O guia definitivo para usinagem CNC: materiais que você não pode usar

Muitas indústrias se beneficiaram do uso da usinagem CNC, tornando a fabricação mais conveniente com resultados precisos. No entanto, nem todo material é adequado para esse processo, embora seja excelente para moldar vários materiais. Os fabricantes devem entender quais materiais são incompatíveis com a usinagem CNC para incluí-los em seus processos e evitar erros dispendiosos. Este artigo discute as limitações técnicas da usinagem CNC delineando alguns materiais que apresentam alguns desafios devido às suas características ou comportamento durante a usinagem. Profissionais experientes e novatos acharão este guia útil para melhorar seus métodos de seleção de materiais e otimizar a produção.

Que tipos de materiais são desafiadores para usinagem CNC?

Os materiais que geralmente apresentam dificuldades na usinagem CNC podem ser divididos nas seguintes categorias:

• Duro ou Resistente: Esses materiais incluem aço temperado, titânio e outros, que podem causar desgaste rápido das ferramentas usadas para corte e aplicação de força.
• Macio e elástico: alguns tipos de borracha, assim como certos plásticos que podem se deformar quando submetidos a forças de corte, podem causar dificuldades na execução de processos de usinagem precisos.
• Material frágil: esta categoria de materiais inclui cerâmicas como o vidro, que são propensas a rachar ou lascar durante qualquer tipo de processamento mecânico e, portanto, precisam ser manuseadas com cuidado e usando ferramentas apropriadas.
• Materiais compostos: Devido aos seus níveis de dureza variáveis, materiais compostos, como compostos de fibra de carbono, podem exercer pressão desigual nas bordas das ferramentas e representar um risco à saúde devido à poeira produzida durante a fabricação.

A seleção eficaz de materiais deve ser aliada a estratégias de usinagem adequadas para superar esses desafios.

Materiais incrivelmente macios ou flexíveis

A usinagem de materiais macios, como borracha ou termoplásticos não tão duros, é problemática devido às suas características físicas. A usinagem desse material se deforma sob forças de corte e pode causar menor precisão dimensional e complexidade. Por exemplo, a usinagem criogênica é uma abordagem única quando uma baixa temperatura temporária é usada para resfriar o material, aumentando assim sua rigidez. Em baixas temperaturas, a deformação do material pode ser minimizada pela redução do acabamento da superfície de corte, tornando-o mais fácil de usinar do que outros. O atrito pode ser reduzido usando ferramentas de corte afiadas com ângulos de ataque mais baixos e lubrificação.

A flexibilidade também resulta em mais vibração durante a usinagem, o que pode afetar a vida útil da ferramenta e a qualidade dos acabamentos de superfície. Por exemplo, no caso de termoplásticos, foi ilustrado que velocidades mais lentas combinadas com configurações de fixação adequadas podem ajudar a aliviar imprecisões causadas por vibrações. De acordo com dicas de prática industrial, a usinagem de materiais flexíveis requer ferramentas de HSS (aço rápido) ou carboneto para máxima durabilidade e cortes precisos.

Para aplicações CNC desafiadoras, saiba como um material se comporta sob condições de trabalho e personalize os parâmetros de fresamento adequadamente; assim, o produto final atenderá aos altos padrões exigidos desses materiais.

Materiais com baixo ponto de fusão

Várias indústrias enfrentam oportunidades e desafios únicos ao lidar com materiais que têm pontos de fusão baixos, como alumínio, estanho, chumbo e alguns termoplásticos. Essas substâncias normalmente têm pontos de fusão abaixo de 600 graus Fahrenheit (316 graus Celsius); portanto, podem ser usadas em aplicações de baixa temperatura, como soldagem, fundição e impressão 3D. Por exemplo, o estanho tem um ponto de fusão de cerca de 450 graus Fahrenheit (232 graus Celsius), ideal para soldar equipamentos eletrônicos com controle de temperatura significativo.

Para usinagem ou processamento adequado desses materiais, é necessário considerar suas propriedades térmicas para evitar deformações causadas por efeitos de aquecimento, incluindo empenamento. As informações indicam que sistemas de resfriamento sólidos, como ar de alta pressão ou líquido de refrigeração, podem reduzir o estresse térmico e, por sua vez, aumentar a vida útil da ferramenta, ao mesmo tempo em que aprimoram o acabamento da superfície. Além disso, estudos mostraram a importância do uso de ferramentas de corte afiadas e fusos de baixa rotação para minimizar o calor gerado durante a usinagem.

