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Usinagem não convencional: o que é, quais são os processos e o que funciona no Brasil

Atualizado em 22/08/23 - Escrito por João Pedro na(s) categoria(s): Produção

Minicurso de controle essencial de produção e estoque

Resumo

O processo de usinagem não convencional é aquele que usa métodos de remoção de material adverso ao clássico, se adaptando aos materiais e necessidades modernas de produção;
Surgiu como uma forma de evitar o custo elevado das cerâmicas, dos compósitos e dos danos gerados da usinagem convencional, que se baseia em remoção de material com o uso de ferramentas mais duras do que a peça;
A usinagem não convencional já é amplamente usada em processos de fabricação de aviões, carros, ferramentas, navios, entre outros. Descubra todos os processos, produtos e diferenças da usinagem não convencional no post abaixo:

O processo de usinagem não convencional é aquele que usa métodos adversos ao clássico, como jato de água, a laser e eletroerosão. São formas de lidar com materiais mais delicados, gerar menos danos ou simplesmente tornar a fabricação de peças mais econômica.

O conceito de não convencional é temporário. Engenheiros e professores estimam que com o tempo esses processos sejam usados com mais frequência. Então, deixarão de ser o diferente e entrarão para o rol de processos clássicos. Ao mesmo tempo, novas tecnologias vão gerar novos tipos de usinagem não convencional.

Estudar essa parte da indústria é importante tanto para futuros engenheiros quanto para grandes empresários do ramo. Dessa forma, você se mantém atualizado com as necessidades do mercado. Conheça tudo sobre processos não convencionais de usinagem.

Faça uma boa leitura!

Confira os tópicos:

O que quer dizer Usinagem não convencional?
Tipos e Processos de Usinagem Não Convencional
A diferença entre usinagem convencional e usinagem não convencional
Usinagem não convencional no Brasil: existe? Como é o mercado?
Aprenda mais sobre usinagem

O que quer dizer Usinagem não convencional?

Nós chamamos de usinagem não convencional toda aquela todo processo industrial de remoção de matéria através de métodos alternativos aos clássicos.

Ou seja, em vez de tornos e fresadoras, você usa máquinas que funcionam com eletroerosão, laser, jato de água, entre outros.

Esse tipo de processo surge pois o grande desenvolvimento de propriedades térmicas, químicas e mecânicas dos novos materiais de engenharia tornou os métodos clássicos de usinagem mais difíceis e mais caros.

A usinagem não convencional já é amplamente usada na indústria. Esse método de fabricação já desempenha papéis importantes quanto à produção de peças para aviões, carros, ferramentas, entre outros.

Existem 2 grupos de usinagem não convencional, classificados de acordo com o número de ações de usinagem usadas para remover material da peça:

Usinagem não-convencional de ação única:

São os processos em que apenas um tipo de ação de usinagem é usado na remoção do material e são classificados conforme à fonte de energia: mecânica, térmica, química ou eletroquímica. Confira exemplos de usinagem não convencional de ação única:

Mecânica:

Usinagem por Ultrassom;
Usinagem com Jato D’Água;
Usinagem com Jato Abrasivo;
Usinagem com Jato de Água Abrasivo.

Térmica:

Usinagem por Eletroerosão;
Usinagem por Feixe Laser;
Usinagem a Feixe de Elétrons;
Usinagem a Feixe de Íons;
Usinagem a Feixe de Plasma.

Química ou eletroquímica:

Usinagem química;
Usinagem eletroquímica.

Usinagem não convencional híbrida

As usinagens não convencionais híbridas são aquelas que combinam mais de um tipo de corte, podendo um deles ser o mecânico convencional, por exemplo.

Esse tipo de processo permite juntar vantagens e impedir ou reduzir efeitos adversos que os processos poderiam causar se aplicados de forma individual.

O desempenho de processos híbridos costuma ser bem diferente daqueles de ação única nos quesitos produtividade, qualidade superficial e acuracidade.

Tipos e Processos de Usinagem Não Convencional

Os tipos de usinagem não-convencional são classificados em três grupos: ação mecânica, ação térmica e ação química ou eletroquímica. No tópico anterior, você viu em que categoria cada processo está e agora vamos nos aprofundar um pouco mais neles. Lembre-se de que eles ainda podem ter uma ação híbrida com outros processos de usinagem.

