Máquina CNC de alumínio:benefícios e alternativas possíveis

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. Esses benefícios tornaram as peças de alumínio comuns em todos os setores, embora sejam particularmente favorecidas nas esferas automotiva, aeroespacial, de saúde e eletrônica de consumo.

O alumínio também oferece vantagens específicas que simplificam e melhoram o processo de usinagem CNC. Ao contrário de muitos outros metais com propriedades de material semelhantes, o alumínio oferece excelente usinabilidade:muitas de suas classes podem ser efetivamente penetradas por ferramentas de corte, lascando facilmente enquanto são relativamente fáceis de moldar. Por causa disso, o alumínio pode ser usinado três vezes mais rápido que o ferro ou o aço.

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

Outros metais e plásticos podem fornecer benefícios semelhantes aos do alumínio, além dos benefícios exclusivos dos próprios.

Benefícios da usinagem CNC de alumínio

• Usinabilidade
• Resistência à corrosão
• Relação força/peso
• Condutividade elétrica
• Potencial de anodização
• Reciclabilidade

Peças de alumínio CNC típicas da 3ERP

Usinabilidade

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

Como os cavacos de alumínio são fáceis de moldar, podem ser cortados com rapidez e precisão com máquinas-ferramentas CNC. Isso tem algumas consequências importantes:em primeiro lugar, o curto tempo de trabalho de usinagem torna o processo mais barato (porque exige menos mão de obra do maquinista e menos tempo de operação da própria máquina); em segundo lugar, uma boa usinabilidade significa menos deformação da peça à medida que a ferramenta de corte atravessa a peça. Isso pode permitir que a máquina atenda a tolerâncias mais apertadas (tão baixas quanto ±0,025 mm) e leva a uma maior precisão e repetibilidade.

Resistência à corrosão

Diferentes tipos de alumínio diferem muito em sua resistência à corrosão - o grau em que podem suportar oxidação e danos químicos. Felizmente, algumas das classes mais populares para usinagem CNC são as mais resistentes. 6061, por exemplo, oferece excelente resistência à corrosão, assim como outras ligas na extremidade inferior do espectro de resistência. (As ligas de alumínio fortes podem ser menos resistentes à corrosão devido à presença de liga de cobre.)

Relação força/peso

O alumínio tem propriedades físicas desejáveis ​​que o tornam ideal para peças mecânicas e de aspecto. Dois dos mais importantes são a alta resistência e a leveza do metal, que tornam o material favorável para peças críticas, como as exigidas 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 relação resistência-peso favorável, classes de uso geral como 6061 podem ser usadas para uma ampla variedade de peças, enquanto classes notavelmente de alta resistência como 7075 podem ser preferidas em aplicações aeroespaciais e marítimas.

Condutividade elétrica

As peças de alumínio usinadas em CNC podem ser úteis para componentes elétricos devido à sua condutividade elétrica. Embora não seja tão condutor quanto o cobre, o alumínio puro tem uma condutividade elétrica de cerca de 37,7 milhões de siemens por metro à temperatura ambiente. As ligas podem ter condutividades mais baixas, mas os materiais de alumínio são significativamente mais condutores do que, por exemplo, o 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

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

O processo de anodização, que geralmente ocorre após o término da usinagem, envolve a passagem de uma corrente elétrica pela peça em banho de ácido eletrolítico e resulta em uma peça de alumínio mais resistente ao impacto físico e à corrosão.

É importante ressaltar que a anodização facilita a adição de cor a uma peça de alumínio usinada, pois a camada externa anodizada é altamente porosa. Os corantes podem encontrar seu caminho através das seções porosas da camada externa e são menos propensos a lascar ou lascar, 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 aqueles que desejam simplesmente reduzir o desperdício de material e recuperar parte de seus gastos. Os materiais recicláveis ​​são particularmente importantes na usinagem CNC, onde há uma quantidade relativamente grande de resíduos na forma de cavacos da ferramenta de corte.

