem ser facilmente processados, enquanto os chanfros interiores não. Os filetes requerem ferramentas específicas para atingir vários tamanhos de raio (é boa prática ter um raio de filete maior do que o raio da ferramenta no processo de maquinação). Em contraste, os chanfros não necessitam de ferramentas de tamanho específico; podem ser feitos chanfros de diferentes tamanhos através do controlo da profundidade de corte.

Os filetes horizontais interiores e exteriores requerem mais tempo de processamento (a menos que sejam utilizadas ferramentas especiais para filetes), enquanto a chanfradura demora muito menos tempo.

É importante notar que para Maquinação CNC, O tempo de processamento de filetes e chanfros é comparável.

2. Funcionalidade

Tanto os filetes como os chanfros podem reduzir a concentração de tensões e otimizar o fluxo. No entanto, os filetes proporcionam uma transição contínua, enquanto os chanfros proporcionam uma transição linear, deixando uma aresta após a chanfragem. Em comparação com os chanfros, as limalhas oferecem uma menor concentração de tensões e uma menor resistência ao fluxo, o que as torna preferíveis em peças de plástico, a não ser que as arestas do chanfro sejam ainda mais limadas.

No entanto, se o seu projeto envolver orifícios para parafusos, orifícios de localização ou pinos de localização, a utilização de filetes não é uma boa escolha. Em comparação com os filetes, os chanfros com arestas mais pequenas e afiadas podem ajudar a descer o orifício de forma mais suave, facilitando a montagem.

Além disso, os chanfros podem criar escareadores cónicos, o que não acontece com os filetes.

3. Estética

De um ponto de vista estético, os filetes são frequentemente preferidos no design industrial devido às suas caraterísticas visualmente agradáveis. Os filetes são suaves e confortáveis, dando uma sensação de segurança e proximidade. Em contrapartida, os chanfros dão uma sensação de nitidez e agressividade. Os produtos de consumo raramente utilizam grandes chanfros, mas os chanfros podem criar um aspeto único em determinados pormenores, dando o toque final.

Dependendo dos requisitos de design, pode utilizar tanto filetes como chanfros nas arestas exteriores. Se a aparência não for importante, como nas peças maquinadas em metal, pode optar por chanfros simples para atenuar as arestas vivas, reduzindo o custo da peça.

Por outro lado, se a estética for importante e os filetes forem necessários, deve considerar o tamanho do raio do filete interior. Se o raio for demasiado pequeno, pode ser necessário recorrer a processos mais dispendiosos e demorados, como EDM ou corte de fios. Os raios maiores são mais fáceis de processar (podem ser utilizadas ferramentas maiores, reduzindo o tempo de maquinação e aumentando a profundidade de maquinação).

Factores a considerar na escolha entre filetes e chanfros

Os engenheiros de estruturas sentem-se frequentemente inseguros ao decidir se devem utilizar filetes ou chanfros nos seus projectos. Para evitar esta confusão, devem ser considerados os seguintes pontos:

Para peças maquinadas

Tempo e custo de processamento

Se o objetivo for simplesmente atenuar as arestas afiadas para evitar ferimentos, os chanfros são uma melhor escolha, uma vez que requerem menos tempo e são mais económicos. No entanto, se for utilizada a maquinagem CNC em vez da fresagem tradicional, não existe uma diferença de tempo significativa entre filetes e chanfros; a única diferença de tempo deve-se às mudanças de ferramenta.

Para arestas como estas (filetes côncavos), é especialmente difícil fabricar utilizando máquinas CNC porque requerem ferramentas especializadas, como fresas esféricas, que são frágeis e cortam a velocidades mais lentas. Isto aumenta os custos de fabrico, pelo que é preferível evitar os filetes neste tipo de arestas. Se forem necessários filetes, estes devem ser tão grandes quanto possível.

Cobertura do revestimento

Os filetes são mais fáceis de cobrir com revestimentos do que os chanfros. Isto deve-se ao facto de os filetes fazerem uma transição suave e tangencial para as superfícies adjacentes, o que permite que as peças adiram a revestimentos mais espessos e uniformes em comparação com as arestas dos chanfros.

Concentração de tensões

Se o objetivo do projeto é reduzir a concentração de tensões, os filetes são a melhor escolha. Os filetes distribuem a tensão por uma área de superfície maior em comparação com os chanfros do mesmo tamanho.

Furos ou pinos

Para furos de parafusos, furos de localização ou pinos de localização, a melhor opção é chanfrar os bordos.

Para peças de plástico

As peças de plástico são moldadas de forma diferente das peças maquinadas, e o seu design tende a favorecer os filetes com chanfros utilizados para fins específicos (tais como detalhes estéticos ou orientação estrutural). Os benefícios dos filetes em peças plásticas incluem:

Fluidez

No processo de moldagem por injeção, a fluidez da resina fundida é crucial. Os filetes oferecem menos resistência ao fluxo e os filetes maiores facilitam o enchimento. Os cantos agudos no design original podem causar aprisionamento de ar devido a vórtices durante a injeção, levando a um sobreaquecimento localizado e a um aspeto queimado. A otimização com raios maiores garante um fluxo suave do plástico fundido.