São processos de usinagem não-convencional:

Usinagem por ultrassom

Remove material duro e frágil através de uma ferramenta que oscila em frequências ultra sônicas (18-20 kHz) e de uma lama que contém água e abrasivos de B₄C ou SiC.

As partículas abrasivas são batidas contra superfície da peça até que o atrito desgaste gradualmente o material.

É usado para materiais duros, frágeis ou quebradiços, como vidro e diamante. As indústrias de jóias, eletrônicos e pastilhas

Usinagem com Jato D’água

Funciona com jatos de água de alta pressão (900 m/s, conhecido também como Mach 3) que possuem força erosiva. A água em grande pressão funciona como uma serra e consegue remover material rapidamente.

É utilizada para usinar papel, metal, pano, couro, plásticos, cerâmicas e outros. É um processo bastante versátil e econômico. Ainda, não causa problemas como emanação tóxica e endurecimento de material, o que pode acontecer com outros processos.

Ainda é possível usar outros fluídos, como óleos vegetais, por exemplo, para cortar carnes e alimentos congelados.

Usinagem com Jato Abrasivo

Nesse caso, os jatos são de grãos abrasivos de AI₂O₃ ou SiC carregados por gás ou ar sob alta pressão e em alta velocidade. A ação mecânica da abrasão é potente e consegue criar furos em materiais muito duros, sendo essa sua principal aplicação. Além de furar, esse jato também corta, limpa e rebarba.

O tipo de gás utilizado dependerá da finalidade da operação. Os mais comuns, no entanto, são nitrogênio ou CO2 sob pressão de 2 a 8 Kg/cm2. Por ser um processo frio, pode ser usado com sucesso em materiais muito sensíveis ao calor como quartzo e safira. Também é útil para usinar super ligas e materiais refratários.

Usinagem com Jato de Água Abrasivo

O jato de água com abrasivos é o que parece: a junção dos dois métodos anteriores. Combina-se água e abrasivos em um jato só. Pode-se usar esse método para materiais mais duros. Assim, obtém-se uma taxa de remoção e velocidade de corte muito maiores do que dos outros dois.

É normalmente usado para cortar plástico, comida, tapetes automotivos, tecidos e materiais super duros, como concreto. Seu poder de corte é superior ao de água pura e deve ser utilizado com cuidado.

Usinagem por Eletroerosão

Através de descargas elétricas, é possível remover material de uma peça. Esse é o conceito básico da usinagem por eletroerosão. Acontece que quando dois condutores com diferença de potencial adequado podem provocar um arco voltaico quando unidos. Esse princípio, aplicado na usinagem, permite criar crateras.

A eletroerosão pode ser usada por penetração ou a fio. Foi o primeiro processo de usinagem não convencional a se popularizar na indústria metalúrgica. Ela é capaz de produzir furos, ranhuras, rebaixos e outras geometrias complexas impossíveis de serem produzidas pelos processos convencionais de usinagem.

Usinagem por Feixe Laser

A usinagem por feixe laser é uma solução que substitui os métodos convencionais em que o corte precisa ser muito forte. Os processos clássicos mecânicos podem levar a desde resultados com pequenas falhas a de fato descarte do material. O laser consegue acessar outras propriedades do material, como condutividade térmica e calor específico.

Com o uso do feixe laser, uma empresa de usinagem consegue trabalhar com materiais de vários tipos, inclusive os compostos, e oferecer peças para indústrias como aeronáutica e eletrônica. Por fim, devido à precisão do laser, a quantidade de material removido sempre vai ser o mínimo necessário, resultando em redução de desperdício de material e de custos.

Usinagem a Feixe de Elétrons

É uma área da usinagem não-convencional de suma importância no mundo todo. No começo, era usada apenas em soldagens da indústria aeroespacial e nuclear, mas já recebeu outras aplicações. Em especial, a usinagem a feixe de elétrons tem grande valor em área de micro-usinagem, como na fabricação de semicondutores.

Após colocar os elétrons sob pressão, eles produzem energia cinética que rapidamente vira calor em temperaturas acima do ponto de ebulição da matéria-prima da peça. Assim, pode-se remover material através do derretimento e rápida evaporação dos elementos.

Usinagem a Feixe de Íons

Através de uma câmera de vácuo com íons carregados, atira-se feixes desses íons para fazer a remoção de matéria-prima. Parece bastante com o feixe de elétrons, mas se você olhar de perto, verá as diferenças.

Através de choques iônicos, removem-se átomos da superfície do material para a produção de peças a nível nanômico. É um processo caro e lento, mas não precisa de reagentes químicos e faz cortes minuciosos e poderosos.

