Guia Especializado para Seleção de Materiais na Usinagem CNC

Nos últimos anos, com o desenvolvimento da usinagem CNC, as peças de máquinas-ferramenta CNC também continuaram a evoluir. A usinagem CNC tornou-se uma necessidade em muitas disciplinas, e estas precisam fabricar peças especiais para seus projetos. Os materiais para CNC foram expandidos para atender às necessidades de consumidores, engenheiros, empreiteiros e outras áreas, criando soluções para aplicações muito específicas. A chave para obter o melhor produto final é escolher o material certo.

Fatores a Considerar na Seleção de Materiais

Como as peças serão utilizadas?

Como a usinagem CNC foi desenvolvida por muitos anos, o mesmo aconteceu com os componentes de máquinas-ferramenta CNC. Tipos semelhantes de materiais podem ser usados em vários produtos e levar a diversas funções. As peças serão usadas em equipamentos médicos, automóveis, aeroespacial, maquinário ou manufatura industrial?

Tomando o isolamento como exemplo, o material usado para isolar um analisador de respiração pode ser diferente do material usado para fornecer isolamento em uma câmera. Ambos servem ao mesmo propósito, mas não podem ser usados da mesma forma ou com o mesmo tipo de resultado. Se você usar as peças ao ar livre ou em ambiente úmido, use aço inoxidável em vez de aço carbono para evitar que as peças enferrujem.

Carga de Tensão

Altas cargas de tensão podem causar deformação ou até rachaduras em alguns materiais. Ao escolher o material da peça, certifique-se de levar em consideração a carga de tensão. Peças sujeitas a alta tensão precisam ser processadas com componentes que resistam à carga de tensão e evitem deformação. Se sua peça será submetida a alta tensão, o material exigirá os elementos necessários para resistir à carga e prevenir deformação.

Tolerância Dimensional

Nunca subestime a importância das tolerâncias dimensionais. Ela não apenas desempenha um papel na seleção de materiais; também afetará peças e montagens, métodos de corte e o uso de ferramentas e máquinas. A tolerância dimensional afetará o efeito de todo o processo e o resultado final.

Você precisa conhecer as tolerâncias requeridas da peça. Se estiver usando um projeto de peça antiga ou esboço e quiser seguir os métodos anteriores, é melhor verificar novamente se as tolerâncias são apropriadas. Erros de digitação podem aparecer facilmente no documento. Mesmo que a informação esteja correta, se ajustes puderem ser feitos para relaxar as tolerâncias e ainda permitir que a peça tenha o melhor desempenho, você pode economizar dinheiro reavaliando as tolerâncias. Tolerâncias apertadas geralmente são mais caras.

As tolerâncias dimensionais padrão são usadas por padrão, mas se você não especificar a tolerância ou descobrir que o número está incorreto, acabará pedindo peças inadequadas. Leva mais tempo redimensionar e/ou reencomendar, e a longo prazo, este simples passo inicial pode ajudar você a economizar dinheiro.

Se você não tem certeza das tolerâncias exatas das peças que precisa, não faça suposições, mas deixe uma empresa profissional de usinagem CNC ajudá-lo a resolver.

Temperatura de Operação

Ao selecionar um material, o ponto de fusão do material deve ser mais alto que a temperatura de trabalho do processo. Além disso, deve-se considerar se há flutuações na temperatura de operação, e o material precisa suportar a temperatura sem empenar, deformar ou quebrar com o tempo.

Embora alguns materiais mais duráveis sejam fabricados para suportar essas mudanças, muitos materiais mostrarão sinais de empenamento, inchaço e/ou rachaduras com o tempo. Temperaturas extremas também podem afetar negativamente a durabilidade de certos materiais.

Quando você está usinando materiais CNC, também é importante entender esta informação, para garantir que a temperatura gerada pelo corte e conformação da peça não a deformará. Estabelecer uma conexão entre a temperatura de operação e os materiais usados é fundamental para um design e produção bem-sucedidos.

