Como a usinagem CNC de cinco eixos resolve cinco grandes desafios da usinagem complexa de superfícies na fabricação de moldes?

Como a usinagem CNC de cinco eixos resolve cinco grandes desafios da usinagem complexa de superfícies na fabricação de moldes?

Na indústria de fabricação de moldes, a usinagem de superfícies complexas sempre foi um desafio técnico. Máquinas-ferramenta CNC tradicionais de três eixos frequentemente exigem múltiplas configurações e processos ao lidar com formas geométricas complexas, como cavidades profundas, subcortes e estruturas irregulares, resultando em baixa eficiência e possíveis problemas de precisão devido a erros cumulativos. O advento da tecnologia de usinagem CNC de cinco eixos revolucionou esse campo. Como equipe de engenharia profissional da Brightstar Prototype CNC Co., Ltd, experimentamos profundamente o impacto transformador da usinagem de cinco eixos na fabricação de moldes de alta precisão em setores como aeroespacial, automotivo e dispositivos médicos.

Este artigo irá explorar como a usinagem CNC de cinco eixos aborda eficientemente os cinco principais desafios da usinagem complexa de superfícies na fabricação de moldes, demonstrando suas vantagens técnicas por meio de estudos de caso reais.

1. Usinagem em moldes de cavidade profunda: evitando interferência de ferramentas e melhorando a eficiência do corte

Estruturas de cavidades profundas são comumente encontradas em moldes de painéis automotivos, moldes de injeção grandes, etc., caracterizadas por profundidade significativa e paredes laterais íngremes. Em máquinas de três eixos, devido a limitações de comprimento da ferramenta, a usinagem de cavidades profundas frequentemente leva a vibrações, deflexão da ferramenta ou até mesmo quebra, resultando em baixa qualidade da superfície.

Máquinas CNC de cinco eixos ajustam dinamicamente o ângulo da ferramenta para evitar interferência na peça de trabalho, mantendo o ponto de contato ideal para o corte. Por exemplo, ao usinar um molde de para-choque automotivo, a Brightstar Prototype CNC Co., Ltd utiliza tecnologia de fresagem lateral simultânea em cinco eixos, garantindo que a ferramenta sempre engate no melhor ângulo, reduzindo as forças radiais de corte e melhorando a estabilidade da usinagem. De acordo com pesquisas publicadas no International Journal of Machine Tools and Manufacture, a usinagem em cavidades profundas em cinco eixos pode reduzir o desgaste da ferramenta em mais de 50% e aumentar as taxas de remoção de material em mais de 30% em comparação com usinagem em três eixos (Fonte: IJMTM, 2021).

2. Usinagem em área de undercut: conformação em etapas únicas e redução do desgaste do eletrodo

Estruturas de sub-corte são comuns em moldes plásticos e moldes de fundição sob pressão. Métodos tradicionais dependem da usinagem por descarga elétrica (EDM), que requer eletrodos personalizados, resultando em altos custos e longos prazos de entrega. Máquinas de cinco eixos utilizam controle vetorial do eixo da ferramenta para abordar a peça de trabalho de diferentes ângulos, permitindo fresagem direta das áreas de subcorte e reduzindo significativamente os processos de EDM.

Por exemplo, um dispositivo médico exigia um molde na articulação do joelho com subcortes internos complexos. Usar uma máquina de três eixos exigiria dividir o molde em múltiplas partes para montagem. No entanto, a equipe da Brightstar adotou uma estratégia de usinagem simultânea de cinco eixos, completando todo o molde em uma única operação. Isso não só reduziu o tempo de entrega, mas também melhorou o desempenho de vedação e a vida útil do molde.

3. Usinagem de Superfície Livre: Polimento Manual de Polimento e Redução de Alta Precisão

Superfícies livres são comuns em peças externas automotivas e moldes de eletrônicos de consumo de alta qualidade. Métodos tradicionais de usinagem frequentemente deixam marcas visíveis nas ferramentas, exigindo um polimento manual extensivo, que é demorado e inconsistente.

