A usinagem CNC é indiscutivelmente a alma da indústria de manufatura, com aplicações em aeroespacial, dispositivos médicos e eletrônicos. Nos últimos anos, houve avanços incríveis na área de materiais para usinagem CNC. Seu amplo portfólio agora oferece excelentes combinações de propriedades de materiais, custo e estética.
Neste artigo, vamos nos aprofundar no diversificado mundo dos materiais CNC. Forneceremos um guia completo para selecionar os materiais certos para usinagem CNC, incluindo uma lista detalhada dos materiais mais utilizados. 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. Diferentes materiais reagem de forma diferente a diferentes condições de usinagem, como velocidade de corte, material da ferramenta e líquido de refrigeração. O ambiente de usinagem inclui fatores como temperatura, umidade e a presença de contaminantes.
Por exemplo, alguns materiais podem ter tendência a lascar ou rachar se a temperatura de usinagem for muito alta, enquanto outros podem apresentar desgaste excessivo da ferramenta se a velocidade de corte for muito alta. Da mesma forma, o uso de certos fluidos de refrigeração ou lubrificantes pode ser necessário para reduzir o calor e o atrito durante a usinagem. No entanto, estes podem não ser compatíveis com certos materiais e podem levar à corrosão ou outros danos.
Portanto, levar em consideração o ambiente de usinagem pode ajudar a melhorar a produtividade, reduzir custos e garantir a qualidade do produto final.
Peso da peça
É essencial considerar o peso da peça para garantir custo-benefício, desempenho e capacidade de fabricação. Peças mais pesadas exigem 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 os custos de produção.
Além disso, o peso das peças também pode afetar o desempenho do produto final. Por exemplo, em aplicações aeroespaciais, reduzir o peso de um componente pode aumentar a eficiência de combustível e melhorar o desempenho geral. Em aplicações automotivas, reduzir o peso também pode melhorar a eficiência de combustível, além de aumentar a aceleração e a dirigibilidade.
Resistência ao calor
A resistência ao calor impacta diretamente a capacidade do material de suportar altas temperaturas sem sofrer deformações ou danos significativos. Durante o processo de usinagem CNC, o material usinado passa por vários ciclos de aquecimento e resfriamento, principalmente durante o corte, a furação ou a fresagem. 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 aprimorar o processo de usinagem e reduzir os custos de produção. Quando um material suporta altas temperaturas, ele permite velocidades de corte mais rápidas e cortes mais profundos. Isso proporciona tempos de usinagem mais curtos e menor desgaste das ferramentas.
Diferentes materiais para usinagem CNC apresentam níveis variados de resistência ao calor, e a escolha do material depende da finalidade do produto final. Materiais como alumínio e cobre são adequados para dissipadores de calor e aplicações de gerenciamento térmico devido à sua boa condutividade térmica. Já 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 mede a capacidade de um material de conduzir eletricidade. Na usinagem CNC, materiais com alta condutividade elétrica são preferidos, pois podem dissipar calor de forma eficaz. Isso é particularmente importante na usinagem de metais, pois o calor gerado durante o processo pode causar deformações ou deformações no material. Materiais com alta condutividade elétrica, como cobre e alumínio, podem dissipar calor de forma eficaz, 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 preferíveis para usinagem CNC, pois 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 de cortar ou moldar, o que pode resultar em desgaste excessivo da ferramenta, quebra da ferramenta ou acabamento superficial insatisfatório. Por outro lado, um material muito macio pode deformar ou defletir sob a força de corte, resultando em baixa precisão dimensional ou acabamento superficial insatisfatório.
Portanto, escolher um material para usinagem CNC com dureza adequada é fundamental para obter componentes usinados com alta qualidade e precisão. Além disso, a dureza do material também pode impactar a velocidade e a eficiência do processo de usinagem, pois 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 rugoso pode sofrer mais atrito, o que pode levar a desgaste prematuro e 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 essencial 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. Em contraste, materiais como fibra de carbono e fibra de vidro podem ser mais desafiadores de usinar, e obter um acabamento superficial liso pode exigir ferramentas e técnicas especializadas.
