Por que o Alumínio é o Material Preferido para Usinagem CNC: Benefícios, Usos e Alternativas

Para projetos de usinagem CNC, o alumínio é uma das escolhas de material mais populares devido às suas propriedades físicas desejáveis. É forte, o que o torna ideal para peças mecânicas, e sua camada externa oxidada é resistente à corrosão dos elementos. Estes benefícios tornaram peças de alumínio comuns em todas as indústrias, embora sejam particularmente favorecidas nas esferas automotiva, aeroespacial, saúde e eletrônicos de consumo.

O alumínio também oferece vantagens específicas que simplificam e melhoram o processo de usinagem CNC. Diferente de muitos outros metais com propriedades de material similares, o alumínio oferece excelente usinabilidade: muitos de seus graus podem ser efetivamente penetrados por ferramentas de corte, lascando facilmente enquanto sendo relativamente fácil de moldar. Por causa disso, o alumínio pode ser usinado mais de três vezes mais rápido que ferro ou aço.

Este artigo explica algumas das principais vantagens da usinagem CNC de alumínio — razões pelas quais é um de nossos processos de prototipagem e produção mais solicitados — mas também sugere alternativas de usinagem ao alumínio.

Outros metais e plásticos podem fornecer benefícios similares ao alumínio, além dos benefícios únicos dos seus próprios.

Benefícios da usinagem CNC de alumínio

• Usinabilidade
• Resistência à corrosão
• Relação resistência-peso
• Condutividade elétrica
• Potencial de anodização
• Reciclabilidade

Usinabilidade

Uma das principais razões pelas quais engenheiros escolhem alumínio para suas peças usinadas é porque, simplesmente, o material é fácil de usinar. Embora isso pareça ser mais um benefício para o torneiro fabricando a peça, também tem benefícios significativos para a empresa encomendando a peça, bem como para o usuário final que eventualmente a usará.

Como o alumínio lasca facilmente, e porque é fácil de moldar, pode ser cortado rápida e precisamente com ferramentas de máquina CNC. Isso tem consequências importantes: primeiro, o curto prazo do trabalho de usinagem torna o processo mais barato (porque menos mão de obra é requerida do torneiro e menos tempo de operação é requerido da própria máquina); segundo, boa usinabilidade significa menos deformação da peça conforme a ferramenta de corte passa pela peça bruta. Isso pode permitir que a máquina atinja tolerâncias mais apertadas (tão baixas quanto ±0,025 mm) e leva a maior precisão e repetibilidade.

Resistência à corrosão

Diferentes graus de alumínio diferem muito em sua resistência à corrosão — o grau em que podem suportar oxidação e dano químico. Felizmente, alguns dos graus mais populares para usinagem CNC são os mais resistentes. 6061, por exemplo, oferece excelente resistência à corrosão, assim como outras ligas na extremidade inferior do espectro de resistência. (Ligas de alumínio de alta resistência podem ser menos resistentes à corrosão devido à presença de cobre ligado.)

Relação resistência-peso

O alumínio tem propriedades físicas desejáveis que o tornam ideal para peças tanto mecânicas quanto estéticas. Duas das mais importantes são a alta resistência do metal e sua leveza, ambas tornando o material favorável para peças críticas como as requeridas nas indústrias aeroespacial e automotiva. Acessórios de aeronaves e eixos automotivos são dois exemplos de peças que podem ser usinadas com sucesso com alumínio.

No entanto, diferentes graus de alumínio servem a propósitos diferentes. Devido à sua favorável relação resistência-peso, graus de uso geral como 6061 podem ser usados para uma ampla variedade de peças, enquanto graus de alta resistência notáveis como 7075 podem ser preferidos em aplicações aeroespaciais e marítimas.

Condutividade elétrica

Peças de alumínio usinadas CNC podem ser úteis para componentes elétricos devido à sua condutividade elétrica. Embora não tão condutivo quanto cobre, alumínio puro tem condutividade elétrica de cerca de 37,7 milhões de siemens por metro à temperatura ambiente. Ligas podem ter condutividades menores, mas materiais de alumínio são significativamente mais condutivos que, por exemplo, aço inoxidável.

