Como Selecionar o Melhor Material para Seus Projetos de Usinagem CNC

Usinagem de Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um processo de manufatura tradicional versátil e de alta precisão, ideal para execuções de produção de volume médio a alto de peças complexas. A usinagem CNC é um processo subtrativo, significando que a máquina remove material de um bloco sólido para criar a peça finalizada — em vez de depositar material gradualmente, como visto em métodos de manufatura aditiva. Com usinagem CNC, fabricantes podem produzir rapidamente protótipos e peças duráveis para aplicações específicas.

A seleção de material é uma parte incrivelmente importante de qualquer processo de manufatura, mas engenheiros e equipes de produto devem ser especialmente diligentes quando se trata de selecionar materiais para usinagem CNC. Como este processo é compatível com uma ampla variedade de materiais — de metal a fibra de vidro a madeira — é fácil escolher erroneamente um material que seja suficiente para o projeto, mas não o mais adequado. Neste artigo, abordaremos considerações-chave para seleção de materiais de usinagem CNC e daremos uma visão geral de algumas opções comuns.

Considerações-chave para escolha de materiais de usinagem CNC

Antes de entrar nas particularidades da seleção de material, as equipes de produto devem primeiro fazer um inventário de seus requisitos de projeto. Comece considerando estas quatro perguntas:

1. Como a peça será usada?

Engenheiros devem considerar o uso final de sua peça e onde ela será usada, pois esses fatores terão um impacto significativo na seleção de material. Por exemplo, aço inoxidável e aço carbono são ambos adequados para usinagem CNC, mas apenas o aço inoxidável é naturalmente resistente à corrosão. Escolher o tipo errado de aço aqui comprometeria a longevidade da peça. Regulamentações FDA, FAA, bem como quaisquer regulamentações específicas da indústria também devem ser prioridade.

2. O peso importa?

Se uma peça deve ser leve — um requisito comum ao fabricar para aplicações automotivas e aeroespaciais — há muitas opções de metal de baixa densidade disponíveis. Fabricantes também podem considerar usar um plástico como ABS para manter o peso baixo se estiverem dispostos a sacrificar resistência.

3. A peça requer alta resistência ou resistência ao calor?

Resistência pode ser medida de muitas maneiras diferentes (resistência à tração, resistência ao desgaste, etc.), então engenheiros devem determinar que tipo de resistência — e em que grau importa — é necessário para sua peça. Esses parâmetros impactarão o tamanho do conjunto de materiais viáveis. Similarmente, requisitos de temperatura excluirão certos materiais desde o início. Engenheiros também devem pensar se sua peça será exposta a temperaturas flutuantes, pois quase todos os materiais expandem ou contraem em resposta a mudanças de temperatura.

4. Qual é o orçamento do projeto?

Custos de material quase sempre influenciam a seleção de material. O objetivo da maioria das equipes de produto é selecionar um material que maximize propriedades e desempenho desejados do material enquanto minimiza despesa. Custos de material são especialmente importantes quando se trata de usinagem CNC porque este processo produz uma quantidade relativamente grande de material de sucata. Alguns materiais — como metais especiais — são extremamente caros, o que poderia ter um grande impacto na eficiência de custo do projeto inteiro, considerando a saída de material de sucata. Engenheiros devem avaliar cuidadosamente seu orçamento antes de tomar quaisquer decisões finais.

5 materiais comuns de usinagem CNC

Como qualquer material — metal ou plástico — que seja duro o suficiente para usinagem pode ser usado para manufatura CNC, as equipes de produto têm muitas opções. Esta lista curta fornece uma visão rápida de alguns dos materiais mais comuns usados na manufatura CNC hoje.