Peso e Capacidade de Tensão

O peso do material processado depende de como a peça é usada.
Materiais pesados podem absorver muita pressão. Para projetos que requerem capacidade de carga excessiva e altas cargas de tensão, materiais pesados devem ser considerados. Mas não são adequados para itens sensíveis ao peso.

Materiais leves são populares em projetos sensíveis ao peso. Eles são duráveis, utilizáveis e podem absorver muita tensão, mas são mais caros. Materiais leves são ideais para muitos produtos, mas se o custo for um fator importante, então podem não ser a melhor escolha.

Escolher entre materiais pesados e leves é apenas um exemplo de quais características são mais importantes para peças de usinagem CNC. Dessa forma, você pode especificar os elementos críticos para sua peça funcionar corretamente, excluir materiais que não atendem a esses padrões e, em seguida, comparar custos.

Custo Total e Fabricabilidade do Material

Os materiais mais caros são geralmente materiais de alta resistência e leves. Ao escolher materiais de usinagem, muitos fatores ajudarão a tomar a decisão. Para encontrar o material mais compatível, priorize as características mais importantes para a peça final. Escolha materiais que atendam à curva de resistência, limites de temperatura e requisitos de montagem. Elimine materiais que não atendam a esses requisitos, compare custos de materiais e, em seguida, escolha.

Geralmente, quanto mais material usado na peça, maior o custo. Da mesma forma, materiais especiais e extremamente resistentes (como titânio) também custarão mais.

Procurar uma empresa que ofereça orçamento gratuito e sem quantidade mínima de pedido ajudará a reduzir custos. Uma vez que todos os escopos sejam reduzidos, materiais mais econômicos podem ser usados para atender à maioria de suas necessidades.

Diretrizes de Seleção de Materiais

A SANS pode processar centenas de metais, ligas e materiais plásticos, bem como outros materiais personalizados sob demanda. Abaixo discutiremos os materiais mais populares e suas propriedades.

Metais

Um dos tipos de materiais mais comuns na fresagem CNC é o metal, e também há uma ampla gama de opções. Vamos obter uma visão geral das opções mais conhecidas e as aplicações mais adequadas para cada metal. Dependendo do tamanho e geometria da peça, o custo do material pode representar uma grande parte do preço total da peça.

Alumínio

O alumínio é provavelmente o material mais amplamente utilizado para fresagem CNC e é uma excelente escolha para peças mecânicas e externas. Comparado com outros metais, o alumínio geralmente pode ser processado mais rapidamente que outros metais, tornando-o o método mais econômico. Peças feitas de alumínio formam uma camada protetora quando expostas ao ambiente, resultando em resistência adicional e resistência à corrosão. Dadas essas características de material de alta qualidade, o alumínio fresado CNC é muito adequado para uso nas indústrias automotiva, aeroespacial, saúde e eletrônicos de consumo. Aplicações específicas incluem acessórios de aeronaves, gabinetes eletrônicos, equipamentos médicos, engrenagens e eixos.

Alumínio 6061

É a liga de alumínio de uso geral mais comumente usada, com boa relação resistência-peso e excelente usinabilidade. Este é o grau de alumínio de uso geral mais comum, geralmente usado para peças automotivas, quadros de bicicletas, artigos esportivos, estruturas RC, etc.

Os principais elementos de liga são magnésio, silício e ferro. Semelhante a outras ligas de alumínio, tem uma boa relação resistência-peso e é naturalmente resistente à corrosão atmosférica. Uma das desvantagens do 6061 é sua baixa resistência à corrosão quando exposto a água salgada ou outros produtos químicos. Em aplicações mais exigentes, não é tão forte quanto outras ligas de alumínio.

A composição e propriedades do material do alumínio 6082 são semelhantes ao 6061. Na Europa, é mais comumente usado porque está em conformidade com os padrões britânicos.

