Escolhendo o material de usinagem CNC ideal para desempenho máximo

A usinagem CNC é indiscutivelmente a força vital da indústria de manufatura, com aplicações como aeroespacial, dispositivos médicos e eletrônicos. A escolha de componentes usinados CNC equilibra fatores como resistência do material, usinabilidade e requisitos específicos da aplicação. Os avanços na tecnologia expandem continuamente as opções de materiais, tornando a seleção informada crítica para o desempenho e durabilidade ideais dos componentes nessas indústrias exigentes.

Neste artigo, exploramos o mundo dos materiais CNC, focando em como escolher os materiais certos para usinagem CNC. Abordaremos opções populares e menos conhecidas, oferecendo insights sobre suas propriedades e aplicações exclusivas. Este guia simplificado tem como objetivo aprimorar sua compreensão sobre materiais de usinagem sem sobrecarregá-lo com detalhes excessivos.

Os melhores materiais para projetos de usinagem CNC

Agora, vamos para a próxima parte da nossa discussão:tipos de materiais de usinagem CNC.

Materiais metálicos para CNC

Os metais são o material mais comum para peças CNC. Eles oferecem uma ampla gama de propriedades favoráveis, como alta resistência, dureza, resistência térmica e condutividade elétrica.

Alumínio (6061, 7075)

O alumínio é um dos materiais mais versáteis e valiosos na fabricação CNC. Possui uma excepcional relação resistência-peso, natureza leve, resistência à corrosão e impressionante aparência prateada. Assim, o alumínio é altamente desejável para uso em uma ampla variedade de aplicações. Além disso, suas propriedades térmicas e elétricas favoráveis ​​o tornam ideal para uso em diversas aplicações de gerenciamento eletrônico e térmico. Os graus de alumínio 6061 e 7075 de alta qualidade são particularmente populares para uso em estruturas aeroespaciais, peças de motores automotivos e equipamentos esportivos leves.

Comparado a outros metais CNC, como titânio e aço, o alumínio é relativamente fácil de usinar, o que o torna uma escolha popular entre os fabricantes. No entanto, observe que o alumínio não é a opção mais barata disponível. E é mais caro que outros, como o aço inoxidável.

Aço inoxidável (316, 303, 304)

O aço inoxidável vem em vários graus. Geralmente, porém, possui alta resistência e tenacidade, resistência ao desgaste e à corrosão, e tem uma aparência brilhante como o alumínio. Além disso, está entre os metais de preço médio. No entanto, é um material CNC difícil de usinar devido à sua dureza.

O aço inoxidável 316 é útil em aplicações marítimas, equipamentos médicos e gabinetes externos devido à sua capacidade de suportar calor e corrosão. 303 e 314 compartilham composições semelhantes e são geralmente mais baratos e mais usináveis ​​que 316. Seu principal uso inclui fixadores (parafusos, parafusos, buchas, etc.), peças automotivas e eletrodomésticos.

Aço carbono e ligas de aço

O aço carbono e ligas relacionadas oferecem excelente resistência e usinabilidade, tornando-os ideais para uso em muitas aplicações. Também são compatíveis com diversos processos de tratamento térmico, melhorando ainda mais suas propriedades mecânicas. Além disso, o aço carbono é relativamente barato em comparação com outros metais CNC.

No entanto, é importante notar que o aço carbono e suas ligas não são inerentemente resistentes à corrosão, ao contrário do aço inoxidável ou do alumínio. Além disso, a sua aparência áspera pode não ser adequada para aplicações estéticas.

No entanto, o aço carbono e suas ligas têm inúmeras aplicações práticas, incluindo fixadores mecânicos e elementos estruturais como vigas. Apesar de suas limitações, esses materiais continuam sendo escolhas populares para muitas aplicações industriais e de manufatura devido à sua resistência, preço acessível e usinabilidade.

Latão

O latão, conhecido por sua excelente usinabilidade, resistência à corrosão e condutividade térmica e elétrica, é um metal versátil. Também possui uma aparência atraente graças ao seu teor de cobre, bem como excelentes propriedades de fricção superficial.

