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Escolhendo o material certo para seu projeto de usinagem CNC




A usinagem de controle numérico computadorizado (CNC) é um processo de fabricação tradicional versátil e de alta precisão, ideal para produções de médio a alto volume de peças complexas. A usinagem CNC é um processo subtrativo, o que significa que a máquina reduz um bloco sólido de material para criar a peça acabada – em vez de depositar gradualmente o material, como é visto nos métodos de manufatura aditiva. Com a usinagem CNC, os fabricantes podem produzir rapidamente protótipos e peças duráveis ​​para aplicações específicas.

A seleção de materiais é uma parte extremamente importante de qualquer processo de fabricação, mas engenheiros e equipes de produto devem ser especialmente diligentes quando se trata de selecionar materiais para usinagem CNC. Como esse processo é compatível com uma ampla variedade de materiais – do metal à fibra de vidro e à madeira – é fácil escolher erroneamente um material que seja suficiente para o projeto, mas não o mais adequado. Neste artigo, abordaremos as principais considerações para a seleção de materiais de usinagem CNC e forneceremos uma visão geral de algumas opções comuns.

Considerações importantes para a escolha de materiais de usinagem CNC


Antes de entrar nos detalhes da seleção de materiais, as equipes de produto devem primeiro fazer um balanço dos requisitos do projeto. Comece considerando estas quatro perguntas:

1. Como a peça será usada?


Os engenheiros devem considerar o uso final de sua peça e onde ela será usada, pois esses fatores terão um impacto significativo na seleção do material. Por exemplo, aço inoxidável e aço carbono são adequados para usinagem CNC, mas apenas o aço inoxidável é naturalmente resistente à corrosão. Escolher o tipo errado de aço aqui comprometeria a longevidade de uma peça. FDA, FAA, bem como quaisquer regulamentos específicos do setor também devem ser lembrados.

2. O peso importa?


Se uma peça deve ser leve – um requisito comum na fabricação para aplicações automotivas e aeroespaciais – há muitas opções de metal de baixa densidade disponíveis. Os fabricantes também podem considerar o uso de um plástico como o ABS para manter o peso baixo se estiverem dispostos a sacrificar a força.

3. A peça requer alta resistência ou resistência ao calor?


A resistência pode ser medida de muitas maneiras diferentes (resistência à tração, resistência ao desgaste, etc.), de modo que os engenheiros devem determinar que tipo de resistência – e até que ponto isso importa – é necessário para sua parte. Esses parâmetros afetarão o tamanho do conjunto de materiais viáveis. Da mesma forma, os requisitos de temperatura excluirão certos materiais desde o início. Os engenheiros também devem pensar se sua peça será exposta a temperaturas flutuantes, já que quase todos os materiais se expandem ou se contraem em resposta às mudanças de temperatura.

4. Qual é o orçamento do projeto?


Os custos de materiais quase sempre influenciam a seleção de materiais. O objetivo da maioria das equipes de produto é selecionar um material que maximize as propriedades e o desempenho desejados do material, minimizando os gastos. Os custos de material são especialmente importantes quando se trata de usinagem CNC, porque esse processo produz uma quantidade relativamente grande de material de sucata. Alguns materiais - como metais especiais - são extremamente caros, o que pode ter um grande impacto na relação custo-benefício de todo o projeto, considerando a produção de material de sucata. Os engenheiros devem avaliar cuidadosamente seu orçamento antes de tomar qualquer decisão final.

5 materiais de usinagem CNC comuns


Como qualquer material - metal ou plástico - que seja duro o suficiente para usinagem pode ser usado para fabricação CNC, as equipes de produtos têm muitas opções. Esta pequena lista fornece um resumo rápido de alguns dos materiais mais comuns usados ​​na fabricação de CNC hoje.

1. Alumínio


As ligas de alumínio são fáceis de usinar em grandes volumes, têm uma boa relação resistência-peso e alta condutividade térmica e elétrica. Eles também são naturalmente resistentes à corrosão. O alumínio 6061 é uma liga de alumínio para todos os fins frequentemente usada para usinagem CNC. É normalmente encontrado em peças automotivas, peças de bicicletas, artigos esportivos e outros itens recreativos. Este material é altamente usinável; no entanto, pode ser mais caro do que outros metais e não se sustenta bem na presença de água salgada ou certos produtos químicos. O alumínio 7075 é um avanço em relação ao 6061. Ideal para estruturas aeroespaciais e equipamentos recreativos de alto desempenho, é a liga de alumínio mais forte disponível comercialmente.

