A usinagem CNC é indiscutivelmente a força vital da indústria de manufatura, com aplicações como aeroespacial, dispositivos médicos e eletrônicos. Nos últimos anos, houve avanços incríveis no campo de materiais de usinagem CNC. Seu amplo portfólio agora oferece excelentes combinações de propriedades de materiais, custo e estética.
Neste artigo, iremos nos aprofundar no diversificado mundo dos materiais CNC. Forneceremos a você um guia completo para selecionar os materiais certos para usinagem CNC, incluindo uma lista detalhada dos materiais comumente usados. Além disso, abordaremos alguns materiais menos conhecidos que você talvez não tenha considerado antes.
Ambiente de Usinagem
É importante considerar o ambiente de usinagem ao escolher materiais CNC. Porque diferentes materiais reagem de maneira diferente a diferentes condições de usinagem, como velocidade de corte, material da ferramenta e refrigeração. O ambiente de usinagem inclui fatores como temperatura, umidade e presença de contaminantes.
Por exemplo, alguns materiais podem ter tendência 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. Mas estes podem não ser compatíveis com certos 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 material, 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, bem como 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 o processo de usinagem CNC, o material a ser usinado passa por vários ciclos de aquecimento e resfriamento, principalmente quando está sendo cortado, furado ou fresado. Esses ciclos podem causar expansão térmica, empenamento ou rachaduras em materiais que não são resistentes ao calor.
A escolha de materiais CNC com boa resistência ao calor também pode ajudar a melhorar o processo de usinagem e reduzir os custos de produção. Quando um material pode suportar altas temperaturas, permite velocidades de corte mais rápidas e cortes mais profundos. Isso proporciona tempos de usinagem mais curtos e desgaste reduzido das ferramentas.
Diferentes materiais para usinagem CNC possuem níveis variados de resistência ao calor, e a escolha do material depende do uso pretendido do produto acabado. Materiais como alumínio e cobre são adequados para dissipadores de calor e aplicações de gerenciamento térmico devido à sua boa condutividade térmica. Mas o aço inoxidável e o titânio são ideais para aplicações aeroespaciais e médicas devido aos seus altos 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. Na usinagem CNC, materiais com alta condutividade elétrica são preferidos porque podem dissipar o calor de forma eficaz. Isto é particularmente importante na usinagem de metais, pois o calor gerado durante o processo pode causar deformação ou deformação do material. Materiais com alta condutividade elétrica, como cobre e alumínio, podem dissipar o calor com eficácia, o que ajuda a prevenir esses problemas.
As propriedades magnéticas também são importantes na escolha de materiais CNC, especialmente ao trabalhar com materiais ferromagnéticos como ferro, níquel e cobalto. Esses materiais possuem um forte campo magnético que pode afetar o processo de corte. Materiais não magnéticos, como titânio e aço inoxidável, são preferidos para usinagem CNC. Porque não são afetados pelo campo magnético e, portanto, produzem um corte mais limpo.
Dureza
Usinabilidade refere-se à facilidade com que um material pode ser cortado, perfurado ou moldado por uma máquina-ferramenta CNC.
Quando um material CNC é muito duro, pode ser difícil cortá-lo ou moldá-lo, o que pode resultar em desgaste excessivo da ferramenta, quebra da ferramenta ou mau acabamento superficial. Por outro lado, um material muito macio pode deformar-se ou desviar-se sob a força de corte, resultando em baixa precisão dimensional ou acabamento superficial.
Portanto, escolher um material para usinagem CNC com dureza adequada é fundamental para obter componentes usinados com precisão e alta qualidade. Além disso, a dureza do material também pode impactar a velocidade e a eficiência do processo de usinagem. Porque materiais mais duros podem exigir velocidades de corte mais lentas ou ferramentas de corte mais potentes.
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, ao escolher materiais para usinagem CNC, é fundamental 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. Por outro lado, materiais 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 o seu projeto de usinagem CNC se destina a produzir um produto que será utilizado em um ambiente de varejo de alto padrão, a estética seria um fator significativo. O material deve ser visualmente atraente, com textura, cor e acabamento superficial atraentes. Também deve ser capaz de ser facilmente polido, pintado ou acabado para obter a aparência desejada.
Além disso, em indústrias como a automotiva 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 tomador de decisão final. Os fatores mencionados constituem uma pequena parte de todos os motivos que se considera antes de finalizar um material CNC. Outros fatores orientados à aplicação podem incluir questões práticas como usinabilidade do material, reatividade química, adesividade, disponibilidade de material, vida útil em fadiga, etc.
