O que é usinagem de alumínio? - Ferramentas e operações

O que é usinagem de alumínio?

A usinagem é um processo de fabricação subtrativo, o que significa que remove o material de uma peça de trabalho para criar a peça ou produto desejado. É altamente versátil, acomodando uma ampla gama de substratos metálicos e não metálicos. Um dos materiais mais comuns usados ​​nas operações de usinagem é o alumínio.

Devido ao seu peso de material mais leve, menor dureza do material e maior conformabilidade, o alumínio é ideal para uso em usinagem e outras operações de fabricação. Abaixo, destacamos algumas das outras vantagens do uso de alumínio para aplicações de usinagem, discutimos como o alumínio é usado em vários processos de usinagem e descrevemos algumas das peças usinadas típicas feitas de alumínio.

Uma visão geral dos processos de usinagem de alumínio

"Usinagem" é um termo abrangente que abrange uma variedade de processos de fabricação subtrativos, por exemplo, fresamento, torneamento, furação. Existem também vários tipos de tecnologias e técnicas de usinagem, por exemplo, usinagem CNC, usinagem de parafuso suíço, fresamento vertical e horizontal e usinagem por descarga elétrica (EDM). Abaixo, descrevemos como o alumínio é tratado em cada um desses métodos de usinagem.

• Usinagem de controle numérico computadorizado (CNC): O processo de usinagem CNC emprega o uso de software de computador e equipamentos compatíveis com CNC para guiar o movimento e o movimento das máquinas-ferramentas na superfície da peça. Permite a produção de peças e produtos CNC de alumínio altamente precisos e precisos.
• Usinagem de parafusos suíços :a usinagem de parafusos suíços é ideal para a produção de componentes cilíndricos pequenos, mas altamente precisos, feitos de alumínio, como peças eletrônicas ou médicas.
• Fresagem vertical/horizontal: O fresamento é um processo de usinagem que utiliza ferramentas de corte rotativas para remover o excesso de material da peça de trabalho. Os equipamentos de moagem podem apresentar configuração vertical ou horizontal; as unidades verticais são ideais para pequenas quantidades de peças simples de alumínio, enquanto as unidades horizontais são mais apropriadas para grandes quantidades de peças complexas de alumínio.
• Usinagem de descarga eletrônica (EDM): A EDM utiliza a descarga elétrica gerada entre dois eletrodos para remover o material da peça de trabalho. Embora geralmente seja usado para processar materiais mais duros e difíceis de usinar, ele pode ser usado em qualquer material eletricamente condutivo, incluindo alumínio.

Por que o alumínio pode ser desafiador?

Se você está fazendo um suporte para o Farmer Joe, realmente não importa a eficiência com que você remove o material. Mas se você está fazendo 10.000 colchetes por semana para Hustler Joe, você precisa fazer um trabalho adequado.

O principal desafio com a usinagem eficaz de alumínio é simplesmente obter as taxas máximas de remoção de material sem explodir algo.

O alumínio pode derreter e fundir-se à ferramenta se houver muito calor. Portanto, mesmo que corte como manteiga, não durará muito se o alumínio grudar na ferramenta e você acabar fazendo soldagem por fricção em vez de usinagem.

Além de manter o atrito no mínimo, a conversa pode ser uma fera quando você está empurrando a máquina. Isso é especialmente problemático quando você está tentando usinar bolsos de aparência limpa. Ok, chega de choramingar. Vamos ver como você pode matá-lo no chão.

Ferramentas de corte para alumínio

Sob nenhuma circunstância você deve usar um cortador de uso geral para alumínio. Tecnicamente vai funcionar, mas o alumínio é totalmente diferente do aço.

Aqui estão alguns aspectos da seleção de ferramentas que o ajudarão a tirar o máximo proveito de sua máquina.

Material da ferramenta de corte

Carbeto: Espero que seja um acéfalo para você. Mesmo em aplicações sem desempenho, o metal duro excederá o valor do aço rápido tanto para os custos da ferramenta ao longo da vida útil quanto no acabamento da superfície.

Mesmo assim, há algumas coisas boas a saber sobre o metal duro que o ajudarão a encontrar a ferramenta perfeita para o trabalho. Essencialmente, só precisamos entender o que queremos de uma ferramenta. O alumínio é um corte suave, o que significa que a ferramenta não sofre fortes forças de impacto durante o corte.

O que é crítico é manter uma borda afiada. Por esta razão, escolheríamos dureza em vez de tenacidade para as características do material. Há duas coisas principais que afetam essa propriedade:tamanho de grão de carboneto e proporção de ligante.

