Escolhendo as ferramentas CNC certas para usinagem de alumínio 6061 e aço inoxidável 304

A escolha de ferramentas de corte para usinagem CNC funciona como o principal fator que determina os gastos de produção, a eficiência operacional e a qualidade do produto final. Os dois materiais mais comumente usados ​​na fabricação de precisão, o alumínio 6061 e o aço inoxidável 304, exigem métodos de ferramentas separados porque apresentam características físicas completamente diferentes.

Este guia técnico analisa as diferenças mecânicas entre esses materiais e fornece uma abordagem baseada em dados para a seleção de ferramentas CNC  para maximizar a eficiência e a vida útil da ferramenta.

Compreendendo os desafios materiais

Antes de selecionar uma ferramenta, é necessário definir os principais modos de falha associados a cada material.

Desafios de usinagem de alumínio 6061

O alumínio 6061 é uma liga de magnésio e silício que foi endurecida por precipitação. As pessoas gostam porque é forte para o seu peso e não enferruja facilmente. Mas ductilidade  é o seu maior problema em uma configuração CNC. O alumínio é “pegajoso”. Ao cortar em altas velocidades, o material tende a se soldar à aresta de corte. Isso é chamado de Borda Construída (BUE) . Isso faz com que a superfície fique áspera, o atrito aumente e a ferramenta quebre porque os cavacos ficam presos.

Desafios de usinagem de aço inoxidável 304

O aço inoxidável 304 é uma liga austenítica que contém níveis elevados de cromo e níquel. O material apresenta alta tenacidade e baixa condutividade térmica, o que o diferencia do alumínio. O principal obstáculo a superar é o endurecimento pelo trabalho. A superfície fica extremamente dura  quando a ferramenta entra em contato com o material sem cortá-lo, o que impossibilita a conclusão do trabalho. A baixa condutividade térmica do material faz com que a energia térmica se acumule na aresta de corte da ferramenta, o que resulta na rápida deformação plástica da ferramenta.

Seleção de material de ferramenta e revestimento

O substrato e o revestimento de uma ferramenta CNC atuam como a primeira linha de defesa contra o desgaste específico do material.

Ferramentas para alumínio 6061

Para o alumínio, o objetivo é reduzir o atrito e prevenir a adesão.

• Substrato:  O carboneto de tungstênio microgrão garante a nitidez essencial para a retenção da aresta.
• Revestimento:  O melhor quando se trata de processamento avançado de alumínio é o revestimento DLC (carbono semelhante a diamante) . O DLC tem coeficientes de atrito muito baixos (geralmente inferiores a 0,1) e sua dureza também é alta. Se não for usado nenhum revestimento, será necessário um polimento muito alto até um acabamento espelhado para que os cavacos deslizem para fora das caneluras sem grudar.
• Evitar: O revestimento AlTiN não deve ser usado com alumínio. O alumínio presente no revestimento possui atração química com o alumínio da obra, o que provoca rápida aderência e engate do material.

Ferramentas para aço inoxidável 304

Para aço inoxidável, a ferramenta deve suportar calor extremo e desgaste abrasivo.

• Substrato:  Classes contendo carbonetos de tamanho submícron e teores mais elevados de cobalto são geralmente usadas. O cobalto proporciona resiliência suficiente para a ferramenta, evitando assim microlascamento durante o corte, principalmente no caso do aço inoxidável.
• Revestimento:AlTiN ou TiAlSiN  tem que ser usado, não importa o quê. Esses tipos de revestimentos são termicamente estáveis. Durante o processamento, o alumínio do revestimento tende a oxidar para gerar alumina, que pode então servir como barreira térmica; portanto, o calor é transmitido aos chips e não às ferramentas.

Geometria da ferramenta:canais, hélices e ângulos de inclinação

A forma física da ferramenta determina como os cavacos são formados e evacuados da zona de trabalho.

Geometria para alumínio 6061

• Contagem de flautas:  Fresas de topo de 2 ou 3 canais  são padrão. O alumínio gera cavacos grandes e grossos. Uma contagem de canais mais baixa fornece o grande espaço “garganta” necessário para evacuar esses cavacos em altas taxas de avanço. Ferramentas de 3 canais costumam ser o equilíbrio preferido entre espaço de cavaco e rigidez da ferramenta.
• Ângulo da hélice: Um ângulo de hélice alto (normalmente 45° ) é benéfico. Ele cria uma ação de cisalhamento que levanta os cavacos para cima e para fora dos bolsos profundos rapidamente, reduzindo o risco de recortar os cavacos.
• Ângulo de inclinação: Um ângulo de inclinação alto e positivo cria uma borda afiada em forma de faca que “corta” o alumínio macio, reduzindo o consumo de energia e a geração de calor.