Suas propriedades o tornam a escolha ideal para a fabricação de componentes que exigem durabilidade e resistência, mantendo um apelo estético. Possui inúmeras aplicações em diversos setores. Por exemplo, os fabricantes costumam usá-lo em produtos de consumo, fixadores de baixa resistência, encanamentos e dispositivos elétricos.

Cobre

O cobre é conhecido pela sua excelente condutividade elétrica e térmica.  No entanto, pode ser um desafio usinar devido à sua alta maleabilidade. Isto pode causar dificuldades na geração de cavacos durante as operações CNC. Além disso, o cobre é propenso à corrosão, o que pode ser uma preocupação em determinados ambientes.

Apesar desses desafios, o cobre é amplamente utilizado em vários setores, incluindo fiação elétrica, produtos magnéticos e fabricação de joias. Suas excelentes propriedades de condutividade o tornam a escolha ideal para aplicações elétricas e eletrônicas, enquanto sua maleabilidade e apelo estético o tornam uma escolha popular na indústria joalheira.

Titânio

As ligas de titânio são conhecidas por suas excepcionais relações resistência-peso, tornando-as leves e fortes ao mesmo tempo. Eles também são resistentes à corrosão e possuem boa condutividade térmica. Além disso, o titânio é biocompatível, por isso é adequado para aplicações biomédicas.

No entanto, existem algumas desvantagens no uso de titânio. Possui baixa condutividade elétrica e é difícil de usinar. Fresas HSS regulares ou de metal duro mais fracas não são adequadas para usinagem e é um material caro para uso na fabricação CNC.

Mesmo assim, o titânio é uma seleção popular, especialmente para peças aeroespaciais de alto desempenho, componentes militares e produtos biomédicos, como implantes.

Magnésio

O magnésio é um metal que combina resistência com baixo peso. Suas excelentes propriedades térmicas o tornam ideal para uso em ambientes de alta temperatura, como em motores. A sua natureza leve permite a produção de veículos mais leves e mais eficientes em termos de combustível.

No entanto, a inflamabilidade do magnésio também levanta preocupações de segurança em certas aplicações. Além disso, não é tão resistente à corrosão como alguns outros metais, como o alumínio, e pode ser mais caro para usinar.

Materiais Plásticos CNC

Discutiremos agora os plásticos CNC. Embora a maioria das resinas plásticas não sejam usináveis ​​devido à sua baixa rigidez e pontos de fusão, escolhemos o pequeno grupo que possui amplas aplicações CNC.

Acetal (POM)

O acetal é um plástico altamente versátil usado para usinagem CNC com uma variedade de propriedades desejáveis. Possui excelente resistência à fadiga e ao impacto, tenacidade decente e baixos coeficientes de atrito. Além disso, é altamente resistente à umidade, o que o torna uma excelente opção para uso em ambientes úmidos.

Uma das principais vantagens do acetal é a sua rigidez, o que facilita a usinagem com grande precisão dimensional. Isso o torna uma escolha popular para uso em componentes de precisão, como rolamentos, engrenagens e válvulas. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas e alta resistência a fatores ambientais, o Acetal é uma escolha confiável para diversos setores, como automotivo, aeroespacial e bens de consumo.

Acrílico (PMMA)

O acrílico é um material comumente usado que pode servir como substituto do vidro devido às suas propriedades desejáveis. Possui boa rigidez e clareza óptica, permitindo sua utilização em aplicações onde são necessárias superfícies transparentes. Os componentes acrílicos oferecem uma alternativa atraente e funcional ao vidro, com boa clareza óptica e alto grau de durabilidade.

Embora o acrílico tenha algumas limitações, como sua suscetibilidade a rachaduras e amolecimento térmico, ele continua sendo um material popular para usinagem CNC devido à sua versatilidade e facilidade de uso. Com a capacidade de criar componentes precisos e de alta qualidade, o acrílico é uma excelente escolha para uma ampla gama de aplicações. Lentes, caixas transparentes, recipientes para armazenamento de alimentos e itens decorativos são apenas alguns exemplos.