As aplicações de ligas desenvolvidas a partir de materiais de baixo ponto de fusão também aumentaram seu escopo de uso. Por exemplo, ligas de chumbo-estanho são amplamente aplicadas na fabricação de soldas, pois derretem previsivelmente e são duradouras. Além disso, termoplásticos avançados com baixos pontos de amolecimento são comumente usados ​​para fabricação aditiva, o que requer deposição precisa camada por camada.”

As indústrias podem, portanto, usar esses materiais corretamente e garantir que suas aplicações durem, sejam inofensivas e eficientes, conhecendo suas propriedades mecânicas e térmicas.

Substâncias altamente abrasivas

Materiais altamente abrasivos têm dureza e abrasividade significativas, razão pela qual são necessários para aplicações industriais como retificação, corte e polimento. Isso inclui carboneto de silício (SiC), óxido de alumínio (Al2O3), nitreto cúbico de boro (CBN) e diamante. Esses materiais têm resistência superior ao desgaste e podem suportar operações de alto estresse.

Para ilustrar, diamantes industriais feitos sinteticamente são amplamente usados ​​para ferramentas de corte porque sua dureza é incomparável, pois eles são classificados como 10 na escala de Mohs. Ele pode ser usado para fazer materiais ultraduros como cerâmicas e metais com alta precisão. Em contraste, o óxido de alumínio tem uma dureza de partículas que varia entre 9-9.5 na escala de Mohs, e é comumente aplicado em lixas e jateamento abrasivo.

Desenvolvimentos recentes otimizaram os tamanhos e estruturas de partículas abrasivas, aumentando assim a eficiência e reduzindo o desgaste do equipamento de processamento. Estudos envolvendo abrasivos nanoestruturados indicam um aumento na taxa de remoção de material de 15-20% em comparação com contrapartes tradicionais de tamanho micro. Além disso, as indústrias continuam a explorar questões de desenvolvimento sustentável, como o emprego de abrasivos ecológicos como vidro reciclado e granada, que equilibram a eficiência operacional com a sustentabilidade ambiental.

Entender as características físicas dos materiais, como tamanho de partícula, dureza e estabilidade térmica, é crucial para escolher um abrasivo apropriado para uma determinada aplicação. Isso garantirá que as ferramentas e equipamentos durem mais, minimizando danos e fornecendo os melhores resultados.

Por que certos materiais não podem ser usados ​​na usinagem CNC?

Limitações das máquinas-ferramentas CNC

Máquinas CNC, ao lidar com materiais específicos, têm limitações. Um dos fatores significativos pode ser a dureza de qualquer material; algumas substâncias complexas, como algumas cerâmicas ou aços endurecidos, podem superar a capacidade de ferramentas CNC comuns, o que pode resultar em desgaste pesado e quebra de ferramentas. Isso está relacionado a outra limitação, que é a ductilidade do material. Esses problemas de usinagem, por exemplo, acabamentos superficiais ruins ou ferramentas de corte entupidas, podem surgir de substâncias altamente dúcteis, como certos metais macios. Além disso, durante a usinagem, alguns materiais podem não conduzir calor, levando à deformação térmica ou danos à peça de trabalho. A precisão da máquina e o alto desempenho contínuo dependem muito da seleção adequada de materiais compatíveis que complementarão o desempenho da máquina.

Propriedades do material incompatíveis com processos de usinagem

Dureza Excessiva

Algumas cerâmicas ou aço excessivamente endurecido podem ser complexos de usinar e podem desgastar as ferramentas rapidamente.

Baixa condutividade térmica

Materiais com baixa dissipação de calor, incluindo liga de titânio, podem causar danos térmicos devido ao acúmulo de calor induzido pela usinagem.

Alta Ductilidade

São materiais muito maleáveis, como cobre puro ou alumínio macio, que proporcionam acabamentos insatisfatórios e causam problemas de entupimento das ferramentas.

Fragilidade

O medo é que substâncias frágeis, como vidro e compostos específicos, possam rachar ou lascar durante a usinagem.