Geometria para aço inoxidável 304

• Contagem de flautas:  É aconselhável usar fresas de topo de 4 canais, 5 canais ou mesmo 7 canais . O aço inoxidável é mais difícil de usinar, portanto, um grande número de canais é vantajoso para aumentar a seção transversal da ferramenta para suportar cargas. Portanto, taxas de avanço mais altas podem ser alcançadas enquanto mais arestas de corte gerenciam a carga.
• Ângulo da hélice: A maioria dos ângulos de hélice não são muito agudos ou obtusos e ficam entre 35° a 38° . No entanto, as melhores ferramentas para usinagem de aço inoxidável possuem hélices variáveis.  e argumento de venda  mudanças. O objetivo deles é controlar a assimetria inerente e reduzir ou eliminar a natureza abrasiva da ferramenta, fornecendo lóbulos de corte duplos ou alternados.
• Preparação das bordas:  Em vez de arestas muito afiadas que são comumente encontradas em alumínio, as arestas de ferramentas feitas de aço inoxidável geralmente apresentam características de “borda afiada” ou “terra em T”. Tal elevação até a borda faz com que ela resista à pressão aplicada pelo material altamente resistente sem entrar em colapso.

Estratégias de corte para produtividade máxima

Usinagem de alta velocidade para alumínio

Ao usinar alumínio 6061, o fator limitante geralmente é o RPM máximo do fuso da máquina. Para maximizar as taxas de remoção de material (MRR):

• Use uma alta velocidade do fuso e uma alta taxa de avanço para garantir que o cavaco retire o calor da peça.
• Use uma grande profundidade de corte axial  (ap) e uma profundidade radial menor para utilizar todo o comprimento da flauta.
• Garanta a evacuação constante dos cavacos usando ar comprimido ou refrigerante de alta pressão para evitar o “recorte” dos cavacos de alumínio, o que causa falha instantânea da ferramenta.

Usinagem de alta eficiência para aço inoxidável

Para aço inoxidável 304, as ranhuras tradicionais de corte pesado devem ser evitadas devido ao acúmulo de calor. Em vez disso, use estratégias de fresamento trocoidal (ou fresamento dinâmico):

• Mantenha um pequeno engajamento radial  (ae), normalmente 5% a 15% do diâmetro da ferramenta.
• Isso permite uma profundidade axial muito maior  (ap) e velocidades de corte significativamente maiores.
• O pequeno engate radial cria um efeito de “afinamento de cavacos”, que permite maior avanço por dente (fz) e dá a cada aresta de corte tempo para esfriar no ar antes do próximo engate.
• Importante: Nunca pare a ferramenta no meio do corte. Parar ou parar fará com que o material endureça imediatamente, destruindo a ferramenta ao reiniciar.

Tabela de comparação técnica:seleção de ferramentas CNC  Resumo

Especificação Técnica Usinagem de Alumínio 6061 Usinagem de Aço Inoxidável 304 Substrato de Ferramenta Primária Carbeto de microgrãos Carbeto rico em cobalto Revestimento ideal DLC ou polido sem revestimento AlTiN ou TiAlSiN Contagem de canais recomendada 2 - 34 - 5 + Ângulo de hélice 45 ° (hélice alta) 35 ° - 38 ° (variável) Velocidade de corte (Vc) 400 - 1000 m/min60 – 180 m/minEstratégia de refrigeranteAlto volume/névoa (MQL)Alta pressão/InundaçãoModo de falha primária Obstrução de cavacos/AdesãoDesgaste abrasivo/Quebra por calor
É preciso compreender a ciência de ambos os metais durante este processo. Para lidar com cavacos que aderem ao alumínio 6061, ferramentas exclusivas de alta hélice com revestimento DLC são a prioridade. Por outro lado, estar na vanguarda das diretrizes claras para o aço inoxidável 304 é inquebrável; ferramentas multicaneladas revestidas com AlTiN com padrões auto-semelhantes projetadas para resistência a vibrações laterais e resfriamento.

Perguntas frequentes (FAQ)

Q1:Posso usar uma ferramenta projetada para aço inoxidável em alumínio?

Embora seja fisicamente possível, é ineficiente. Os 4 ou 5 canais em uma ferramenta de aço inoxidável não oferecem espaço suficiente para cavacos de alumínio, causando entupimento rápido e quebra da ferramenta em altas velocidades.

P2:Por que minha ferramenta quebra imediatamente ao cortar aço inoxidável 304?

As causas mais comuns são o uso de uma velocidade de corte (Vc) muito alta, causando falha térmica, ou o uso de uma taxa de avanço muito baixa, fazendo com que a ferramenta esfregue contra uma superfície endurecida.

Q3:Ambos os materiais precisam de refrigeração?

Sim. Para o alumínio, o líquido refrigerante fornece lubrificação essencial para evitar aderência. Para o aço inoxidável 304, o líquido refrigerante é fundamental para o controle da temperatura. Em ambos os casos, o fornecimento de alta pressão é preferido para remover os cavacos da zona de corte.

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