1. Alumínio

Ligas de alumínio são fáceis de usinar em grandes volumes, têm uma boa relação resistência-peso e alta condutividade térmica e elétrica. Também são naturalmente resistentes à corrosão. Alumínio 6061 é uma liga de alumínio multiuso frequentemente usada para usinagem CNC. É tipicamente encontrado em peças automotivas, peças de bicicleta, artigos esportivos e outros itens recreativos. Este material é altamente usinável; no entanto, pode ser mais caro que outros metais e não se mantém bem na presença de água salgada ou certos produtos químicos. Alumínio 7075 é um passo acima do 6061. Ideal para estruturas aeroespaciais e equipamentos recreativos de alto desempenho, é a liga de alumínio comercialmente disponível mais forte.

2. Aço inoxidável

Ligas de aço inoxidável são fortes e resistentes a distorção, desgaste e corrosão. Aço inoxidável 303 inclui enxofre para usinabilidade melhorada, mas este material tem uma série de limitações que engenheiros devem manter em mente.

303 não pode ser conformado a frio, tratado termicamente ou soldado, e cuidado especial deve ser tomado com velocidades/avanços e nitidez das ferramentas de corte durante a manufatura CNC. Dito isso, 303 faz excelentes porcas, parafusos, conexões não marinhas, eixos e engrenagens.

Aço inoxidável 304 é um aço multiuso não magnético para usinagem CNC conhecido por sua tenacidade. É prontamente usinável e resistente à corrosão como 303, mas pode ser soldado. 304 é adequado para uma ampla gama de aplicações de consumo e industriais, acessórios de cozinha, tanques e tubos, arquitetura e mais. Aço inoxidável 316 é ainda mais resistente à corrosão que 304 ou 303 graças à adição de molibdênio. É forte, soldável e um dos poucos aços inoxidáveis de grau marinho.

Como é impossível distinguir aços inoxidáveis apenas pela vista, engenheiros devem ter certeza de testar o material bruto para confirmar as características do aço que estão usando.

3. Aço carbono

Aço carbono 1045 é um grau brando de aço carbono. Fabricantes frequentemente usinam com este material porque é menos caro que a maioria dos aços inoxidáveis, mas mais forte e mais tenaz. 1045 é fácil de usinar, soldável e pode ser endurecido ou tratado termicamente para alcançar várias durezas.

Este material é ideal para porcas, parafusos, engrenagens, eixos, bielas e outras peças mecânicas pequenas e fortes. 1045 também pode ser usado para aplicações arquitetônicas, mas deve ser tratado na superfície para prevenir ferrugem e corrosão.

4. Titânio

Conhecido por sua alta resistência, tenacidade e resistência à corrosão, o titânio é frequentemente empregado para fabricar peças para as aplicações aeroespaciais, militares e industriais mais exigentes. Este material também é biocompatível e adequado para uso na manufatura de dispositivos médicos.

No entanto, o titânio é mais caro que qualquer outro metal em sua forma comercial, não poli bem e é um mau condutor de eletricidade. Engenheiros também devem estar cientes de que o titânio é desafiador de usinar e requer cortadores especiais.

5. Nylon

Nylon é um termoplástico multiuso, de baixo atrito, frequentemente usado como alternativa a metal em peças fabricadas por CNC. Este material é rígido, forte, resistente a impacto, resistente a produtos químicos, mas surpreendentemente elástico. Nylon responde bem a aditivos e cargas, então engenheiros podem se sentir à vontade para manipular este material para alcançar suas propriedades desejadas.

Aplicações populares para nylon incluem moldagem elétrica, componentes de sistema de combustível, engrenagens, embalagens de alimentos, tecidos e mais. No entanto, o nylon absorve umidade facilmente, o que pode impactar negativamente a estabilidade dimensional de uma peça.

Conte com conselho especializado em seleção de material

Esta não é uma lista exaustiva, mas é claro ver que a usinagem CNC é um processo de manufatura extremamente versátil que requer avaliação completa de requisitos de projeto para selecionar um material mais adequado para a peça em questão. Ainda assim, alcançar o equilíbrio ideal de custo, qualidade e tempo pode ser desafiador.

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