Quando e por que você deve usar filetes para peças melhores

Pequenos detalhes podem fazer uma grande diferença. Um dos pequenos detalhes mais importantes é o filete. Um filete é um canto interno arredondado em uma peça. Muitos designers, especialmente aqueles novos na fabricação, os negligenciam. Este é um grande erro. Este artigo mostrará quando e por que você precisa usar filetes. Aprender isso economizará tempo, dinheiro e tornará suas peças mais fortes e fáceis de produzir.

What Is a Fillet and Why Is It Important?

Vamos começar com o básico. Um filete é simplesmente um canto arredondado na parte interna de uma peça. Imagine onde duas paredes se encontram dentro de uma caixa. Em vez de um canto agudo de 90 graus, um filete cria uma superfície lisa e curva. Você pode pensar que este é um pequeno detalhe, mas é um dos recursos de design mais importantes que você pode adicionar. Ele torna sua peça mais forte e, em muitos casos, possível de fazer com certas ferramentas.

Do I Really Need Fillets on My Part?

Você pode estar perguntando: "Eu realmente preciso deles o tempo todo?" A resposta curta é: muitas vezes, sim. Você especialmente precisa de filetes quando uma peça estará sob qualquer tipo de carga ou força. Você também precisa deles quando a peça for feita usando uma máquina CNC. Cantos internos agudos são pontos fracos. Pense em um pedaço de papel. É fácil rasgá-lo se você primeiro fizer um pequeno corte. Um canto agudo em uma peça age como aquele pequeno corte, dando ao estresse um lugar para se acumular.

Com a impressão 3D, você tem a liberdade de utilizar geometrias intrincadas e incomuns. Você pode fazer cantos agudos sem problema. Mas quando você se afasta da impressão 3D em direção a outro processo como Maquinação CNC, você tem que começar a planejar as limitações desse processo desde cedo. Na usinagem CNC, muitas vezes você não pode fazer cantos agudos. Mesmo que possa, a peça será muito mais fraca. Portanto, adicionar um filete é um passo fundamental para tornar sua peça fabricável e confiável.

How Does a Fillet Prevent Stress and Breakage?

Cantos agudos são um grande problema por causa de algo chamado concentrações de tensão. Quando a força é aplicada a uma peça, a tensão flui através dela como água em um rio. Um canto interno agudo de 90 graus é como uma grande rocha afiada naquele rio. O fluxo de tensão bate nele e se acumula intensamente naquele pequeno ponto. Essa alta concentração de tensão pode fazer com que a peça rache e falhe, mesmo sob uso normal.

Um filete resolve este problema suavizando o caminho para a tensão. Em vez de uma rocha afiada, um filete é como uma margem de rio suave e curva. A tensão pode fluir ao redor da curva suavemente, sem se acumular em um ponto. Este é o núcleo da redução das concentrações de tensão. Ao adicionar um filete simples, você distribui a tensão sobre uma área maior. Isso torna todo o recurso muito mais forte. Recursos com um bom filete são muito menos frágeis do que suas contrapartes quadradas.

Are Fillets a Must-Have for CNC Machining?

Sim, absolutamente. Para usinagem CNC, filetes internos são necessários. Pense em como uma máquina CNC funciona. Ela usa uma ferramenta de corte giratória, como uma fresa de topo, para remover material. Essas ferramentas são redondas. Como a ferramenta é redonda, ela não pode criar um canto perfeitamente quadrado dentro de um bolso. Quando a ferramenta redonda chega a um canto, ela naturalmente deixa para trás uma borda arredondada, que é um filete.

Se você projetar uma peça com um canto interno agudo e enviá-la para usinagem CNC, o maquinista não poderá fazê-la como projetado. O melhor que eles podem fazer é usar a menor ferramenta possível para tornar o raio do canto o menor possível. Tentar fazer um filete desnecessariamente pequeno é uma má ideia. Isso forçará o maquinista a usar uma ferramenta minúscula e frágil. Isso fará com que a máquina funcione muito mais lentamente e aumentará o custo. Pode até tornar o recurso impossível de produzir. Para filetes em uma máquina CNC, maior é geralmente melhor e mais barato.

O que acontece quando eu não uso um filete no meu design?

Esquecer de adicionar um filete pode causar vários problemas. Primeiro, como falamos, sua peça terá concentrações de tensão, tornando-a fraca. Poderia falhar inesperadamente. Este é um enorme risco de segurança e confiabilidade, especialmente quando as peças são usadas por clientes. Segundo, se a peça for para usinagem CNC, pode ser impossível de fazer. Você receberá um e-mail da oficina dizendo que seu design precisa ser ser alterado. Esta é uma peça comum de feedback de DFM. Isso desperdiça tempo e atrasa seu projeto.

Imagine que você projeta uma peça assumindo que uma ferramenta pode fazer um canto agudo. A oficina pode ter que usar um processo especial, como Usinagem por Descarga Elétrica (EDM), para criá-lo. Isso é muito caro e lento. Na maioria dos casos, um filete simples teria funcionado tão bem por uma fração do custo. Não adicionar aquele pequeno filete na borda de uma peça nos custou uma semana de atrasos e centenas de dólares em tempo extra de máquina. É uma lição que você só quer aprender uma vez.

Como Escolho o Raio de Filete Certo?