Usinagem a Feixe de Plasma

A usinagem feita com feixe de plasma é feita com gás elevado a temperaturas elevadas, superiores a 30 mil graus celsius, que é quando ele chega ao estado físico plásmico. Esse tipo de processo é usado em materiais duros e é o único que corta mais rápido aço inoxidável do que aço macio.

Esse processo foi desenvolvido ainda nos anos 50 e funciona a partir de alta voltagem e alta pressão do ar. A descarga de plasma apresenta baixo calor de distorção do metal, funciona a altas velocidades, corta materiais de espessura superior 150 mm e corta aços estruturais de até 30 mm.

Usinagem química

Funciona através da dissolução química controlada do material pelo contato com um reagente forte. Para proteger a peça de erros e danos, utilizam-se revestimentos especiais chamados máscaras, que impedem o reagente de chegar nas partes que não devem ser removidas.

O processo de usinagem química geralmente é utilizado para produzir contornos e remover poucas quantidades de material. Também pode-se utilizá-la em usinagem de peças com geometria complexas ou com dimensões pequenas, e ainda remover peso.

Usinagem eletroquímica

É um processo moderno de usinagem que se baseia na remoção de átomos de uma peça com o uso de dissolução eletroquímica. Pode ser vista em indústrias metal mecânicas para produzir, em massa, materiais extremamente duros ou complexos demais para os métodos convencionais.

A usinagem eletroquímica é uma solução muito utilizada também em situações super específicas, como formar pequenos ângulos, contornos trincados e cavidades em metais exóticos, como cobalto, níquel e alumineto de titânio.

A diferença entre usinagem convencional e usinagem não convencional

A usinagem convencional é o tipo comum que utiliza os métodos clássicos e por vezes até milenares de processamento de peças através de remoção de material. Entre eles, estão o aplainamento, o torno e a furação.

Quando falamos de usinagem não-convencional, falamos dos processos mais modernos, muitas vezes mais caros por conta da tecnologia. Isso inclui cortes a laser, uso de produtos químicos, e usinagem a nível de nanopeças.

É um termo muito mais a ver com a história da ciência e da engenharia. Não seria incomum se no futuro esses processos se tornassem tão acessíveis para a indústria no geral que passassem a ser chamados de usinagem convencional. Ao mesmo tempo, novos surgirão e serão conhecidos como não convencionais.

Para que serve a usinagem não convencional

Há uma gama de tipos de usinagem não convencional que você pode ver mais acima neste texto, com cada uma delas podendo ter funções ultra específicas. No geral, usinagem não convencional serve para atingir níveis de precisão, força ou economia de material que os métodos convencionais não conseguem atingir.

O feixe de elétrons, por exemplo, ajuda a criar microchips de computadores. Já o ultrassom permite lidar com a mesma delicadeza e precisão os materiais frágeis como o vidro ou ultra fortes, mas de grande valor, diamante.

Usinagem não convencional no Brasil: existe? Como é o mercado?

No Brasil, não existem muitas empresas que ofereçam serviços de usinagem não convencional. Seria necessário um amplo estudo de mercado para entender se isso é um espaço a ser explorado ou se ninguém oferece porque, de fato, não existe demanda.

Caso você tenha interesse em explorar o mercado de usinagem, convencional ou não, é importante saber que a indústria que lida com materiais precisa de uma gestão de alta precisão. Matéria-prima custa caro e não pode ser desperdiçada com administração de estoque errada, gargalos na produção ou falta de fluxos precisos da esteira de produção.

Mantenha sua indústria de usinagem bem monitorada usando uma plataforma de gestão integrada (ERP) específica para a área industrial.

Máquina de usinagem não convencional de jato de água.

Aprenda mais sobre usinagem

O setor de usinagem, ao menos o convencional, é bem forte no Brasil e há muito conhecimento para se absorver sobre essa área. Quem quiser empreender na área ou se tornar um colaborador de uma fábrica de usinados, precisa se manter atualizado.

Por isso, estamos sempre produzindo conteúdos bem desenvolvidos para ajudar você e pessoas de toda a área industrial a crescer no mercado. Estudamos tudo o que falamos para garantir que todos os pingos estejam nos is.

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Obrigado, até mais e vamos em frente!

Fonte de Pesquisa: Introdução Aos Processos Não-Convencionais De Fabricação (MOREIRA, Flávio, 2009).