Alumínio 7075

O 7075 é um produto de alta gama do alumínio. É ligado principalmente com zinco. É uma das ligas de alumínio mais fortes. É uma escolha ideal para equipamentos de entretenimento de alta resistência e estruturas automotivas e aeroespaciais. Porque, para o aço, o alumínio 7075 tem excelentes propriedades de fadiga e pode ser tratado termicamente para alcançar alta resistência e alta dureza, sendo essencial para reduzir peso. No entanto, deve ser evitado quando a soldagem for necessária.

Alumínio 5083

O alumínio 5083 tem maior resistência e excelente resistência à água do mar do que a maioria das outras ligas de alumínio, por isso é comumente usado em aplicações de construção e marítimas. Esta também é uma excelente escolha para soldagem.

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Aço Inoxidável

As ligas de aço inoxidável têm alta resistência, alta ductilidade, excelente resistência ao desgaste e corrosão, e são fáceis de soldar, usinar e polir. Dependendo de sua composição, podem ser (essencialmente) não magnéticas ou magnéticas.

Existem muitos tipos de aço inoxidável. É chamado de aço inoxidável porque contém cromo que ajuda a prevenir a oxidação (ferrugem). Como todo aço inoxidável parece o mesmo, é necessário usar equipamentos de medição modernos (como detector OES) para testar as matérias-primas de entrada com extremo cuidado para confirmar as características do aço usado.

Aço Inoxidável 303

No caso do 303, enxofre também é adicionado. Este enxofre ajuda a tornar o 303 o aço inoxidável mais fácil de processar, mas também tende a reduzir sua resistência à corrosão em certa medida.

O 303 não é uma boa escolha para conformação a frio (dobramento), nem pode ser tratado termicamente. A presença de enxofre também significa que não é ideal para soldagem. Tem excelente desempenho de usinagem, mas você deve prestar atenção à velocidade/avanço e à nitidez da ferramenta de corte.

O 303 é geralmente usado para porcas e parafusos de aço inoxidável, acessórios, eixos e engrenagens. No entanto, não deve ser usado para acessórios de grau marinho.

Aço Inoxidável 304

É a liga de aço inoxidável mais comum com excelentes propriedades mecânicas e boa usinabilidade. Pode resistir à maioria das condições ambientais e meios corrosivos.

Esta é a forma mais comum de aço inoxidável encontrada em vários produtos de consumo e industriais. Geralmente chamado de 18/8, refere-se à adição de 18% de cromo e 8% de níquel à liga, que é a forma mais comum de aço inoxidável.

O 304 é muito duro, não magnético, fácil de usinar e geralmente tem resistência à corrosão, sendo muito adequado para acessórios de cozinha, tanques de armazenamento e tubos usados nas indústrias, construção e automotiva.

O 304 é fácil de processar, mas, ao contrário do 303, pode ser soldado. Também é mais resistente à corrosão na maioria dos ambientes normais (não químicos). Para usinadores, use ferramentas de corte muito afiadas para processar e não seja contaminado por outros metais.

Aço Inoxidável 316

É outra liga comum de aço inoxidável com propriedades mecânicas semelhantes ao 304. Geralmente considerado aço inoxidável de grau marinho, resistente e fácil de soldar. O material é muito resistente à corrosão, e para soluções salinas (como água do mar), é muito adequado para construção, acessórios navais, tubulações industriais e aplicações automotivas.

Aço Inoxidável 2205

O aço inoxidável 2205 duplex é a liga de aço inoxidável mais forte (duas vezes a de outras ligas comuns de aço inoxidável) e tem excelente resistência à corrosão. É usado em ambientes agressivos e tem muitas aplicações na indústria de petróleo e gás.

Aço Inoxidável 17-4

As propriedades mecânicas do aço inoxidável 17-4 (grau SAE 630) são comparáveis às do 304. Pode ser endurecido por precipitação em alto grau (comparado ao aço ferramenta) e tem excelente resistência química, tornando-o adequado para aplicações de altíssimo desempenho, como a fabricação de pás de turbina.