Resistência das peças de plástico

Quando o polímero fundido flui sobre arestas afiadas, provoca o cisalhamento, que quebra as cadeias de polímero. Cadeias de polímero mais curtas resultam num peso molecular médio mais baixo, reduzindo a resistência e o desempenho da peça de plástico. A adição de raios, mesmo que pequenos, ajuda no fluxo e evita o cisalhamento.

Concentração de tensões

A falha por fadiga é causada pela propagação de fissuras, principalmente em pontos de concentração de tensão e na superfície dos componentes. Nos locais onde as dimensões da secção transversal mudam abruptamente, como os cantos, devem ser utilizados filetes suficientemente grandes. Como mostrado na curva relacionada, o fator de concentração de tensão efectiva diminui rapidamente com o aumento do raio. Os filetes ajudam a distribuir a tensão por uma superfície maior, evitando a deformação rápida ou a fissuração de peças sob tensão. Isto é especialmente verdadeiro para materiais como policarbonatoque são propensas a fissuras por tensão se as condições de moldagem forem inadequadas ou se a estrutura da peça não for razoável.

Facilidade de processamento do molde e aumento da resistência do molde

A conceção de filetes em peças de plástico aumenta a resistência do molde, uma vez que as peças correspondentes do molde também terão filetes. Isto evita fissuras devido à concentração de tensões durante a têmpera ou a utilização, aumentando assim a resistência do molde.

Redução da taxa de desgaste do elétrodo

No processamento de moldes, para áreas como cantos mortos (onde as ferramentas não conseguem chegar), é utilizada a maquinação por descarga eléctrica (EDM), que requer eléctrodos (normalmente conhecidos como ferramentas de cobre). Os cantos afiados e as arestas dos eléctrodos desgastam-se mais rapidamente durante a descarga do que as áreas planas. Como resultado, os cantos mortos efetivamente maquinados têm pequenos filetes (cerca de 0,2), que diferem do desenho. Isto deve ser considerado para garantir que a estrutura não é afetada. Se as peças de plástico tiverem filetes desenhados nos cantos mortos, o desgaste dos eléctrodos é reduzido e os filetes finais maquinados correspondem ao desenho.

Princípio da conceção de filetes

1. Assegurar uma espessura de parede uniforme nos cantos

Para manter a espessura uniforme da parede, o raio exterior 𝑅 nos cantos deve ser igual ao raio interior 𝑟 mais a espessura da parede 𝑡. Recomenda-se que o raio interior mínimo não seja inferior a 0,5 mm. Para chanfros, para manter uma espessura de parede absolutamente uniforme, o chanfro externo deve ser deslocado pela espessura da parede 𝑡 para formar o chanfro interno.

2. Facilitar o processamento do molde com o desenho de filetes

Os filetes nas linhas de partição complicam a configuração do molde. No filete da linha de partição, a cavidade deve ser transferida para a outra metade do molde, aumentando os custos de maquinação e criando potencialmente linhas de partição que afectam o aspeto da peça de plástico. Portanto, a menos que seja necessário, os filetes nas linhas de partição devem ser evitados.

Na imagem seguinte, a superfície de separação do desenho original com pequenos filetes complica o processamento e o polimento subsequente. O design optimizado elimina os filetes da superfície de separação.

Além disso, sempre que as cavidades e os núcleos do molde se encontram para formar orifícios ou outras caraterísticas nas peças, estas questões surgem e devem ser consideradas no projeto.

3. Evitar defeitos visuais em peças de plástico com desenho de filetes

Para caraterísticas estruturais internas, como nervuras, saliências de parafusos e encaixes ligados às paredes principais, os filetes devem ser cuidadosamente considerados. Os filetes nestas áreas podem causar espessamento localizado do material, levando a marcas de afundamento na superfície. Se os filetes forem necessários para a resistência, o material deve primeiro ser reduzido antes de ser filetado. Por exemplo, um método típico para reduzir o material nas saliências dos parafusos é criar uma forma de "cratera".

4. Operações de software para a conceção de filetes

1). Adicionar filetes em último lugar no dimensionamento estrutural

• Prestação 1: Melhora a velocidade global de modelação do software.
• Benefício 2: Evita o incómodo de remover os filetes durante a criação do ângulo de inclinação.

2). Evite utilizar um único comando para criar todos os filetes. Agrupe os filetes por tipo ou tamanho uniforme para facilitar as modificações posteriores.

3). Utilização flexível do "filete completo

Galeria de vários designs de filetes e chanfros