Para o tamanho do grão, o grão maior produz um material mais duro, enquanto o grão menor produz um material mais resistente ao impacto e resistente. Para o alumínio, queremos manter a nitidez da borda, por isso queremos um tamanho de grão pequeno para máxima retenção da borda.

O outro fator é a proporção de ligante. Para ferramentas de corte de metal duro, o ligante é cobalto. Isso pode ter de 2% a 20% de conteúdo de cobalto. Como o cobalto é mais macio que os grãos de metal duro, mais cobalto significa uma ferramenta resistente, menos cobalto significa uma ferramenta mais dura. Então, estamos basicamente procurando uma fresa de metal duro que tenha um tamanho de grão grande e baixo teor de cobalto.

Feeds e velocidades

Muitos caras simplesmente usam 1000 SFM para calcular seu RPM. Se você fizer isso, você realmente não está indo mais rápido do que todos os outros.

Para ser honesto, isso geralmente é o recomendado para a maioria dos cortadores. 1000-1500 SFM é uma velocidade totalmente normal para operar seu fuso. Com o teste harmônico, porém, você pode atingir 3x essa velocidade. Mais sobre isso mais tarde.

A taxa de alimentação é onde muitos caras se acovardam. Se você está alimentando uma fresa de topo de 1/2" com apenas 0,003" por dente, você está apenas perdendo tempo. Para a produção, você deseja empurrar pelo menos 1% do diâmetro da fresa por dente. Isso significa que a fresa de topo de 1/2″ precisa ser alimentada pelo menos 0,005″ por dente. Com uma configuração estável e uma ferramenta curta, você pode até dobrar isso.

A única exceção a isso é quando você está trabalhando com ferramentas pequenas, como 1/8″ ou menos. A folga do chip pode se tornar um problema, o que significa que você precisará diminuir a velocidade para chips mais finos.

Operações comuns para usinagem de alumínio

Aqui está uma lista das coisas comuns que você fará com o alumínio, juntamente com algumas dicas para ajudá-lo.

1. De frente

Se você for usar uma fresadora de conchas, definitivamente use um ângulo de saída super agressivo e pastilhas polidas. Seu acabamento será incrível e você poderá realmente aumentar o RPM.

2. Embolsar

Isso é algo que muitos caras não fazem direito. Se você ultrapassar metade do diâmetro do cortador e metade para baixo, estará cometendo um erro por dois motivos:

O cortador pode lidar com mais. Vá quase toda a largura. Meu objetivo é 95% do cortador plano. A razão para isso é que o cortador será enterrado nos cantos de qualquer maneira. Isso significa que você terá que desacelerar o avanço para que a ferramenta não exploda nos cantos. Se você atingir 100% completo, poderá obter wafers de papel entre os caminhos da ferramenta devido à deflexão do cortador e do material.

50% de stepovers são horríveis para harmônicos quando você está desbaste em uma taxa respeitável. O impacto da ferramenta que entra na peça de trabalho é no pior ponto possível, batendo com cada dente. Mesmo batendo na ferramenta até 65% de stepover resultará em uma redução notável da vibração.

Outra dica é usar um diâmetro de fresa ligeiramente menor que o raio interno do bolsão. Se você estiver usando uma fresa de topo de 1/2″ para cortar bolsos de 1/4″ rad, você terá a tendência de goivar os cantos com vibração conforme a ferramenta muda de direção. Em altas velocidades, as ferramentas não mudam de direção instantaneamente, o que significa que a ferramenta descarrega a pressão de corte. Isso é o que faz esses ruídos de chilrear.

Costumo perguntar se posso redimensionar esses rads para 0,265″ para cantos limpos. Isso reduz o contato que a ferramenta tem com a geometria da peça. A máquina também é capaz de lidar com essa curva arredondada em velocidades mais altas. Basta pensar em um carro em uma pista de corrida. Se for uma curva fechada, o carro desacelera. Se houver um raio maior, a máquina não precisa desacelerar.

Isso eliminará muito bem aquele chilrear nos cantos que torna suas peças feias.

3. Alojamento

Para canais extremamente profundos, existem duas opções que funcionam bem para mim:ou usar fresamento trocoidal para reduzir a deflexão e vibração da fresa, ou usar uma fresa de topo com ranhura.

Pessoalmente, prefiro flautas de ponta, já que a ferramenta é significativamente mais forte e você não perde nenhum movimento enquanto a ferramenta se move para frente e para trás. A ranhura profunda é uma daquelas aplicações em que muitas vezes vale a pena usar uma ferramenta especializada.

Para ranhuras rasas (4xD e inferiores), nenhuma consideração especial precisa ser feita. Apenas doador.