Aços Ferramenta

Os aços ferramenta são ligas metálicas com dureza, rigidez, resistência à abrasão e térmica excepcionalmente altas. São usados para criar ferramentas de fabricação (daí o nome), como matrizes, carimbos e moldes. Para atingir suas boas propriedades mecânicas, devem passar por tratamento térmico.

Aço ferramenta D2 é uma liga resistente ao desgaste que mantém sua dureza a uma temperatura de 425°C. O aço D2 é um aço ferramenta de têmpera ao ar, alto carbono, alto cromo, com alta resistência ao desgaste. Pode ser tratado termicamente e tem uma forte faixa de dureza. O Aço D2 é uma escolha ideal para fabricar peças e produtos que precisam ser dobrados facilmente, mas precisam ser dobrados.

Aço ferramenta A2 é um aço ferramenta de têmpera ao ar de uso geral com boa tenacidade e excelente estabilidade dimensional em temperaturas elevadas. É comumente usado para fabricar matrizes de injeção.

Aço ferramenta O1 é uma liga de têmpera a óleo com alta dureza de 65 HRC. Comumente usado para facas e ferramentas de corte.

Aços Macios

Também conhecidos como aços de baixo carbono e têm boas propriedades mecânicas, excelente usinabilidade e boa soldabilidade. Devido ao seu baixo custo, encontram aplicações de uso geral, incluindo a fabricação de peças de máquinas, gabaritos e dispositivos de fixação. Aços macios são suscetíveis à corrosão e ataques de produtos químicos. Comumente usados são:

Aço Macio 1018

O aço macio 1018 é uma liga de uso geral com boa usinabilidade e soldabilidade, além de excelente tenacidade, resistência e dureza. É a liga de aço de baixo carbono mais comumente usada.

Aço Carbono 1045

Este material resistente é aço de baixo carbono, não inoxidável, que geralmente é mais barato que o aço inoxidável, mas tem maior resistência. O material pode ser endurecido e tratado termicamente para torná-lo fácil de usinar e soldar. É mais comumente usado em aplicações industriais e peças mecânicas que requerem alta tenacidade e resistência, como porcas e parafusos, engrenagens, eixos e bielas. Também é usado na construção, mas se exposto ao ambiente, geralmente passa por tratamento de superfície para evitar ferrugem.

Aço Macio A36

O aço de baixo carbono A36 é um aço estrutural comum com boa soldabilidade. É adequado para várias aplicações industriais e de construção.

Magnésio AZ31

Uma liga de alumínio e zinco, o magnésio AZ31 tem uma redução de peso de 35% em comparação com o alumínio, mas sua resistência é maior. No entanto, este material é geralmente mais caro e frequentemente usado para componentes de aeronaves. O material é fácil de processar, mas tem características inflamáveis.

O magnésio é fácil de processar, mas muito fácil de queimar, especialmente em forma de pó, então deve ser processado com lubrificantes líquidos. O magnésio pode ser anodizado para melhorar sua resistência à corrosão. Também é um material estrutural altamente estável e uma excelente escolha para fundição sob pressão.

Devido ao seu peso leve e alta resistência, também é frequentemente usado para carcaças de laptops, ferramentas elétricas, corpos de câmeras e outros usos domésticos.
Titânio

O titânio é conhecido por sua alta resistência, leveza, tenacidade e resistência à corrosão. Pode ser soldado, passivado e anodizado para aumentar a proteção e melhorar a aparência. O titânio tem efeito de polimento ruim e é um mau condutor elétrico, mas um bom condutor térmico. Este é um material difícil de processar, e apenas ferramentas profissionais podem ser usadas.

Este material geralmente é mais caro que outros metais. É abundante na crosta terrestre, mas difícil de refinar. É mais comumente usado em aplicações militares, aeroespaciais, industriais e biomédicas.

