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

Dec 08, 2023

Navegue por qualquer máquina de medição por coordenadas (CMM) ou catálogo de agulhas de máquinas-ferramenta e você verá uma variedade de materiais disponíveis para escolher. Claro, as velhas esperanças - bolas de rubi, eixos de carboneto 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 perguntas 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 CMM e de 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 da 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 endurecido. Naquela época, os designs das canetas 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 para localizar seu ponto central rapidamente. O operador segurava a caneta em uma superfície, contra uma borda, ou pressionava-a em um orifício e, em seguida, pisava em um pedal para registrar sua posição.

Os sistemas de sonda melhoraram rapidamente, assim como as pontas. Os primeiros apalpadores por 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 rosqueada, apareceu na década de 1980 com a proliferação de cabeçotes de apalpador por toque em CMMs e máquinas-ferramentas.

Ruby ainda é o material de escolha para a maioria das esferas CMM e aplicações de 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 para eixos 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 colocam limites no comprimento e no peso da ponta. Esses limites criam a necessidade de materiais com economia de peso que ainda forneçam rigidez suficiente. Certos CMMs são projetados para trabalhar no chão de fábrica. Estes requerem ferramentas resistentes a flutuações de temperatura. Os "braços" CMM operados manualmente são comuns nas áreas de fabricação e inspeção de hoje. Essas CMMs manuais precisam de pontas robustas construídas com materiais que possam suportar o uso manual.

As pontas das máquinas-ferramenta, por outro lado, incorporam o chamado "fusível mecânico". A maioria das pontas de máquinas-ferramenta é projetada 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, as pontas também diminuem. Até 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 esfera de 0,2 mm é menor que o ponto no final desta frase.

Essas mudanças induziram a introdução de novos materiais para satisfazer esses 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, exibe resistência superior ao desgaste. Ruby tem um coeficiente de fricção relativamente baixo, tornando-o uma boa escolha para aplicações que envolvam sondagem de contato contínuo ou "varredura". No entanto, ao escanear alumínio não tratado, o alumínio tende a se acumular na superfície da esfera, tornando-a inadequada para uso posterior. Além disso, as superfícies abrasivas podem desgastar uma mancha plana em uma bola de rubi. Para essas aplicações, recomendamos bolas de nitreto de silício.