Policarbonato (PC)

O policarbonato (PC) também é uma escolha popular devido ao seu conjunto único de propriedades.  É altamente transparente, o que o torna um material ideal para uso em produtos que exigem clareza, como óculos de segurança, equipamentos médicos e displays eletrônicos. Além disso, possui boa resistência ao calor, por isso é adequado para uso em aplicações de alta temperatura.

No entanto, a sua suscetibilidade a riscos e a falta de resistência aos raios UV podem limitar a sua utilização em determinadas aplicações. A exposição prolongada à luz solar pode fazer com que ele fique amarelado e quebradiço. Isto pode limitar o seu uso em aplicações externas, a menos que seja modificado com estabilizadores UV.

Um uso comum do PC é na produção de óculos de segurança e protetores faciais, onde sua resistência ao impacto e transparência o tornam a escolha ideal. O PC também é usado na produção de peças automotivas, componentes eletrônicos e dispositivos médicos.

Polipropileno (PP)

O polipropileno é um polímero versátil com inúmeros benefícios, incluindo alta resistência química e resistência à fadiga. É também um material de qualidade médica e produz um acabamento superficial liso durante a usinagem. Porém, uma de suas limitações é que não suporta altas temperaturas, pois tende a amolecer e desgastar durante o corte, o que torna sua usinagem um pouco desafiadora.

O PP continua sendo uma escolha popular para diversas aplicações. Suas excelentes propriedades o tornam adequado para a fabricação de equipamentos e produtos médicos.

ABS

O ABS é um material plástico altamente econômico, adequado para usinagem CNC devido à sua excelente usinabilidade, resistência à tração, resistência ao impacto e resistência química. Além disso, pode ser facilmente colorido, o que o torna ideal para aplicações onde a estética é importante.

No entanto, o ABS não é adequado para uso em ambientes de alta temperatura e não é biodegradável. Além disso, produz uma fumaça desagradável quando queimado, o que pode ser uma preocupação em uma oficina CNC.

O ABS tem muitas aplicações e é comumente usado em impressão 3D e moldagem por injeção, muitas vezes com pós-processamento usando usinagem CNC. É frequentemente usado para criar componentes automotivos e invólucros de proteção e para prototipagem rápida.

Náilon

O nylon é um material versátil com excelente resistência à tração, dureza e resistência ao impacto. Ele pode ser usado em uma variedade de formas compostas, como náilon reforçado com fibra de vidro, e possui excelente capacidade de lubrificação de superfície. Contudo, não é recomendado para uso em ambientes úmidos.

O nylon é particularmente adequado para aplicações que requerem proteção contra forças de atrito. Isso inclui componentes como engrenagens, superfícies deslizantes, rolamentos e rodas dentadas. Com suas propriedades superiores de resistência e lubrificação, o náilon é uma escolha popular para muitos produtos industriais e esportivos.

UHMW-PE

O UHMWPE oferece propriedades excepcionais, incluindo alta dureza, resistência à abrasão e ao desgaste e durabilidade. No entanto, sua instabilidade térmica durante a usinagem dificulta a usinagem.

Apesar da dificuldade de usinagem, o UHMWPE é uma excelente opção para superfícies deslizantes em rolamentos, engrenagens e rolos. Suas excelentes propriedades o tornam ideal para aplicações onde são necessárias alta resistência ao desgaste e durabilidade. Quando usinado corretamente, o UHMWPE pode proporcionar excelente desempenho e vida útil mais longa em comparação com outros materiais.

Outros materiais

A usinagem CNC normalmente usa metais e plásticos, mas também pode funcionar com muitos outros materiais, incluindo os listados abaixo.

Espuma

As espumas são um tipo de material CNC caracterizado por um corpo sólido com vazios cheios de ar. Esta estrutura única confere às espumas uma forma reconhecível e uma leveza notável. Certas espumas de alta densidade, como espuma de poliuretano e isopor, podem ser facilmente usinadas devido à sua rigidez, resistência, leveza e durabilidade.