Latão

Reconhecido como um dos materiais mais simples e econômicos na fresagem CNC, o Latão é uma liga de cobre e zinco, que é estável, mas não forte o suficiente. Usos comuns incluem equipamentos médicos, produtos de consumo, ferragens e contatos elétricos. Como o latão também tem baixo coeficiente de atrito e alta resistência à corrosão, também são usados em engenharia, encanamento, engenharia a vapor e até instrumentos musicais. Devido ao seu material macio e características de fácil processamento, é usado em acessórios de encanamento, decoração doméstica e instrumentos musicais.

Com boa usinabilidade e excelente condutividade, é muito adequado para aplicações que requerem baixo atrito. Também é comumente usado na construção para produzir uma aparência dourada com estética atraente.
Latão C36000 é um material com alta resistência à tração e resistência natural à corrosão. É um dos materiais mais fáceis de processar, por isso é geralmente usado para aplicações de alto volume.

Cobre

Quando se trata de materiais de fresagem CNC, poucos metais oferecem a condutividade elétrica do cobre. A alta resistência à corrosão ajuda este material a combater a ferrugem, enquanto as propriedades de condutividade térmica tornam o processo de conformação mais fácil durante a usinagem CNC. Frequentemente utilizado na indústria automotiva, as aplicações incluem sistemas de resfriamento e trocadores de calor, bem como várias aplicações de engenharia como válvulas e radiadores. No entanto, é importante saber que o cobre é fraco contra certos produtos químicos, como ácidos, halogênios, sulfetos e soluções de amônia.

Plásticos

Além de materiais metálicos, os serviços de usinagem CNC de alta precisão da SANS também são compatíveis com vários plásticos. Abaixo estão alguns dos plásticos mais amplamente utilizados para tecnologia de fresagem CNC.

ABS

O ABS é um dos materiais termoplásticos mais comuns, com boas propriedades mecânicas, excelente resistência ao impacto, alta resistência ao calor e boa usinabilidade.

O ABS tem baixa densidade, por isso é muito adequado para aplicações leves. Peças de ABS usinadas CNC são geralmente usadas como protótipos antes da produção em massa via injeção de molde.

Nylon

O Nylon, também conhecido como poliamida (PA), é um tipo de termoplástico. Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, boa resistência ao impacto, alta resistência química e abrasão, e também resistência moderada à chama, é comumente usado. Inclui isoladores, mancais e produtos de curto prazo que serão usados para injeção de molde. A desvantagem é que absorve facilmente água e umidade.

POM

O POM também é chamado de Delrin. É um termoplástico de engenharia e tem a maior processabilidade entre os plásticos.

O POM (Delrin) é geralmente a melhor escolha para usinagem CNC de peças plásticas que requerem alta precisão, alta rigidez, baixo atrito, excelente estabilidade dimensional em altas temperaturas e absorção de água extremamente baixa.

PTFE

O PTFE, comumente conhecido como politetrafluoretileno (Teflon), é um termoplástico de engenharia com excelente resistência química e térmica e o menor coeficiente de atrito de qualquer sólido conhecido. É um excelente isolante elétrico. No entanto, tem propriedades mecânicas puras e é frequentemente usado como revestimento ou inserção em componentes.

HDPE

O polietileno de alta densidade (HDPE) é um termoplástico com alta relação resistência-peso, alta resistência ao impacto e boa resistência às intempéries.

O HDPE é um termoplástico leve, adequado para uso externo e transporte por tubulação. Como o ABS, é frequentemente usado para criar protótipos antes da injeção de molde.

PEEK

O PEEK é um termoplástico de engenharia de alto desempenho com excelentes propriedades mecânicas, estabilidade térmica em uma ampla faixa de temperatura e excelente resistência à maioria dos produtos químicos.

O PEEK é frequentemente usado para substituir peças metálicas devido à sua alta relação peso-resistência. Graus médicos também estão disponíveis, tornando o PEEK também adequado para aplicações biomédicas.