Máquinas CNC de cinco eixos utilizam movimento de caminho contínuo (CPM) para manter a ferramenta perpendicular à superfície normal, garantindo corte uniforme. Por exemplo, ao usinar o molde da grade de uma marca de carros de luxo, a Brightstar utilizou uma estratégia de acabamento de alta velocidade em cinco eixos, alcançando uma rugosidade superficial de Ra 0,4μm com quase nenhuma necessidade de polimento pós-usinagem. De acordo com os Anais do CIRP, a usinagem de superfície livre em cinco eixos pode reduzir o tempo de acabamento manual em 80% (Fonte: CIRP, 2022).

 4. Usinagem de Peças de Parede Fina: Minimizando os Riscos de Deformação e Melhorando a Estabilidade Dimensional

Moldes de parede fina (por exemplo, estruturas de smartphones, carcaças de drones) são propensos a deformação ou até raspagem durante a usinagem devido às forças de corte. Máquinas de três eixos, com seus mecanismos rígidos de avanço, têm dificuldade para se adaptar aos requisitos flexíveis das peças de parede fina.

A usinagem de cinco eixos emprega estratégias de corte em ângulo variável para ajustar dinamicamente as direções de avanço, distribuindo as forças de corte de forma uniforme. Por exemplo, ao usinar um componente aeroespacial de liga de titânio de parede fina, a Brightstar utilizou fresagem trocoidal combinada com usinagem simultânea em cinco eixos, controlando a deformação até 0,02mm — muito acima do requisito de tolerância de 0,05mm do cliente.

5. Usinagem de Estruturas Compostas Multiângulo: Redução de Configurações e Melhoria da Precisão do Posicionamento

Moldes de alto padrão (por exemplo, pás de turbina, caixas de câmbio de precisão) frequentemente apresentam geometrias compostas multiângulo. Métodos tradicionais exigem múltiplas configurações, levando a ineficiências e possíveis erros devido a mudanças de referência. A função RTCP (Rotational Tool Center Point) das máquinas de cinco eixos permite a usinagem completa em uma única configuração ao girar a mesa de trabalho.

Por exemplo, um molde grande de impulsor de energia com 12 canais de fluxo em diferentes ângulos, com erros de consistência ≤0,03mm. A Brightstar utilizou tecnologia de transformação dinâmica de sistemas de coordenadas em uma máquina de cinco eixos, completando todos os recursos em uma única configuração e evitando erros de reposicionamento. A inspeção final mostrou uma taxa de aprovação de 100%.

Vantagens da usinagem de cinco eixos da Brightstar Prototype CNC Co., Ltd

Como prestadora profissional de serviços de usinagem CNC de cinco eixos, a Brightstar Prototype CNC Co., Ltd possui ampla experiência na fabricação de moldes. Nossos centros de usinagem DMG MORI de cinco eixos são equipados com mesas rotativas de alta rigidez e sistemas inteligentes anticolisão, capazes de enfrentar os desafios de molde mais complexos. Além disso, nossa equipe de engenharia utiliza softwares avançados de CAM, como Hypermill e PowerMill, para otimizar as trajetórias das ferramentas, garantindo resultados de usinagem eficientes e precisos.

Se você está procurando uma solução confiável de usinagem de moldes de cinco eixos, entre em contato com a equipe da Brightstar para serviços personalizados!

Referências:  

1. International Journal of Machine-Tools and Manufacture (2021), "Otimização do caminho da ferramenta na usinagem de cavidades profundas em 5 eixos"  

2. CIRP Annals (2022), "Estratégias Avançadas de Finalização para Superfícies Livres"  

(Este artigo é original da equipe técnica da Brightstar Prototype CNC Co., Ltd. Por favor, indique a fonte para repostar.)