Alternativas ao alumínio na usinagem CNC

As empresas podem buscar alternativas ao alumínio para usinagem CNC por vários motivos. Afinal, o metal tem alguns pontos fracos:seu revestimento de óxido pode danificar ferramentas e geralmente é mais caro do que alternativas como o aço, em parte devido aos altos custos de energia da produção de alumínio.

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

Metais

Aço e aço inoxidável

Melhor que o alumínio para:

• Força
• Resistência à temperatura

Pior que o alumínio para:

• Usinabilidade
• Peso

Aços e aços inoxidáveis ​​são materiais amplamente utilizados na usinagem CNC. Devido à sua alta resistência, os aços tendem a ser preferidos para aplicações de alta tensão e aquelas que exigem soldas fortes. Os aços são resistentes a temperaturas muito altas e os aços inoxidáveis ​​podem ser tratados termicamente para aumentar sua resistência à corrosão.

No entanto, enquanto os aços de usinagem são projetados para uma usinabilidade aprimorada, o alumínio continua sendo o mais usinável dos dois materiais. Os aços também são mais pesados ​​e possuem uma dureza maior que o alumínio, o que pode ou não ser desejável dependendo da aplicação.

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

Titânio

Melhor que o alumínio para:

• Relação força/peso

Pior que o alumínio para:

• Custo

O titânio pode ser usado como substituto do alumínio, uma vez que sua principal vantagem é uma excepcional relação resistência-peso - também um dos principais benefícios do alumínio. O titânio tem um peso semelhante ao alumínio, mas é quase duas vezes mais forte. Como o alumínio, também é altamente resistente à corrosão.

Essas vantagens se refletem 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.

O titânio é uma alternativa adequada ao alumínio quando a leveza é a principal preocupação e, mais importante, quando o orçamento de fabricação tem alguma flexibilidade.

Magnésio

Melhor que o alumínio para:

• Usinabilidade
• Peso

Pior que o alumínio para:

• Segurança da usinagem
• Resistência à corrosão

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

Uma desvantagem potencial para as oficinas mecânicas? As lascas de magnésio são extremamente inflamáveis ​​e são agravadas ainda mais pela água, o que significa que os maquinistas devem ter cuidado ao limpar os detritos.

Latão

Melhor que o alumínio para:

• Algumas aplicações estéticas

Pior que o alumínio para:

• Custo

Um metal com aparência dourada, o latão é um metal altamente usinável disponível a um preço ligeiramente mais alto que o 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 o alumínio para:

• Condutividade elétrica

Pior que o alumínio para:

• Usinabilidade

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

Termoplásticos de engenharia

POM (Delrin)

Melhor que o alumínio para:

• Isolamento elétrico
• Baixo atrito

Pior que o alumínio para:

• Força
• Resistência ao calor

Os projetos de usinagem CNC não precisam se limitar a metais. De fato, vários termoplásticos de engenharia podem igualar ou superar alguns dos benefícios do alumínio, dependendo da aplicação.

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

O POM é um isolante elétrico, tornando-o adequado para peças como gabinetes eletrônicos. Também é adequado para peças mecânicas. No entanto, dado o seu comportamento isolante radicalmente diferente em relação ao alumínio, ele só deve ser usado como um substituto semelhante em situações em que a condutividade térmica e elétrica é de importância insignificante.

PTFE (Teflon)

Melhor que o alumínio para:

• Isolamento elétrico
• Baixa fricção

Pior que o alumínio para:

• Força

Assim como o POM, o PTFE (Teflon) é um termoplástico altamente usinável que é um excelente isolante elétrico. Ao contrário do POM, no entanto, o PTFE também é resistente a altas temperaturas (até 260°C), tornando-se uma alternativa viável de 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 o alumínio para:

• Uso médico

Pior que o alumínio para:

• Usinabilidade
• Custo

Embora o PEEK seja mais difícil de usinar do que os dois termoplásticos anteriores, sua alta resistência e estabilidade térmica (resistente a temperaturas de até 260°C) o tornam uma alternativa genuína ao alumínio. PEEK’s popularity for parts like valves, bearings, pumps, and nozzles testifies to its metal-like abilities.