Material	Condutividade (S/m) à temperatura ambiente
Cobre	59,6 milhões
Alumínio	37,7 milhões
Zinco	16,9 milhões
Ferro	10 milhões
Aço carbono	7 milhões
Titânio	2,4 milhões
Aço inoxidável	1,5 milhões

Potencial de anodização

Peças de alumínio usinadas são especialmente populares na indústria de eletrônicos de consumo, não apenas por demandas de resistência e peso, mas por importantes considerações estéticas. Além de ser receptivo a tintas e tingimentos, o alumínio pode ser tratado com anodização, um procedimento de acabamento superficial que engrossa a camada externa protetora e oxidada da peça.

O processo de anodização, que geralmente ocorre após a usinagem ser concluída, envolve passar uma corrente elétrica através da peça em um banho ácido eletrolítico e resulta em uma peça de alumínio mais resistente a impacto físico e corrosão.

Importante, a anodização torna mais fácil adicionar cor a uma peça de alumínio usinada, já que a camada externa anodizada é altamente porosa. Corantes podem encontrar seu caminho através das seções porosas da camada externa e são menos propensos a lascar ou descascar pois estão embutidos no exterior resistente da peça metálica.

Reciclabilidade

Outro benefício do alumínio é sua alta reciclabilidade, o que o torna preferível para empresas que buscam minimizar seu impacto ambiental ou para aquelas que simplesmente querem reduzir desperdício de material e recuperar parte de seus gastos. Materiais recicláveis são particularmente importantes na usinagem CNC, onde há uma quantidade relativamente grande de material de desperdício na forma de cavacos da ferramenta de corte.

Alternativas ao alumínio na usinagem CNC

Empresas podem buscar alternativas ao alumínio para usinagem CNC por várias razões. Afinal, o metal tem algumas fraquezas: seu revestimento de óxido pode danificar ferramentas, e é geralmente mais caro que alternativas como aço, parcialmente devido aos altos custos de energia da produção de alumínio.

Aqui estão algumas alternativas de usinagem potenciais ao alumínio, com ênfase em suas diferenças e similaridades ao popular metal cinza-prateado.

Metais

Aço & aço inoxidável

Melhor que alumínio para:

• Resistência
• Resistência à temperatura

Pior que alumínio para:

• Usinabilidade
• Peso

Aços e aços inoxidáveis são materiais amplamente usados em usinagem CNC. Devido à sua alta resistência, aços tendem a ser favorecidos para aplicações de alto estresse e aquelas que requerem soldas fortes. Aços são resistentes a temperaturas muito altas, e aços inoxidáveis podem ser tratados termicamente para melhorar sua resistência à corrosão.

No entanto, embora aços de usinagem sejam projetados para usinabilidade melhorada, o alumínio permanece o mais usinável dos dois materiais. Aços também são mais pesados e têm dureza maior que alumínio, o que pode ou não ser desejável dependendo da aplicação.

Se resistência à temperatura é uma consideração chave e peso não é, o aço pode ser uma alternativa ideal ao alumínio.

Titânio

Melhor que alumínio para:

• Relação resistência-peso

Pior que alumínio para:

• Custo

Titânio pode ser usado como substituição direta para alumínio já que sua vantagem primária é uma excepcional relação resistência-peso — também um dos principais benefícios do alumínio. Titânio tem peso similar ao alumínio mas é quase duas vezes mais forte. Como alumínio, também é altamente resistente à corrosão.

Estas vantagens são refletidas no preço mais alto do titânio. Embora o material seja uma excelente escolha para peças como componentes de aeronaves e dispositivos médicos, seu custo pode ser proibitivo.

Titânio é uma alternativa adequada ao alumínio quando leveza é uma preocupação primária e, importantemente, quando o orçamento de fabricação tem alguma flexibilidade.

Magnésio

Melhor que alumínio para:

• Usinabilidade
• Peso

Pior que alumínio para:

• Segurança na usinagem
• Resistência à corrosão

Embora não seja o material de usinagem mais comum, o metal leve magnésio oferece muitos dos benefícios de ligas de alumínio comuns. Na verdade, magnésio é um dos metais mais usináveis que existem, tornando o processo de usinagem rápido e eficiente.