A natureza leve das espumas as torna uma excelente opção para embalagens protetoras. Sua versatilidade em serem usinados em vários formatos e tamanhos os torna igualmente úteis para a criação de itens decorativos. Além disso, suas propriedades isolantes os tornam uma escolha popular para isolamento térmico em edifícios, unidades de refrigeração e outras aplicações onde o controle de temperatura é importante.

Madeira

A madeira oferece facilidade de usinagem, boa resistência e dureza e uma ampla gama de tipos disponíveis. Além disso, a madeira é um composto orgânico e não tem impacto negativo no meio ambiente. Devido à sua versatilidade e apelo estético, a madeira é uma escolha popular para móveis, decoração de casa e projetos de bricolage.

Porém, a usinagem da madeira gera grande quantidade de poeira, o que pode representar riscos à saúde dos trabalhadores. Portanto, é importante que as oficinas de usinagem de madeira tenham sistemas adequados de gerenciamento de cavacos.

Compostos

Os compósitos são constituídos por dois ou mais constituintes unidos por um meio de ligação. Os materiais compósitos comuns usados ​​na usinagem CNC incluem fibra de carbono, compensado, fibra de vidro e outros. Eles têm aplicações em diversos setores, como automotivo, aviação, esportes e médico.

A usinagem de compósitos pode ser bastante desafiadora devido a vários fatores. Os materiais constituintes dos compósitos podem ter diferentes propriedades mecânicas e formas, como fibras, fragmentos ou placas. Além disso, o próprio meio de ligação pode ter propriedades únicas que precisam ser levadas em consideração durante o processo de usinagem.

Não se esqueça de considerar possíveis materiais CNC

A rica variedade de plásticos e metais para peças de usinagem CNC causa mais confusão do que benefícios. É um problema comum ignorar materiais potenciais além dos metais e plásticos convencionais.

Para ajudá-lo a ter uma visão geral ao projetar para a fabricação, abaixo está uma pequena lista de pontos a serem considerados antes de finalizar os materiais para o seu projeto!

• Escolha materiais não metálicos: Existem vários casos em que materiais não metálicos são substitutos iguais dos metais. Plásticos duros como ABS ou UHMW-PE são rígidos, fortes e duráveis, por exemplo. Compósitos como a fibra de carbono também são considerados superiores a muitos metais de melhor desempenho.
• Considere os fenólicos:  Os fenólicos são um tipo de material compósito econômico com alta rigidez e propriedades de superfície. Eles são fáceis de usinar e podem ser cortados em velocidades incrivelmente altas, economizando tempo e dinheiro.
• Conheça diferentes plásticos: Conhecer todo o portfólio de materiais plásticos é uma habilidade obrigatória para designers. Os plásticos CNC são baratos, fáceis de usinar e apresentam uma ampla gama de propriedades de materiais que não podem ser ignoradas.
• Escolha a escolha certa entre diferentes espumas:  Referindo-nos à seção acima sobre espumas, gostaríamos de enfatizar que ela tem muito potencial como material CNC. Até mesmo alguns componentes de máquinas CNC agora são feitos de espumas metálicas! Estude diferentes espumas CNC para ver qual delas se adapta melhor às suas aplicações.

Como escolher o melhor material CNC

A disponibilidade de uma ampla gama de materiais para usinagem CNC dá aos engenheiros a liberdade de escolher a melhor opção para suas necessidades específicas. É essencial compreender os diversos fatores a serem considerados antes de escolher materiais de usinagem para seus projetos. Isso o ajudará a tomar decisões informadas e garantir que seus projetos sejam bem-sucedidos.

Ambiente de Usinagem

É importante considerar o ambiente de usinagem, pois vários materiais respondem exclusivamente a diferentes condições, como velocidade de corte, material da ferramenta e uso de refrigerante. Fatores como temperatura, umidade e potenciais contaminantes ambientais influenciam significativamente o processo de usinagem e a qualidade do produto final.

Por exemplo, alguns materiais podem tender a lascar ou rachar se a temperatura de usinagem ficar muito alta, enquanto outros podem sofrer desgaste excessivo da ferramenta se a velocidade de corte for muito alta. Da mesma forma, o uso de certos refrigerantes ou lubrificantes pode ser necessário para reduzir o calor e o atrito durante a usinagem. No entanto, estes podem não ser compatíveis com determinados materiais e podem causar corrosão ou outras formas de danos.