One stumbling block is price. As a high-performance polymer, PEEK is one of the more expensive machinable thermoplastics, making it suitable only for machining projects where ubiquitous materials like aluminum are unusable.

ABS

Better than aluminum for:

• Thermal shock resistance

Worse than aluminum for:

• Strength

ABS is commonly used as an injection molding material and, as of recent years, a 3D printing filament. But while ABS has very little in common with aluminum, it remains a versatile and lightweight material for CNC machining, offering above-average impact strength.

More

Other machinable plastics, most of which are highly dissimilar to aluminum, include PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (Acrylic), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE, and PPS.

Alternatives to specific aluminum grades

Application	Aluminum	Alternative
Em geral	6061	Mild steel 1018
Aerospace	7075	Stainless steel 303
Marinho	5083	Stainless steel 304 Stainless steel 316
Construção	5083	Mild steel A36
Comida	6061	PTFE computador

Combining CNC machining with other processes

If aluminum remains the preferred material choice for a project, there are ways to combine CNC machining with other manufacturing processes in order to create more complex, higher-performing aluminum parts. Doing so can maximize the functionality of aluminum while reaping the benefits of multiple production processes.

In addition to being an all-in-one manufacturing process, CNC machining can be used to refine or modify parts made using other machinery. Extrusion, casting and forging processes can each be complemented with the machining process to make better aluminum components.

Aluminum extrusion + CNC machining

Extrusion is the process of forcing molten material through an aperture in in a die, producing an elongated component with a continuous profile. While aluminum extrusion is an effective way of producing functional components with quality surface finishes and complex cross-sections, it is limited in scope, since those cross-sections must be consistent across the part.

Unless, of course, the part is modified after extrusion. Because aluminum extrusion tends to involve malleable, ductile and machinable aluminum grades like 6061 &6063, the extruded parts can then be post-machined — cut in various ways using a CNC machining center.

Combining aluminum extrusion and CNC machining is a great way to produce resilient parts with complex cross-sections and irregular geometries.

Die casting + CNC machining

Pressure die casting is a manufacturing process in which molten metal is forced into a mold cavity with high pressure. It is generally used when making parts in larger quantities since the required tool steel dies are expensive to make.

Along with steel, magnesium, and zinc, aluminum is one of the more popular metals for pressure die casting, and die-cast aluminum parts generally have an excellent surface finish and dimensional consistency.

These advantages can be combined with the advantages of CNC machining. By die casting aluminum components then adding further cuts using a machining center, it is possible to create parts with an exceptional finish and more complex geometries that would be possible using either process on its own.

Gravity dies casting can be used instead of pressure die casting if reducing cost is more important than ensuring high precision or creating thin walls.

Investment casting + CNC machining

Investment casting is a metal casting process that uses wax patterns to create metal parts. Like other casting processes, it produces parts with an excellent surface finish and high dimensional accuracy.

The process also produces unique advantages:it can be used to create more intricate parts than would be possible with die casting, and parts emerge with no parting lines.

Aluminum alloys are a common material used for investment casting, and the cast aluminum parts can be post-machined for refinement.

Forging + CNC machining

Many machinable aluminum alloys are also suited to the age-old process of forging, which involves shaping metal through compressive force. (This often involves hitting the metal with a hammer.)

Aluminum 6061, for example, is suited to hot forging with a closed die — a process commonly used to produce automotive and industrial components.

The forged pieces of aluminum can be post-machined with a CNC machining center. This can be beneficial compared to machining alone since forged parts are generally stronger than fully cast or fully machined equivalents. However, post-machining allows for the creation of more complex geometries without wholly compromising the integrity of the part.

To learn more about CNC machining with aluminum and other materials, contact 3ERP .