Estética
Se o seu projeto de usinagem CNC visa produzir um produto para uso em um ambiente de varejo de alto padrão, a estética será um fator significativo. O material deve ser visualmente atraente, com textura, cor e acabamento superficial atrativos. Também deve ser fácil de polir, pintar ou dar acabamento para atingir a aparência desejada.
Além disso, em setores como o automotivo e o aeroespacial, a estética pode ser um indicativo da qualidade do produto e da atenção do fabricante aos detalhes. Isso 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 fator decisivo. Os fatores mencionados acima representam uma pequena parcela de todos os motivos considerados antes de finalizar um material CNC. Outros fatores relacionados à aplicação podem incluir questões práticas como usinabilidade do material, reatividade química, adesividade, disponibilidade do material, vida útil em fadiga, etc.
Na hora de escolher os materiais adequados para usinagem CNC, a aplicação pretendida do produto final é um fator crucial a ser considerado. Diferentes materiais possuem propriedades variadas, como dureza, resistência à tração e ductilidade. Essas propriedades influenciam o desempenho de um material sob condições específicas e determinam sua adequação para diferentes aplicações.
Por exemplo, se o produto final for destinado ao uso em um ambiente de alta temperatura, materiais como alumínio ou cobre seriam uma escolha melhor devido à sua alta condutividade térmica e resistência a danos causados pelo calor.
Orçamento
O orçamento é um fator importante a ser considerado por vários motivos. Primeiramente, o custo do material pode variar significativamente dependendo do tipo e da quantidade necessária. Embora alguns metais de alta qualidade possam ser caros, plásticos ou compósitos podem ser mais acessíveis. Definir um orçamento para os materiais ajudará a restringir suas opções e a se concentrar em materiais dentro da sua faixa de preço.
Em segundo lugar, os custos de usinagem CNC podem ser altos e demorados. O custo da usinagem depende do tipo de material, da complexidade da peça e do equipamento necessário. Escolher materiais mais baratos para uma máquina pode manter os custos gerais de produção baixos.
Por fim, selecionar materiais que se encaixem no seu orçamento pode impactar a qualidade do produto final. 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: os tipos de materiais para usinagem CNC. Discutiremos em detalhes os metais e plásticos comuns. Posteriormente, focaremos em alguns materiais CNC menos conhecidos.
Materiais CNC de metal
Os metais são os materiais mais comuns entre as peças usinadas por 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, leveza, resistência à corrosão e uma aparência prateada marcante. Portanto, 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 uma variedade de aplicações eletrônicas e de gerenciamento 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, é importante ressaltar que o alumínio não é o material mais barato disponível. E é mais caro do que certos 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 muitos outros setores e aplicações, incluindo construção, embalagens e eletrônicos de consumo.
Aço inoxidável (316, 303, 304)
O aço inoxidável está disponível em diversos graus. No entanto, em geral, possui alta resistência e tenacidade, resistência ao desgaste e à corrosão, além de ter uma aparência brilhante semelhante à do alumínio. Além disso, está entre os metais de preço médio. No entanto, é um material difícil de usinar em CNC devido à sua dureza.
O aço inoxidável 316 é útil em aplicações marítimas, equipamentos médicos e invólucros externos devido à sua capacidade de suportar calor e corrosão. O aço 303 e o aço 314 têm composições semelhantes e são geralmente mais baratos e usináveis do que o aço 316. Seu uso principal inclui fixadores (porcas, parafusos, buchas, etc.), peças automotivas e eletrodomésticos.
Aço carbono e aço ligado
O aço carbono e suas ligas relacionadas oferecem excelente resistência e usinabilidade, tornando-os ideais para uso em diversas aplicações. São também compatíveis com diversos processos de tratamento térmico, o que melhora ainda mais suas propriedades mecânicas. Além disso, o aço carbono é relativamente barato em comparação com outros metais CNC.
No entanto, vale ressaltar que o aço carbono e suas ligas não são inerentemente resistentes à corrosão, ao contrário de materiais como aço inoxidável ou alumínio. Além disso, 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, acessibilidade e usinabilidade.
