Como Escolher os Melhores Materiais para Usinagem CNC para Desempenho Otimizado

A usinagem CNC é um processo altamente preciso compatível com muitos materiais. Os materiais certos para usinagem CNC desempenham papel enorme na eficiência do processo de fabricação e na qualidade e função de uma peça usinada. Porém, escolher o certo da multidão pode ser desafiador.

Este artigo explica como selecionar o material CNC apropriado para seu projeto.

Guia de 3 Passos para Seleção de Material de Usinagem CNC

Antes de mergulhar no artigo, abaixo está uma breve introdução ao guia de 3 passos que a maioria dos operadores CNC usa para selecionar um material. Porém, note que esta é uma introdução, pois cada passo será totalmente explicado nas seções subsequentes.

Passo 1: Priorizar Requisitos de Sua Peça

Requisitos da peça são a parte central da usinagem CNC, e eles definem o template para o tipo de material que você pode usar. Requisitos comuns incluem aplicação da peça, ou seja, o ambiente onde será usada, propriedades presumidas como leveza, resistência à tração e seu orçamento.

Passo 2: Identificar Materiais Potenciais

Priorizar materiais baseados nos requisitos da peça acima levará você a identificar alguns materiais que podem cumprir todos ou a maioria deles. Faça uma lista destes materiais.

Passo 3: Escolher o Material Mais Adequado

Escolha o material mais adequado fazendo um compromisso entre os requisitos da peça. Por exemplo, você pode escolher custo sobre performance mecânica se seu orçamento não estiver na faixa.

Passo 1: Considere Requisitos de Sua Peça ao Escolher Materiais de Usinagem CNC

Abaixo está um estudo intensivo de requisitos de peças aplicáveis a qualquer projeto de usinagem CNC.

Aplicações da Peça

Garanta que o material CNC que você usa é compatível com a aplicação ou ambiente pretendido. Por exemplo, vamos comparar aço inoxidável e aço carbono pretendidos para fazer peças estruturais usadas em ambiente marinho. Ambos materiais são usináveis. Porém, aço inoxidável será mais adequado devido a ser resistente à corrosão. Se você olha para um ambiente seco normal, aço carbono seria mais adequado pois é mais forte e durável.

Peso da Peça

Garanta que os materiais que você está considerando têm o peso certo solicitado baseado em sua aplicação. Maior não significa melhor. Por exemplo, Alumínio e outros materiais de baixa densidade atraem fortemente as indústrias automotiva e aeroespacial devido à sua leveza e resistência.

Propriedades da Peça

Os materiais CNC certos terão as propriedades necessárias que auxiliam usinagem efetiva sem perda de função. Portanto, você deve considerar as propriedades da peça que pode considerar.

Usinabilidade

Usinabilidade mostra quão compatível material é com o processo de usinagem CNC. O material certo deve ser altamente usinável, levando a aumento na eficiência de produção e redução em peças CNC destruídas. Metais moles como Alumínio, cobre, latão e plásticos são materiais altamente usináveis.

Metais duros e plásticos resistentes como metal ou fibra de carbono têm baixa usinabilidade. Portanto, isso resultará em baixa produtividade e eficiência de produção devido à necessidade de controlar velocidade de corte e taxas de avanço da máquina CNC. Eles também podem danificar peças metálicas ou requerer ferramentas de corte especiais, como no caso de titânio.

Resistência

Existem diferentes medidas de resistência de metal e plástico, e você deve considerar as seguintes ao procurar o material perfeito para seu projeto:

• Resistência à tração: Resistência do material a força de tração
• Compressão ou suporte de carga: Resistência do material a carga constante
• Tenacidade: Capacidade do material resistir a rasgamento
• Elasticidade: Capacidade do material retornar à forma original após remover carga

Conheça o limite de resistência tolerável das peças que você quer fazer, então escolha um material que ressoe com tais limites. Além disso, você pode ir online para obter informação técnica abrangente sobre resistência de diferentes materiais ou falar com nosso pessoal.

Resistência ao Calor

Resistência ao calor mostra a capacidade do material resistir a mudança em propriedades mecânicas devido a mudança de temperatura. Garanta que os materiais que você escolhe não expandam ou contraiam irregularmente em resposta a mudança de temperatura.

Resistência à Corrosão

Resistência à corrosão é a capacidade do material resistir a substâncias estranhas que podem causar falha de peça. Tais substâncias estranhas não se limitam à água apenas. Outros exemplos incluem óleo, graxa e reagentes químicos como ácidos, sais e álcool. Consequentemente, garanta que você verifique a ficha técnica do material para verificar sua capacidade de suportar exposição química.

Dureza

Dureza do material mostra sua capacidade de suportar cargas superficiais pontuais e determina quais materiais uma máquina CNC pode cortar. Materiais duros não são adequados para usinagem CNC pois podem destruir componentes de máquinas CNC. Eles também precisam de procedimentos de corte especiais. Por exemplo, titânio precisa de ferramenta de corte de diamante.