Quando se trata de escolher os materiais apropriados para a usinagem CNC, a aplicação pretendida do produto acabado é um fator crucial a ser considerado. Diferentes materiais têm propriedades variadas, como dureza, resistência à tração e ductilidade. Essas propriedades influenciam o desempenho de um material sob condições específicas e determinam a adequação do material para diferentes aplicações.
Por exemplo, se o produto acabado se destinar a ser utilizado num ambiente de alta temperatura, materiais como o alumínio ou o cobre seriam uma escolha melhor devido à sua elevada condutividade térmica e resistência aos danos causados pelo calor.
Orçamento
O orçamento é um fator importante a considerar por vários motivos. Em primeiro lugar, o custo do material pode variar significativamente dependendo do tipo e da quantidade necessária. Embora alguns metais de alta qualidade possam ser caros, os plásticos ou compósitos podem ser mais acessíveis. Definir um orçamento para materiais ajudará a restringir suas opções e focar em materiais dentro de sua faixa de preço.
Em segundo lugar, os custos de usinagem CNC podem ser caros e demorados. O custo de usinagem depende do tipo de material, da complexidade da peça e do equipamento necessário. A escolha de materiais mais baratos para uma máquina pode manter baixos os custos gerais de produção.
Por último, a seleção de materiais que estejam dentro do seu orçamento pode impactar a qualidade do produto acabado. Materiais mais baratos podem ser mais propensos a defeitos ou menos duráveis do que materiais de qualidade superior. Portanto, definir um orçamento e escolher materiais de maior qualidade dentro do orçamento garantirá que o produto final seja durável e de alto padrão.
Os melhores materiais para projetos de usinagem CNC
Agora, vamos passar para a próxima parte da nossa discussão: tipos de materiais de usinagem CNC. Discutiremos em detalhes os metais e plásticos normais. Posteriormente, mudaremos nosso foco para alguns materiais CNC menos conhecidos.
Materiais metálicos CNC
Os metais são o material mais comum entre as peças usinadas CNC. Eles oferecem uma ampla gama de propriedades favoráveis, como alta resistência, dureza, resistência térmica e condutividade elétrica.
Alumínio (6061, 7075)
O alumínio é amplamente considerado um dos materiais mais versáteis e valiosos na usinagem CNC. Possui uma relação resistência-peso excepcional, natureza leve, resistência à corrosão e aparência prateada impressionante. 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.
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, deve-se notar que o alumínio não é o material mais barato disponível. E é mais caro do que alguns outros materiais, como o aço inoxidável.
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. No entanto, a versatilidade do alumínio significa que ele é usado em muitas outras indústrias e aplicações, incluindo construção, embalagens e produtos eletrônicos de consumo.
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 Aço Liga
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 de materiais como o aço inoxidável ou o 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 é um metal versátil conhecido por sua excelente usinabilidade, resistência à corrosão e condutividade térmica e elétrica. Também possui uma aparência atraente graças ao seu teor de cobre, bem como excelentes propriedades de fricção superficial.
O latão encontra inúmeras aplicações em vários setores. Por exemplo, é comumente usado em produtos de consumo, fixadores de baixa resistência, encanamentos e dispositivos elétricos. Suas propriedades o tornam a escolha ideal para a fabricação de componentes que exigem durabilidade e resistência, mantendo um apelo estético.
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 a usinagem 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 um material popular para usinagem CNC, 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, o magnésio também é conhecido pela sua inflamabilidade, o que pode torná-lo uma preocupação 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 dos materiais plásticos 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 CNC altamente versátil com uma gama 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) é um material plástico popular usado para usinagem CNC 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, sendo 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 classe médica e produz um acabamento superficial liso durante a usinagem CNC. 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 polipropileno continua sendo uma escolha popular para diversas aplicações. Suas excelentes propriedades o tornam adequado para a fabricação de engrenagens 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.
Nylon
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 é um material popular devido às suas 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 de sua dificuldade de usinagem, o UHMWPE é um excelente material para usinagem CNC de 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 é um material amplamente utilizado para usinagem CNC devido à sua facilidade de usinagem, boa resistência e dureza e ampla variedade 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.
Compósitos
Compósitos são materiais 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. Esses materiais 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 materiais de usinagem CNC às vezes pode causar mais confusão do que benefícios. É um problema comum ignorar potenciais materiais CNC 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 os 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: Ter conhecimento sobre o portfólio completo de materiais plásticos para usinagem CNC 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 o certo entre as 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.
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 Guan Sheng, somos especializados 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.
Horário da postagem: 07/07/2023