Latão
O latão é um metal versátil, conhecido por sua excelente usinabilidade, resistência à corrosão e condutividade térmica e elétrica. Além disso, possui uma aparência atraente graças ao seu teor de cobre, além de excelentes propriedades de atrito superficial.
O latão encontra inúmeras aplicações em diversos setores. Por exemplo, é comumente utilizado 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, ao mesmo tempo, um apelo estético.
Cobre
O cobre é conhecido por sua excelente condutividade elétrica e térmica. No entanto, sua usinagem pode ser desafiadora devido à sua alta maleabilidade. Isso pode causar dificuldades na geração de cavacos durante a usinagem CNC. Além disso, o cobre é propenso à corrosão, o que pode ser um problema em certos ambientes.
Apesar desses desafios, o cobre é amplamente utilizado em diversos setores, incluindo fiação elétrica, produtos magnéticos e joalheria. 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 de joias.
Titânio
As ligas de titânio são conhecidas por suas excepcionais relações resistência-peso, tornando-as leves e resistentes ao mesmo tempo. Elas também são resistentes à corrosão e apresentam boa condutividade térmica. Além disso, o titânio é biocompatível, sendo adequado para aplicações biomédicas.
No entanto, existem algumas desvantagens no uso do titânio. Ele tem baixa condutividade elétrica e é difícil de usinar. Fresas comuns de HSS ou de carboneto mais fraco não são adequadas para usinagem, além de ser 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. Sua leveza permite a produção de veículos mais leves e com maior eficiência energética.
No entanto, o magnésio também é conhecido por sua inflamabilidade, o que pode torná-lo um problema de segurança em certas aplicações. Além disso, não é tão resistente à corrosão quanto alguns outros metais, como o alumínio, e pode ser mais caro de usinar.
Materiais CNC de plástico
Agora, discutiremos os plásticos CNC. Embora a maioria dos materiais plásticos não seja usinável devido à sua baixa rigidez e pontos de fusão, selecionamos 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, boa tenacidade e baixos coeficientes de atrito. Além disso, é altamente resistente à umidade, o que o torna uma excelente escolha para uso em ambientes úmidos.
Uma das principais vantagens do acetal é sua rigidez, o que o torna fácil de usinar 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 de bens de consumo.
Acrílico (PMMA)
O acrílico é um material comumente utilizado que pode substituir o vidro devido às suas propriedades desejáveis. Possui boa rigidez e transparência óptica, permitindo seu uso em aplicações que exigem superfícies transparentes. Os componentes acrílicos oferecem uma alternativa atraente e funcional ao vidro, com boa transparência 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, invólucros transparentes, recipientes para armazenamento de alimentos e itens decorativos são apenas alguns exemplos.
Policarbonato (PC)
O policarbonato (PC) é um material plástico popular usado em usinagem CNC devido ao seu conjunto único de propriedades. É altamente transparente, tornando-o um material ideal para uso em produtos que exigem transparência, 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, sua suscetibilidade a arranhões e a falta de resistência aos raios UV podem limitar seu uso em determinadas aplicações. A exposição prolongada à luz solar pode amarelar e tornar-se quebradiço. Isso pode limitar 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 uma 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 inúmeras vantagens, incluindo alta resistência química e resistência à fadiga. É também um material de grau médico e produz um acabamento superficial liso na usinagem CNC. No entanto, uma de suas limitações é que não suporta altas temperaturas, pois tende a amolecer e a descascar durante o corte, o que o torna um pouco difícil de usinar.
O polipropileno continua sendo uma escolha popular para diversas aplicações. Suas excelentes propriedades o tornam adequado para a fabricação de engrenagens e produtos médicos.
abdômen
O ABS é um material plástico altamente econômico, ideal para usinagem CNC devido à sua excelente usinabilidade, resistência à tração, resistência ao impacto e resistência química. Além disso, pode ser facilmente colorido, tornando-o 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 um problema em uma oficina CNC.