Limite de Resistência à Fadiga

É a capacidade geral dos materiais absorver tensão. Por exemplo, Alumínio não tem limite de resistência à fadiga devido à sua microestrutura. Porém, suas ligas devem ter limite de resistência à fadiga de 1/3 da resistência à tração.

Tolerância Dimensional

Tolerância dimensional é o limite permissível na variação das peças de máquina para funcionamento efetivo. Para maior tolerância dimensional, você precisa de materiais altamente usináveis.

Peças feitas usando tolerância apertada são mais fáceis de montar. Consequentemente, são altamente adequadas para automotiva e aeronáutica.

Também, toda máquina CNC tem seu nível de tolerância baseado no fabricante. Porém, a tolerância média é 0,02 mm. Se você não tem certeza da tolerância, pode ver nosso artigo sobre tolerância padrão para usinagem CNC.

Aparência Física

Estética não está na vanguarda do requisito ao selecionar material CNC. Porém, você pode precisar considerá-la para certos produtos, especialmente de consumo.

Aparência física pode ser em termos da suavidade e cor da peça final. Metais geralmente têm acabamento superficial liso, embora tenham gama limitada de cor. Materiais plásticos vêm em diferentes cores.

Orçamento do Projeto

Custo do material é parte importante da seleção de material CNC porque usinagem CNC é processo subtrativo, ou seja, a máquina lasca a peça para fazer o produto final. Portanto, orçamento do projeto é fator principal na seleção de material. Garanta que você escolha um material com propriedades desejadas dentro da faixa de gasto.

Passo 2: Identificar Materiais Candidatos de Usinagem CNC

Usando os requisitos de peça destacados acima, você deve ser capaz de fazer uma lista de materiais compatíveis para seu projeto. Três tipos de materiais são adequados para usinagem CNC: metais, plásticos e outros. Esta seção discute os três tipos, suas propriedades e aplicação.

Materiais Metálicos para Usinagem CNC

Metais são materiais comuns de fresamento CNC com propriedades únicas. Existe ampla gama de metais compatíveis com o processo. Abaixo estão as opções bem conhecidas, suas propriedades e aplicações

Alumínio

Ligas de alumínio geralmente têm boa relação resistência-peso, condutividade térmica e elétrica, e resistência à corrosão. Porém, o nível destas propriedades depende do tipo de liga de alumínio. Por exemplo, a comparação 6061 vs. 7075 de alumínio mostra que alumínio 6061 tem menor resistência à corrosão. Existem também outras comparações de ligas de alumínio mostrando a diversidade nas propriedades do material.

Ligas de alumínio são aplicáveis na indústria automotiva e aeronáutica para fazer peças como quadros e equipamentos recreativos de alta performance

Latão

Latão é liga de zinco e cobre. Diferente de bronze e cobre, é material custo-efetivo com baixo coeficiente de atrito, alta resistência química e baixa resistência. É altamente usinável devido à sua maciez. Como resultado, latão é aplicável na fabricação de peças usadas na indústria médica (ferramentas cirúrgicas), engenharia e indústria musical (cordas).

Aço Inoxidável

Ligas de aço inoxidável são resistentes à corrosão, distorção e desgaste. A maioria das ligas de aço inoxidável pode ser tratada termicamente exceto o aço inoxidável 303 usado para fazer porcas, parafusos, eixos e engrenagens. Outra liga comum é o aço inoxidável 304, conhecido por sua alta usinabilidade, resistência à corrosão e soldabilidade.

Aço inoxidável é geralmente aplicável na indústria médica para fazer ferramentas cirúrgicas e indústrias automotiva e aeronáutica.

Aço

Ligas de aço têm alta conformabilidade, soldabilidade e usinabilidade. Porém, o grau destas propriedades depende da liga. Aço é adequado para fazer materiais que requerem soldas fortes, como engrenagens e eixos.

Titânio

Titânio tem alta resistência, tenacidade, biocompatibilidade e resistência à corrosão. É frequentemente comparado ao Alumínio. Porém, diferente de ligas de alumínio, é caro e tem baixa usinabilidade (requer cortadores especiais). Também tem baixa soldabilidade fazendo muitos operadores preferir aço aço quando comparando titânio com aço.

Titânio é material importante em peças de prototipagem rápida usadas em aeroespacial, militar e fabricação de dispositivos médicos.

Cobre

Cobre tem alta condutividade elétrica e resistência à corrosão, e condutividade térmica. Porém, tem baixa resistência a produtos químicos como ácidos, halogênios, sulfetos e soluções de amônia.

Cobre é aplicável na indústria elétrica para fazer peças condutivas e indústria automotiva para fazer sistemas de resfriamento e trocadores de calor.

Materiais Plásticos para Usinagem CNC

Polímeros plásticos também são materiais comuns para usinagem CNC e são conhecidos por sua versatilidade e propriedades estéticas. Abaixo estão as opções bem conhecidas, suas propriedades e aplicações.

ABS

Material plástico ABS é termoplástico com alta resistência ao impacto, baixa condutividade elétrica e alta resistência química. É mais comum em moldagem por injeção, embora seja altamente aplicável em usinagem CNC devido à sua versatilidade.