Portanto, levar em consideração o ambiente de usinagem pode ajudar a melhorar a produtividade, reduzir custos e garantir a qualidade do produto acabado.

Peso da peça

É essencial considerar o peso da peça para garantir economia, desempenho e capacidade de fabricação. Peças mais pesadas requerem mais materiais CNC, o que pode aumentar o custo de produção. Além disso, peças mais pesadas podem exigir máquinas CNC maiores e mais potentes para serem fabricadas, o que aumenta os custos e o tempo de produção. Portanto, escolher um material com menor densidade, como alumínio ou magnésio, pode ajudar a reduzir o peso da peça e diminuir os custos de produção.

Além disso, o peso da peça também pode afetar o desempenho do produto final. Por exemplo, em aplicações aeroespaciais, a redução do peso de um componente pode aumentar a eficiência do combustível e melhorar o desempenho geral. Em aplicações automotivas, a redução do peso também pode melhorar a eficiência do combustível e aumentar a aceleração e o manuseio.

Resistência ao Calor

A resistência ao calor afeta diretamente a capacidade do material de suportar altas temperaturas sem sofrer deformações ou danos significativos. Durante processos como corte, perfuração ou fresamento, a exposição a ciclos de aquecimento e resfriamento pode causar expansão térmica e empenamento em materiais em estoque sem resistência térmica suficiente.

A escolha de metais com boa resistência ao calor também pode ajudar a melhorar o processo de usinagem, reduzir custos de produção e permitir velocidades de corte mais rápidas e cortes mais profundos. Isso proporciona tempos de usinagem mais curtos e desgaste reduzido das ferramentas.

A seleção de materiais para usinagem CNC varia de acordo com sua resistência ao calor e a aplicação pretendida do produto final. Metais como alumínio e cobre são adequados para dissipadores de calor e aplicações de gerenciamento térmico devido à sua boa condutividade térmica. No entanto, o aço inoxidável e o titânio são ideais para aplicações aeroespaciais e médicas devido aos seus elevados pontos de fusão e resistência à corrosão.

Condutividade Elétrica e Requisitos Magnéticos

A condutividade elétrica é uma medida da capacidade de um material de conduzir eletricidade. Materiais com alta condutividade elétrica, como cobre e alumínio, são famosos por sua eficiência na dissipação de calor. Este aspecto é crucial na usinagem de metais, onde a geração de calor pode causar empenamento ou deformação. O uso de tais materiais condutores ajuda a prevenir esses problemas.

As propriedades magnéticas também influenciam a escolha do material na usinagem CNC. Ao trabalhar com metais ferromagnéticos como ferro, níquel e cobalto, seus fortes campos magnéticos podem impactar o processo de corte. Por outro lado, opções não magnéticas como titânio e aço inoxidável são populares, pois não são afetadas por campos magnéticos, resultando em cortes mais limpos.

Dureza

A usinabilidade descreve a facilidade com que uma peça pode ser cortada, perfurada ou moldada por ferramentas de corte CNC.

Quando muito duro, pode ser difícil cortar ou moldar, levando ao desgaste excessivo da ferramenta, quebra ou acabamento superficial ruim. Por outro lado, materiais excessivamente macios podem deformar-se ou desviar-se sob forças de corte, comprometendo a precisão dimensional ou a qualidade da superfície.

A dureza também influencia a velocidade e a eficiência da usinagem, já que substâncias mais duras podem exigir velocidades de corte mais lentas ou ferramentas de corte mais robustas. Assim, selecionar um material com a dureza certa é vital para uma usinagem CNC de alta qualidade e precisão.

Acabamento de superfície

O acabamento superficial afeta o desempenho e a aparência do produto final usinado. Por exemplo, uma peça com acabamento superficial áspero pode sofrer mais atrito, o que pode levar ao desgaste prematuro e à falha. Por outro lado, uma peça com acabamento superficial liso terá menos atrito, resultando em melhor desempenho e maior vida útil. Além disso, o acabamento superficial também desempenha um papel significativo na estética. Um acabamento superficial polido pode melhorar a aparência de uma peça e torná-la mais atraente para os clientes.