Uma potencial desvantagem para oficinas de usinagem? Cavacos de magnésio são extremamente inflamáveis e são agravados ainda mais pela água, o que significa que torneiros devem ter cuidado ao limpar detritos.

Latão

Melhor que alumínio para:

• Algumas aplicações estéticas

Pior que alumínio para:

• Custo

Um metal com aparência dourada, latão é um metal altamente usinável disponível a um preço ligeiramente superior ao alumínio. É comumente visto em peças como válvulas e bicos, bem como componentes estruturais, enquanto sua alta usinabilidade o torna adequado para pedidos de alto volume.

Cobre

Melhor que alumínio para:

• Condutividade elétrica

Pior que alumínio para:

• Usinabilidade

Cobre compartilha várias propriedades de material com alumínio. No entanto, a condutividade elétrica superior do cobre pode torná-lo preferível para várias aplicações elétricas. Embora cobre puro seja difícil de usinar, muitas ligas de cobre oferecem usinabilidade similar a graus populares de alumínio.

Termoplásticos de engenharia

POM (Delrin)

Melhor que alumínio para:

• Isolamento elétrico
• Baixo atrito

Pior que alumínio para:

• Resistência
• Resistência ao calor

Projetos de usinagem CNC não precisam ser limitados a metais. Na verdade, vários termoplásticos de engenharia podem igualar ou exceder alguns dos benefícios do alumínio, dependendo da aplicação.

Como o alumínio é frequentemente favorecido por sua excelente usinabilidade, uma alternativa plástica viável é POM (Delrin), que é, como alumínio, altamente adequado ao processo de usinagem. POM tem ponto de fusão baixo mas resistência impressionantemente alta para um plástico.

POM é um isolante elétrico, tornando-o adequado para peças como gabinetes eletrônicos. Também é adequado para peças mecânicas. No entanto, dado seu comportamento de isolamento radicalmente diferente comparado ao alumínio, só deve ser usado como substituição direta em situações onde condutividade térmica e elétrica é de importância negligenciável.

PTFE (Teflon)

Melhor que alumínio para:

• Isolamento elétrico
• Atrição muito baixa

Pior que alumínio para:

• Resistência

Como POM, PTFE (Teflon) é um termoplástico altamente usinável que é um excelente isolante elétrico. Diferente de POM, no entanto, PTFE também é resistente a altas temperaturas (até 260°C), tornando-o uma alternativa viável ao alumínio para aplicações de alta temperatura.

A alta resistência química do PTFE também o torna um material de usinagem popular para peças que serão usadas na indústria alimentícia.

PEEK

Melhor que alumínio para:

• Uso médico

Pior que alumínio para:

• Usinabilidade
• Custo

Embora PEEK seja mais difícil de usinar que os dois termoplásticos anteriores, sua alta resistência e estabilidade térmica (resistente a temperaturas até 260°C) tornam-no uma alternativa genuína direta ao alumínio. A popularidade do PEEK para peças como válvulas, rolamentos, bombas e bicos testifica suas habilidades semelhantes a metal.

Um obstáculo é o preço. Como polímero de alto desempenho, PEEK é um dos termoplásticos usináveis mais caros, tornando-o adequado apenas para projetos de usinagem onde materiais onipresentes como alumínio são inutilizáveis.

ABS

Melhor que alumínio para:

• Resistência a choque térmico

Pior que alumínio para:

• Resistência

ABS é comumente usado como material de injeção de plástico e, nos últimos anos, filamento de impressão 3D. Mas embora ABS tenha muito pouco em comum com alumínio, permanece um material versátil e leve para usinagem CNC, oferecendo resistência a impacto acima da média.

Mais

Outros plásticos usináveis, a maioria altamente dissimilar ao alumínio, incluem PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (Acrílico), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE e PPS.