Propriedades Abrasivas

Compósitos reforçados com substâncias abrasivas ou alguns tipos de polímeros podem rapidamente tornar os instrumentos de corte cegos e reduzir a usinabilidade.

Identificar essas características incompatíveis é vital para selecionar materiais apropriados e melhorar o desempenho da máquina durante as operações.

Preocupações com a segurança e potenciais danos ao equipamento

Materiais de usinagem com propriedades incompatíveis podem representar riscos de segurança. Materiais frágeis, que quebram sob estresse, criam fragmentos afiados que podem ferir os operadores. Além disso, materiais abrasivos aceleram o desgaste das ferramentas de corte, que podem falhar durante o uso. Isso pode causar mau funcionamento repentino da máquina e riscos à segurança. Minimizar esses riscos e garantir operações seguras requer a escolha correta do material, manutenção regular do equipamento e uso de equipamento de proteção.

Quais são as alternativas para materiais que não podem ser usinados em CNC?

Opções de impressão 3D

Para materiais difíceis de usinar usando técnicas CNC, a impressão 3D se destaca como uma opção flexível. Tais tecnologias de manufatura aditiva como Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithography (SLA) e Selective Laser Sintering (SLS) podem processar uma variedade de materiais como termoplásticos e fotopolímeros, entre outros, até mesmo metais.

Um exemplo são as impressoras FDM, que são amplamente úteis na fabricação de protótipos usando ABS, PLA e PETG para garantir soluções econômicas. Por outro lado, a SLA oferece melhor precisão, sendo, portanto, melhor para aplicações detalhadas comumente feitas usando resinas resistentes, flexíveis e fundíveis. A SLS é amplamente empregada na fabricação de peças funcionais fortes a partir de pós à base de náilon, tornando-a adequada para aplicações de uso final em dispositivos aeroespaciais e médicos.

De acordo com estatísticas, a impressão 3D pode economizar até 70% de desperdício de material em comparação com métodos subtrativos de fabricação tradicional. Além disso, houve desenvolvimentos na impressão 3D de metal, como a Direct Metal Laser Sintering (DMLS), que cria geometrias que são complicadas usando materiais como titânio e alumínio junto com aço inoxidável. Essas capacidades tornam a impressão 3D uma escolha interessante para execuções de produção em pequena escala, prototipagem rápida e designs personalizados.

Ao incorporar diferentes técnicas de impressão 3D com vantagens específicas para cada material, os fabricantes podem superar as limitações da usinagem CNC, mantendo a eficiência, a funcionalidade e a flexibilidade do design.

Moldagem por injeção de plásticos

Se você me perguntar, a moldagem por injeção é um método para produzir peças plásticas em larga escala que eu garantiria. Neste processo, o plástico líquido é empurrado para dentro de um molde específico e então resfriado para formar o formato desejado. Sua força está na capacidade de fazer componentes com geometrias intrincadas em altas taxas de produção. Além disso, diferentes termoplásticos podem ser usados, garantindo assim que as propriedades do material sejam ajustadas para necessidades específicas.

Métodos de fundição para metais

Um dos fundamentos da metalurgia é a fundição, onde o metal líquido é despejado em um molde e solidificado para formar o formato desejado. Diferentes técnicas de fundição usam diferentes materiais, aplicações e tolerâncias.

Fundição de areia

A fundição em areia é uma das mais comumente usadas por sua versatilidade e custo-benefício. Este método usa moldes feitos de areia que podem ser moldados facilmente para qualquer design complexo. É amplamente usado para fabricar peças grandes e pesadas em metais como ferro, aço e alumínio. As fundições em areia contemporâneas podem atingir tolerâncias de até ±0.02 polegada por polegada, encontradas principalmente em itens como blocos de motor ou componentes de máquinas agrícolas.

Fundição

Na fundição sob pressão, o metal líquido quente é espremido em um molde de aço reutilizável (matriz) em alta pressão para produzir em massa peças de precisão. Depois disso, ligas não ferrosas são tipicamente usinadas por meio de processos de controle numérico computadorizado, especialmente ao lidar com várias aplicações CNC envolvendo alumínio, zinco ou magnésio, entre outros. Algumas tecnologias avançadas de fundição sob pressão podem fornecer tolerâncias tão baixas quanto ±0.005 polegada. Portanto, essa técnica encontra ampla aplicação nas indústrias de fabricação automotiva e eletrônica de consumo da indústria de aviação devido à sua capacidade de produzir peças intrincadas geometricamente precisas em vários tamanhos.