2. Aço inoxidável


As ligas de aço inoxidável são fortes e resistentes à distorção, desgaste e corrosão. O aço inoxidável 303 inclui enxofre para melhor usinabilidade, mas esse material tem várias limitações que os engenheiros devem ter em mente.

303 não pode ser moldado a frio, tratado termicamente ou soldado, e cuidados especiais devem ser tomados com velocidade/avanços e afiação das ferramentas de corte durante a fabricação CNC. Dito isto, 303 faz excelentes porcas, parafusos, acessórios de grau não marítimo, eixos e engrenagens.

O aço inoxidável 304 é um aço não magnético para todos os fins para usinagem CNC conhecido por sua tenacidade. É facilmente usinável e resistente à corrosão como o 303, mas pode ser soldado. 304 é adequado para uma ampla gama de aplicações industriais e de consumo, acessórios de cozinha, tanques e tubos, arquitetura e muito mais. O aço inoxidável 316 é ainda mais resistente à corrosão do que o 304 ou 303 graças à adição de molibdênio. É forte, soldável e um dos poucos aços inoxidáveis ​​de grau marítimo.

Como é impossível distinguir os aços inoxidáveis ​​apenas pela visão, os engenheiros devem certificar-se de testar a matéria-prima para confirmar as características do aço que estão usando.

3. Aço carbono


O aço carbono 1045 é um aço carbono suave. Os fabricantes geralmente usinam com esse material porque é mais barato do que a maioria dos aços inoxidáveis, mas mais forte e resistente. 1045 é fácil de usinar, soldável e pode ser endurecido ou tratado termicamente para atingir várias durezas.

Este material é ideal para porcas, parafusos, engrenagens, eixos, bielas e outras peças mecânicas fortes e pequenas. 1045 também pode ser usado para aplicações arquitetônicas, mas deve ser tratado na superfície para evitar ferrugem e corrosão.

4. Titânio


Conhecido por sua alta resistência, tenacidade e resistência à corrosão, o titânio é frequentemente empregado para fabricar peças para as aplicações aeroespaciais, militares e industriais mais exigentes. Este material também é biocompatível e adequado para uso na fabricação de dispositivos médicos.

No entanto, o titânio é mais caro do que qualquer outro metal em sua forma comercial, não tem um bom polimento e é um mau condutor de eletricidade. Os engenheiros também devem estar cientes de que o titânio é um desafio para usinar e requer cortadores especiais.

5. Nylon


O nylon é um termoplástico de baixo atrito para todos os fins que é frequentemente usado como alternativa ao metal em peças fabricadas em CNC. Este material é rígido, forte, resistente a impactos, resistente a produtos químicos, mas surpreendentemente elástico. O nylon responde bem a aditivos e cargas, de modo que os engenheiros podem se sentir à vontade para manipular esse material para alcançar as propriedades desejadas.

Aplicações populares para nylon incluem moldagem elétrica, componentes do sistema de combustível, engrenagens, embalagens de alimentos, tecidos e muito mais. No entanto, o nylon absorve a umidade com facilidade, o que pode afetar negativamente a estabilidade dimensional de uma peça.

Aproveite os conselhos de especialistas sobre a seleção de materiais


Esta não é uma lista exaustiva, mas fica claro que a usinagem CNC é um processo de fabricação extremamente versátil que requer uma avaliação minuciosa dos requisitos do projeto para selecionar um material mais adequado para a peça em questão. Ainda assim, alcançar o equilíbrio ideal de custo, qualidade e tempo pode ser um desafio.

Com um parceiro de fabricação sob demanda confiável como o Fast Radius, a seleção de materiais é facilitada. Nossos especialistas em fabricação têm anos de experiência orientando as equipes de produtos ao longo de todo o desenvolvimento de produtos e processos de produção, começando com o design e a seleção de materiais. Vamos fazer algo incrível juntos - entre em contato conosco para começar.

Para obter mais considerações importantes e guias sobre como escolher o material certo para diferentes processos de fabricação, consulte outros artigos recentes no centro de aprendizado Fast Radius.

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