Alternativas a graus específicos de alumínio

Aplicação	Alumínio	Alternativa
Geral	6061	Aço doce 1018
Aeroespacial	7075	Aço inoxidável 303
Marítimo	5083	Aço inoxidável 304 Aço inoxidável 316
Construção	5083	Aço doce A36
Alimentício	6061	PTFE PC

Combinando usinagem CNC com outros processos

Se o alumínio permanece a escolha de material preferida para um projeto, existem formas de combinar usinagem CNC com outros processos de fabricação para criar peças de alumínio mais complexas e de alto desempenho. Fazer isso pode maximizar a funcionalidade do alumínio enquanto colhe os benefícios de múltiplos processos de produção.

Além de ser um processo de fabricação tudo-em-um, a usinagem CNC pode ser usada para refinar ou modificar peças feitas usando outras máquinas. Processos de extrusão, fundição e forjamento podem cada um ser complementados com o processo de usinagem para fazer melhores componentes de alumínio.

Extrusão de alumínio + usinagem CNC

Extrusão é o processo de forçar material fundido através de uma abertura em uma matriz, produzindo um componente alongado com perfil contínuo. Embora a extrusão de alumínio seja uma forma eficaz de produzir componentes funcionais com acabamentos superficiais de qualidade e seções transversais complexas, é limitada em escopo, já que essas seções transversais devem ser consistentes ao longo da peça.

A menos que, claro, a peça seja modificada após a extrusão. Como a extrusão de alumínio tende a envolver graus de alumínio maleáveis, dúcteis e usináveis como 6061 & 6063, as peças extrudadas podem então ser pós-usinadas — cortadas de várias formas usando um centro de usinagem CNC.

Combinar extrusão de alumínio e usinagem CNC é uma ótima maneira de produzir peças resistentes com seções transversais complexas e geometrias irregulares.

Fundição sob pressão + usinagem CNC

Fundição sob pressão é um processo de fabricação no qual metal fundido é forçado em uma cavidade de molde com alta pressão. Geralmente é usado ao fazer peças em quantidades maiores já que os moldes de aço ferramenta requeridos são caros para fazer.

Junto com aço, magnésio e zinco, o alumínio é um dos metais mais populares para fundição sob pressão, e peças de alumínio fundidas sob pressão geralmente têm excelente acabamento superficial e consistência dimensional.

Estas vantagens podem ser combinadas com as vantagens da usinagem CNC. Ao fundir sob pressão componentes de alumínio então adicionar cortes adicionais usando um centro de usinagem, é possível criar peças com acabamento excepcional e geometrias mais complexas que seriam possíveis usando qualquer processo sozinho.

Fundição por gravidade pode ser usada em vez de fundição sob pressão se reduzir custo for mais importante que garantir alta precisão ou criar paredes finas.

Fundição de precisão (investment casting) + usinagem CNC

Fundição de precisão é um processo de fundição de metal que usa padrões de cera para criar peças de metal. Como outros processos de fundição, produz peças com excelente acabamento superficial e alta precisão dimensional.

O processo também produz vantagens únicas: pode ser usado para criar peças mais intrincadas que seria possível com fundição sob pressão, e peças emergem sem linhas de separação.

Ligas de alumínio são um material comum usado para fundição de precisão, e as peças de alumínio fundidas podem ser pós-usinadas para refinamento.

Forjamento + usinagem CNC

Muitas ligas de alumínio usináveis também são adequadas ao processo antigo de forjamento, que envolve moldar metal através de força compressiva. (Isso frequentemente envolve martelar o metal.)

Alumínio 6061, por exemplo, é adequado a forjamento a quente com matriz fechada — processo comumente usado para produzir componentes automotivos e industriais.

As peças forjadas de alumínio podem ser pós-usinadas com um centro de usinagem CNC. Isso pode ser benéfico comparado à usinagem sozinha já que peças forjadas são geralmente mais fortes que equivalentes totalmente fundidos ou totalmente usinados. No entanto, a pós-usinagem permite a criação de geometrias mais complexas sem comprometer totalmente a integridade da peça.

Para saber mais sobre usinagem CNC com alumínio e outros materiais, entre em contato com a 3ERP.