Os materiais da caneta ficam mais leves, mais rígidos e mais duros

Sep 01, 2023

Navegue por qualquer catálogo de máquinas de medição por coordenadas (CMM) ou pontas de máquinas-ferramenta e você verá uma variedade de materiais disponíveis para escolher. É claro que os velhos padrões – esferas de rubi, hastes de metal duro e bases de aço inoxidável – ainda estão lá. Mas hoje você encontrará nitreto de silício, zircônia, aço, diamante, fibra de carbono, cerâmica, titânio e muito mais. Isso leva a muitas dúvidas sobre o melhor material para o trabalho. Neste artigo, exploraremos os materiais e suas vantagens e desvantagens.

Em resposta à evolução dos mercados, as pontas das CMM e das máquinas-ferramenta estão se tornando mais leves, mais rígidas e mais resistentes ao desgaste.

Hoje, existe uma infinidade de opções de materiais ao escolher pontas para uma CMM ou apalpador de máquina-ferramenta.

Se você não tiver certeza sobre a melhor escolha para sua aplicação específica, entre em contato com o fabricante da ponta para obter orientação.

As primeiras CMMs usavam uma ponta posicionada manualmente feita de aço temperado. Naquela época, os designs da caneta eram limitados a uma esfera de aço soldada em uma haste de aço, meio cilindro de aço e um cone de aço projetado para ser pressionado em um orifício, de modo a localizar rapidamente seu ponto central. O operador segurava a caneta em uma superfície, contra uma borda, ou a pressionava em um orifício e, em seguida, pisava em um pedal para registrar sua posição.

Os sistemas de sonda melhoraram rapidamente, assim como as pontas. As primeiras pontas de prova com gatilho de toque usavam uma caneta esférica semelhante às usadas hoje. As esferas eram de aço e as hastes não tinham rosca. Em vez de roscas, um parafuso de fixação mantinha o eixo no lugar. A conhecida ponta de três peças de hoje, composta por uma esfera, uma haste e uma base roscada, apareceu na década de 1980 com a proliferação de cabeçotes de apalpador com gatilho de toque em CMMs e máquinas-ferramentas.

Ruby ainda é o material esférico preferido para a maioria das aplicações de CMM e máquinas-ferramenta. As bolas de rubi são relativamente baratas e resistentes ao desgaste. O carboneto de tungstênio, graças à sua rigidez inerente, é mais frequentemente usado em hastes ou hastes de pontas. O aço inoxidável é o material mais comum para bases roscadas.

Então, o que há com todos os novos materiais?

À medida que os sistemas de medição e apalpação evoluíram, também evoluíram os requisitos das pontas. Muitos dos sistemas de apalpação atuais impõem limites ao comprimento e ao peso da ponta. Esses limites criam a necessidade de materiais que reduzam o peso e que ainda forneçam rigidez suficiente. Certos CMMs são projetados para funcionar no chão de fábrica. Estes exigem ferramentas resistentes às flutuações de temperatura. “Braços” CMM operados manualmente são comuns nas áreas atuais de fabricação e inspeção. Essas CMMs manuais precisam de pontas robustas construídas com materiais que possam suportar o uso manual.

As pontas de máquinas-ferramenta, por outro lado, incorporam o chamado “fusível mecânico”. A maioria das pontas de máquinas-ferramenta são projetadas para quebrar em caso de colisão, para evitar danos à máquina ou ao cabeçote do apalpador.

À medida que as peças médicas e eletrônicas diminuem de tamanho, o mesmo ocorre com as pontas. Há pouco tempo, pontas com esferas menores que 1,5 mm eram consideradas exóticas. Eles foram considerados frágeis e difíceis de calibrar. Hoje eles são comuns. Pontas com esferas de 0,2 mm (0,008”) de diâmetro foram introduzidas recentemente para atender a esse campo em expansão. Para colocar isso em perspectiva, uma bola de 0,2 mm é menor que o ponto final desta frase.

Estas mudanças induziram a introdução de novos materiais para satisfazer estes requisitos em evolução. Aqui está uma visão geral dos materiais que compõem os principais componentes de uma caneta: 1) a esfera, 2) a haste e 3) a base roscada.

A BOLA

Bolas feitas de rubi sintético são o padrão da indústria. O rubi perde apenas para o diamante em dureza e, portanto, apresenta resistência superior ao desgaste. Ruby tem um coeficiente de atrito relativamente baixo, tornando-o uma boa escolha para aplicações que envolvem sondagem de contato contínuo ou “varredura”. No entanto, ao digitalizar alumínio não tratado, o alumínio tende a acumular-se na superfície da esfera, tornando-a inadequada para uso posterior. Além disso, superfícies abrasivas podem desgastar uma parte plana de uma bola de rubi. Para estas aplicações, recomendamos esferas de nitreto de silício.