ABS é aplicável na fabricação de componentes automotivos, brinquedos e artigos esportivos. Porém, diferente de outros plásticos, é menos caro e não suporta altas temperaturas por longo tempo.

Nylon

Nylon é polímero poliamida com alta usinabilidade, resistência moderada à chama e alta resistência. É adequado para fazer isoladores, mancais, rodas e invólucros de eletrônicos de consumo.

Acrílico

PMMA é material rígido, transparente, resistente a arranhões e impacto usado como substituto de vidro. Acrílico para CNC é aplicável na fabricação de telas de exibição, lentes, invólucros transparentes e armazenamento de alimentos (devido à falta de Bisfenol-A). Porém, é suscetível a deformação por calor.

PEEK

PEEK é polímero semi-cristalino com excelente usinabilidade, estabilidade dimensional superior, resistência química e resistência ao impacto adequada. É aplicável na fabricação de peças como soquetes de teste, interruptores e conectores.

PVC

PVC é quimicamente resistente e mais acessível que a maioria dos materiais de fresamento CNC. É aplicável na indústria de habitação para fazer tubos de água e gás.

Outros Materiais de Usinagem CNC

Embora metais e plásticos sejam os materiais de usinagem CNC mais populares, existem outros compatíveis. Abaixo estão alguns que podem ser adequados para seu projeto.

Cerâmicas

Cerâmica é material conhecido por ser quebradiço, resistente ao calor e resistente à corrosão. Portanto, precisa de usinagem cuidadosa.

Como resultado de suas propriedades, é importante para fazer componentes com resistência ao calor, ex: componentes de motor de ônibus espacial, blindagem de tanque e supercondutores.

Madeira

Madeira (madeira sólida e compensado) tem alta estética e resistência ao desgaste. Compensado tem mais estabilidade dimensional. Consequentemente, é adequado para produtos requerendo alto nível de tolerância. Ambos materiais são caros e podem requerer ferramentas de corte especializadas.

Espumas

Espumas são baratas, leves e facilmente usináveis materiais adequados como materiais de teste em usinagem CNC. Existem dois tipos: rígida e de escultura.

Espumas rígidas têm maior valor de isolamento (podem trabalhar em temperaturas entre -100° e 200° F). Como resultado, são adequadas para fazer peças usadas em pisos e paredes. Também são adequadas para fazer produtos que precisam suportar umidade.

Espuma de escultura tem maior flexibilidade. Portanto, são aplicáveis na fabricação de produto como juntas e selos.

Compósitos

Compósitos são materiais sintéticos feitos de carbono, vidro, etc., unidos por resina termofixa ou termoplástica. Devido à sua composição química, têm menor usinabilidade. Como resultado, são difíceis de usinar e frequentemente requerem ferramentas de diamante e máquinas CNC de 5 eixos. São aplicáveis em aplicações automotiva, aeroespacial e geração de energia.

Passo 3: Selecionando os Melhores Materiais de Usinagem CNC

Escolher o melhor material de usinagem CNC depende do produto que você imagina e suas aplicações. Como existem muitos materiais disponíveis, você deve ser capaz de fazer uma lista daqueles que são adequados. Abaixo estão algumas coisas que você pode considerar para selecionar o melhor material.

Considerar Materiais Não Metálicos

Metais nem sempre são a melhor opção. Alguns materiais não metálicos têm propriedades como as de metais. Por exemplo, policarbonato é plástico muito forte comparado a metais. Também é leve, durável e moldável. Portanto, use-os se seu projeto se sairia melhor com material CNC não metálico.

Considerar Fenólicos

Fenólicos são duros, dimensionalmente estáveis, eletricamente resistentes, resistentes ao calor e quimicamente resistentes. Sendo assim, são ótimas opções para aderir a regulamentos específicos em seus projetos.

Conhecer os Diferentes Propósitos das Espumas

Espumas são muito importantes na usinagem devido à sua leveza, durabilidade e rigidez. Como resultado, podem ser o material de teste certo, especialmente se você trabalha com materiais caros. Espuma rígida é adequada para peças que precisam alta integridade estrutural e estabilidade enquanto espuma de escultura é adequada para peças que requerem alto nível de isolamento e protótipos para moldes.

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Perguntas Frequentes

Qual o melhor Alumínio para usinagem?

Alumínio 6061-T6 é uma liga de alumínio popular considerada grau padrão para usinagem CNC. É altamente usinável, leve, resistente à corrosão e versátil. É aplicável na indústria automotiva e aeronáutica

Quais materiais uma máquina CNC pode cortar?

Uma máquina CNC pode cortar metais moles como Alumínio e Aço inoxidável, plásticos como ABS, PEEK e PVC, e outros materiais como espumas e cerâmicas.

Qual é melhor entre plásticos e metais?

Ambos materiais têm propriedades aplicáveis em diferentes cenários. Metais são caros com boas propriedades funcionais. Para estética, plásticos são a melhor opção. Isso não significa que metais não tenham propriedades estéticas. Você pode fazê-los parecer esteticamente bons usando acabamento superficial. Também, muitos plásticos podem substituir metais em termos de propriedades funcionais.