Escolher o raio do filete certo é um equilíbrio. Um raio maior é quase sempre melhor para resistência e para fazer a peça. Um raio maior distribui a tensão mais amplamente e permite que o maquinista use uma ferramenta de corte maior e mais forte. Uma ferramenta maior pode remover material mais rápido, o que torna sua peça mais barata. Uma boa regra geral é tornar o raio do seu filete ligeiramente maior do que o raio da ferramenta de corte que será usada.

Por exemplo, se o maquinista planeja usar uma fresa de topo de 6 mm de diâmetro, seu raio é de 3 mm. Você deve projetar seu filete com um raio de 3,1 mm ou mais. Isso dá à ferramenta um pouco de espaço. O menor tamanho de filete que você pode criar é 0,4 mm, pois as ferramentas padrão raramente ficam abaixo de 0,8 mm de diâmetro. Tentar ir menor adiciona muito custo e risco. A menos que você tenha uma razão muito específica para um filete minúsculo, sempre opte por um raio generoso. Isso fará com que a peça adicione programação e tempo de máquina se o raio for muito pequeno.

Como a Profundidade do Corte Impacta o Filete que Preciso?

A profundidade de um bolso ou um recurso é muito importante ao pensar sobre seu filete. Quanto mais fundo você precisa cortar, mais longa a ferramenta de corte tem que ser. Uma ferramenta longa e fina é muito menos estável do que uma curta e grossa. Ela pode dobrar ou vibrar, o que leva a um acabamento superficial ruim e uma peça imprecisa. Para usar uma ferramenta mais forte e curta, você precisa de um filete maior.

Aqui está o porquê: Existe um limite para o comprimento obtenível de uma ferramenta para um determinado diâmetro. Uma proporção comum é que o comprimento de corte de uma ferramenta não deve ser mais do que 3 a 5 vezes seu diâmetro. Então, se você tem um bolso profundo, você deve projetar um filete grande o suficiente para permitir uma ferramenta grossa o suficiente. Por exemplo, fazer um bolso profundo em um plástico é muito mais fácil de cortar do que em aço, então o material também desempenha um papel. Você deve considerar a profundidade de corte. Se sua profundidade de corte é de 30 mm, você precisará de uma ferramenta que possa alcançar essa profundidade. Isso significa uma ferramenta de diâmetro maior e, portanto, um raio de filete maior no fundo do bolso.

Um Filete Também Pode Ser Usado para Fins Estéticos?

Sim, um filete pode melhorar muito a estética de uma peça. Uma peça com bordas lisas e arredondadas geralmente parece mais profissional e acabada do que uma com cantos agudos. Filetar as bordas dá à peça a aparência de que suas faces se misturam perfeitamente. Isso pode fazer uma grande diferença em como um cliente percebe a qualidade de um produto. Se você der à sua peça a aparência de ser macia e suave, ela pode parecer mais amigável e acessível.

Pense em eletrônicos de consumo. Produtos de empresas como a Apple geralmente utilizam geometrias intrincadas e incomuns, mas quase sempre apresentam um filete suave em cada borda. Isso não é apenas para resistência. É uma escolha de design que faz com que o produto se sinta bem na sua mão. Em um projeto, o designer industrial decidiu seguir o caminho oposto e usar bordas afiadas, mas mais tarde adicionamos um pequeno filete em todos os lugares. A peça final parecia muito mais premium. Então, você pode usar um filete para separar ou adicionar resistência, e também para melhorar a aparência e o toque. O uso de filete é muito versátil.

Quais são os Três Casos em que os Filetes são Absolutamente Necessários?

Para encerrar, a seção final explora três casos em que você deve sempre usar um filete. Eu chamo estes de situações de filete não negociáveis. O primeiro é para qualquer canto interno em uma peça feita com usinagem CNC. Cobrimos isso muito. Cortar um canto quadrado entre duas paredes verticais é impossível com uma ferramenta rotativa padrão. Você deve incluir filetes quando uma parede vertical encontra outra parede ou o fundo de um bolso. Esta é a regra número um para CNC.

O segundo caso é para resistência. Você precisa adicionar um filete a qualquer canto interno que experimentará tensão. Isso é fundamental para peças que suportam cargas, como suportes, montagens ou gabinetes. Usar um filete para reduzir as concentrações de tensão não é opcional aqui; é essencial para a peça sobreviver. Eu até adicionaria um filete em uma nervura ou um recurso de boss. Recursos de boss podem ser usados para adicionar resistência a recursos, e filetes nas bordas dessas áreas os tornam ainda mais fortes. Um canto agudo em um recurso estrutural é uma falha esperando para acontecer. O caso final é quando uma borda vertical onde duas paredes verticais se encontram também é uma área que também precisa de filetes. Especificamente, quando duas paredes se encontram em um ângulo que é agudo, você deve adicionar um filete. Por exemplo, onde uma borda se encontra com uma superfície angulada, um filete pode ajudar. Mesmo que esse ângulo menor que 180° exija um caminho de ferramenta especial, o filete torna mais limpo para usinar. Este é o terceiro dos três casos em que os filetes são críticos.

Key Takeaways to Remember:

• A filete é um canto interno arredondado. É um dos mais importantes recursos de design.
• Sempre use um filete para aumentar a resistência de uma peça, reduzindo concentrações de tensão.
• Para Maquinação CNC, você deve usar um filete em todos os cantos internos porque ferramentas redondas não podem fazer cantos agudos.
• Um maior raio do filete é quase sempre melhor. Isso torna a peça mais forte e mais barata para máquina.
• A filete também pode ser usado para melhorar a aparência e o toque de um produto, fazendo com que pareça mais polido e de alta qualidade.