Portanto, é essencial considerar os requisitos de acabamento superficial do produto final. Alguns materiais são mais fáceis de usinar para obter um acabamento superficial liso do que outros. Por exemplo, metais como alumínio e latão são relativamente fáceis de usinar para obter um acabamento liso. Em contraste, plásticos como fibra de carbono e fibra de vidro podem ser mais difíceis de usinar, e obter um acabamento superficial liso pode exigir ferramentas e técnicas especializadas.

Estética

Se você planeja um projeto de usinagem CNC para um produto de varejo de alta qualidade, a estética desempenha um papel significativo. O material escolhido deve oferecer apelo visual, apresentando textura, cor e acabamento superficial atrativos. Também deve permitir fácil polimento, pintura ou acabamento para atingir a aparência desejada.

Além disso, em setores como automotivo e aeroespacial, a estética pode ser uma indicação da qualidade do produto e da atenção do fabricante aos detalhes. Isto é particularmente importante em veículos de luxo, onde os consumidores pagam mais por materiais e acabamentos de alta qualidade.

Aplicativo

A aplicação final do produto é o fator determinante na seleção dos materiais certos para usinagem CNC. Esta decisão integra várias considerações, que vão além das propriedades do próprio material. Fatores como usinabilidade, estabilidade química, propriedades adesivas, disponibilidade e resistência à fadiga desempenham papéis significativos.

Por exemplo, em situações em que o produto final ficará exposto a altas temperaturas, é vantajoso optar por materiais como alumínio ou cobre. Sua condutividade térmica superior e resistência a danos térmicos os tornam ideais para tais ambientes.

Orçamento

Em primeiro lugar, o custo do material pode variar significativamente dependendo do tipo e da quantidade necessária. Os metais de alta qualidade podem ser caros, enquanto os plásticos ou compósitos oferecem frequentemente uma alternativa mais económica. Estabelecer um orçamento é essencial para filtrar suas escolhas, permitindo que você se concentre em opções acessíveis.

Em segundo lugar, os custos de usinagem CNC podem ser caros e demorados. Tanto em termos de dinheiro quanto de tempo são influenciados por diversos fatores. Isso inclui a complexidade da peça, o tipo de recurso utilizado e o maquinário necessário. Optar por recursos mais econômicos que ainda atendam aos seus requisitos de usinagem pode ajudar a reduzir as despesas gerais de produção.

Por último, a acessibilidade dos materiais selecionados pode ter implicações na qualidade do produto final. Opções menos caras podem ser mais suscetíveis a falhas ou ter uma vida útil mais curta em comparação com equivalentes de maior qualidade. Portanto, equilibrar o seu orçamento com a seleção da qualidade é crucial para garantir que o produto final seja durável e atenda a padrões elevados.

Diferentes projetos e materiais de usinagem CNC, uma única fonte

O design para a manufatura é um aspecto crucial da indústria moderna. À medida que a ciência dos materiais avançou, a usinagem CNC tornou-se cada vez mais dependente de uma seleção criteriosa de materiais. Na RapidDirect, nos especializamos em serviços de usinagem CNC, incluindo fresamento e torneamento CNC, e oferecemos uma ampla gama de materiais, desde metais procurados até plásticos de alta qualidade. Nossas capacidades de usinagem de 5 eixos, combinadas com nossa equipe experiente, nos permitem fornecer precisão e qualidade incomparáveis ​​aos nossos clientes.

Dedicamo-nos a fornecer um atendimento excepcional ao cliente e estamos comprometidos em ajudar nossos clientes a reduzir custos e atingir seus objetivos. Nossa equipe técnica está à disposição para auxiliá-lo na seleção dos melhores materiais para o seu projeto e pode fornecer consultoria especializada gratuitamente. Se você precisa de peças usinadas CNC personalizadas ou tem um projeto específico em mente, estamos aqui para ajudá-lo em cada etapa do processo.