O ABS tem muitas aplicações e é comumente usado em impressão 3D e moldagem por injeção, frequentemente com pós-processamento por usinagem CNC. É frequentemente usado na criação de componentes automotivos, invólucros de proteção e para prototipagem rápida.
Nylon
O nylon é um material versátil com excelente resistência à tração, dureza e resistência ao impacto. Pode ser usado em uma variedade de formas compostas, como o nylon reforçado com fibra de vidro, e possui excelente capacidade de lubrificação de superfície. No entanto, não é recomendado para uso em ambientes úmidos.
O nylon é particularmente adequado para aplicações que exigem proteção contra forças de atrito. Isso inclui componentes como engrenagens, superfícies deslizantes, rolamentos e rodas dentadas. Com sua resistência e propriedades de lubrificação superiores, o nylon 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 o torna um desafio.
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 que exigem alta resistência ao desgaste e durabilidade. Quando usinado corretamente, o UHMWPE pode proporcionar excelente desempenho e uma vida útil mais longa em comparação com outros materiais.
Outros materiais
A usinagem CNC normalmente usa metais e plásticos, mas também pode trabalhar com muitos outros materiais, incluindo os listados abaixo.
Espuma
As espumas são um tipo de material CNC caracterizado por um corpo sólido com espaços vazios preenchidos por ar. Essa estrutura única confere às espumas um formato 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 leveza das espumas as torna uma excelente opção para embalagens de proteção. Sua versatilidade, podendo ser usinadas em diversos formatos e tamanhos, as torna igualmente úteis para a criação de itens decorativos. Além disso, suas propriedades isolantes as 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 à ampla gama 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 e projetos "faça você mesmo".
No entanto, a usinagem de madeira gera uma 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 compostos por dois ou mais componentes unidos por um meio de ligação. Materiais compósitos comuns usados em usinagem CNC incluem fibra de carbono, compensado, fibra de vidro e outros. Esses materiais têm aplicações em diversos setores, como automotivo, aviação, esportes e medicina.
A usinagem de compósitos pode ser bastante desafiadora devido a diversos 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 materiais CNC potenciais
A rica variedade de materiais para usinagem CNC pode, às vezes, causar mais confusão do que benefícios. É comum ignorar potenciais materiais CNC além de metais e plásticos convencionais.
Para ajudar você a ter uma visão mais ampla ao projetar para fabricação, abaixo está uma pequena lista de pontos a serem considerados antes de finalizar os materiais para seu projeto!
Escolha materiais não metálicos: Existem vários casos em que materiais não metálicos são substitutos equivalentes aos metais. Plásticos rígidos como ABS ou UHMW-PE são rígidos, fortes e duráveis, por exemplo. Compósitos como 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. São fáceis de usinar e podem ser cortados em velocidades incrivelmente altas, economizando tempo e dinheiro.
Conheça os diferentes plásticos: Conhecer todo o portfólio de materiais plásticos para usinagem CNC é uma habilidade essencial para projetistas. Os plásticos CNC são baratos, fáceis de usinar e apresentam uma gama diversificada de propriedades materiais que não podem ser ignoradas.
Escolha a espuma certa entre as diferentes: Referindo-se à seção acima sobre espumas, gostaríamos de enfatizar que elas têm um grande potencial como material para CNC. Até mesmo alguns componentes de máquinas CNC agora são feitos de espumas metálicas! Estude diferentes espumas CNC para ver qual se adapta melhor às suas aplicações.
Diferentes projetos e materiais de usinagem CNC, uma única fonte
O design para manufatura é um aspecto crucial da indústria moderna. Com o avanço da ciência dos materiais, a usinagem CNC passou a depender cada vez mais da 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 requisitados até plásticos de alta qualidade. Nossas capacidades de usinagem de 5 eixos, combinadas com nossa equipe experiente, nos permitem oferecer precisão e qualidade incomparáveis aos nossos clientes.
Dedicamo-nos a oferecer 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 gratuita. Seja para peças usinadas em CNC personalizadas ou para um projeto específico em mente, estamos aqui para ajudá-lo em cada etapa do processo.
Horário da publicação: 07/07/2023