4. Perfuração

Usar. Afiado. Treinos. Brocas de metal duro nem sempre são a resposta; não faz sentido operar uma broca cara de metal duro se você não tiver o RPM do fuso ou o volume de produção para justificá-lo.

De um modo geral, basta usar uma broca de ponto de divisão de 135 graus e você ficará bem. Se houver uma teia na ponta da broca, você está colocando muito calor desnecessário no corte.

5. Tocar

As torneiras de uso geral funcionam tecnicamente, mas as torneiras específicas para alumínio são significativamente mais confiáveis. Eles têm um ângulo de inclinação muito mais agressivo, o que significa cortes mais limpos e menos calor.

Além disso, não seja um covarde com RPM. Se você nunca ultrapassar 200 RPM em suas máquinas, está apenas perdendo tempo. Claro, algumas máquinas são apenas velhas e cansadas, e há muita folga para cortar mais rápido. Realmente, porém, você não será competitivo nessas máquinas de qualquer maneira. A questão é que bater no alumínio é fácil, não perca tempo com isso.

Como obter acabamentos de superfície incríveis em alumínio

Alta rotação. Não é muito segredo. Desencaixe-o.

Usar uma ferramenta de acabamento que seja afiada, de alta hélice e com ângulos de inclinação muito agressivos também ajudará você a obter um acabamento de superfície super brilhante.

Uma coisa que vale a pena mencionar é que você não quer perder seu tempo tornando a peça mais bonita do que precisa ser. Às vezes, você só quer deixar o cliente feliz e impressioná-lo, mas lembre-se de que há uma diferença entre um Ra brilhante e um Ra alto.

Vale muito a pena fazer seus cálculos de acabamento de superfície para que você possa determinar a taxa de avanço máxima para seus cortes de acabamento. Normalmente, faço as contas e, em seguida, recuo cerca de 10% disso para estar seguro. Se você ultrapassar essa vantagem, estará errado metade das vezes.

Vantagens do uso de alumínio em operações de usinagem

Além de sua excelente usinabilidade, o alumínio apresenta muitas características que o tornam adequado para uso em operações de usinagem, tais como:

• Alta relação resistência/peso: O alumínio é forte e leve, qualidades essenciais para peças usinadas usadas em aplicações de alto desempenho, como as encontradas na indústria aeroespacial e automotiva.
• Resistência à corrosão: O alumínio está disponível em vários graus, que variam no grau de resistência à corrosão demonstrado. Nas operações de usinagem, uma das classes mais comumente empregadas, a 6061, oferece excelente resistência à corrosão.
• Condutividade elétrica: O alumínio apresenta maior condutividade elétrica (cerca de 37,7 milhões de siemens/metro à temperatura ambiente) do que outros metais comumente usinados, como aço carbono (7 milhões de siemens/metro) e aço inoxidável (1,5 milhão de siemens/metro). Essa qualidade torna as peças de alumínio usinadas adequadas para uso como componentes elétricos e eletrônicos.
• Acabamento de superfície e potencial de anodização: O alumínio acomoda facilmente vários processos de tratamento de superfície e acabamento, como pintura, tingimento e anodização. Essa qualidade permite que os fabricantes melhorem as propriedades funcionais e estéticas da peça ou produto de alumínio usinado.
• Reciclabilidade: O alumínio é altamente reciclável, permitindo que os fabricantes reutilizem o material de sucata produzido durante as operações de usinagem e materiais de construção de produtos acabados descartados no final de suas vidas úteis.
• Acessibilidade: Comparado a outros materiais de usinagem (por exemplo, latão, titânio e PEEK), o alumínio é mais barato sem sacrificar significativamente o desempenho. Além disso, sua usinabilidade resulta em menores custos de produção, enquanto seu menor peso resulta em menores custos de transporte.

Conforme indicado acima, o processo de usinagem acomoda uma variedade de materiais, desde metal e plástico até papel e madeira. Além do alumínio, alguns dos materiais regularmente empregados nas operações de usinagem incluem outros metais (por exemplo, aço e aço inoxidável) e termoplásticos. Comparado a esses materiais, o alumínio oferece várias vantagens:

Comparado ao aço e ao aço inoxidável, o alumínio apresenta um peso de material muito mais leve e melhor usinabilidade.

Peças de alumínio usinadas típicas

Profissionais da indústria empregam alumínio em operações de usinagem para produzir uma variedade de peças e produtos. Esses componentes encontram aplicação em uma ampla gama de indústrias, incluindo:

• Automotivo
• Aeroespacial
• Comunicação
• Produtos elétricos e eletrônicos
• Iluminação
• Medicina

Exemplos típicos de produtos incluem pinos-guia, caixas EMI, painéis frontais, luminárias, dispositivos médicos e eixos estriados.