Fundição de investimento

O método de fundição de investimento, chamado fundição por cera perdida, é melhor para a fabricação de componentes com detalhes intrincados e acabamentos suaves. Um molde de concha de cerâmica é formado em torno de um modelo de cera, derretido para se livrar do último e, em seguida, preenchido com metal fundido. O objetivo deste método é obter um excelente acabamento de superfície, bem como tolerâncias dimensionais de ± 0.004 polegadas. Esta técnica é amplamente usada no campo médico e aeroespacial, pois é crítica na geração de componentes como ferramentas cirúrgicas e lâminas de turbina.

Fundição Centrífuga

Essa abordagem usa força centrífuga para distribuir metal fundido dentro do molde, produzindo peças compactas com porosidade limitada. Ela faz principalmente componentes cilíndricos e semelhantes a tubos, por exemplo, canos, buchas ou rolamentos que empregam aço inoxidável e ferro. Materiais que são produzidos através do processo de fundição centrífuga normalmente têm propriedades mecânicas melhoradas juntamente com sua alta eficiência.

Fundição contínua

Fundição contínua é um processo que se torna mais eficiente pelo qual o metal líquido se torna sólido continuamente à medida que sai de um molde, produzindo folhas, hastes ou outras formas longas usadas para materiais CNC. As indústrias de aço e alumínio o usam amplamente para alta produção e resistência de matéria-prima de qualidade. Por exemplo, as tecnologias mais recentes sugerem taxas de produtividade de mais de 10 metros por minuto, aumentando assim a produção em larga escala.

Cada técnica de fundição tem seus próprios méritos e requisitos específicos de produção. Com a ajuda do progresso na ciência dos materiais, essas abordagens evoluíram ainda mais, oferecendo melhor precisão, menor desperdício e melhor desempenho mecânico em peças metálicas.

Como os fatores de seleção de materiais afetam as capacidades de usinagem CNC?

Classificações de dureza e usinabilidade

Ao comparar as pontuações de dureza e usinabilidade, observo como as propriedades dos materiais afetam a eficiência e a praticidade das operações de máquinas CNC. Materiais mais duros, no entanto, são mais difíceis de cortar do que os mais macios, necessitando, portanto, de ferramentas especiais e velocidades de corte mais lentas, embora ofereçam excelente durabilidade e resistência ao desgaste. Dito isso, materiais com classificações de usinabilidade mais altas podem ser usinados com mais rapidez e precisão, resultando em desgaste reduzido da ferramenta e tempos de produção mais curtos. A chave para resultados bem-sucedidos na fabricação é pesar esses fatores.

Propriedades térmicas e resistência ao calor

A seleção de materiais para processos de usinagem e fabricação é altamente dependente de suas propriedades térmicas, particularmente no caso de ambientes de alta temperatura. Alumínio e cobre são alguns exemplos de materiais com alta taxa de condutividade térmica. Nesse sentido, eles efetivamente evitariam o superaquecimento durante a usinagem, dissipando o calor mais rápido. Apesar dessas vantagens, esses materiais têm pontos de fusão mais baixos e, portanto, podem ser limitados quando submetidos a condições severas de calor.

Por outro lado, outro grupo de materiais é representado por aço inoxidável ou ligas à base de níquel, que são conhecidas por sua excelente resistência ao calor, pois possuem baixa condutividade térmica mesmo em temperaturas elevadas. Por exemplo, superligas de níquel podem suportar temperaturas superiores a 1,000 °C sem nenhum dano estrutural, portanto, mais adequadas para aplicações aeroespaciais e de turbinas.

O coeficiente de Expansão Térmica (CTE) é outra consideração importante, pois haverá mudanças dimensionais consideráveis ​​entre materiais com CTE alto se sua temperatura flutuar, impactando negativamente a precisão. Por exemplo, ligas de titânio com CTE moderado também exibem excelente resistência ao calor, tornando-as estáveis, mas termicamente eficientes.

Deve haver gerenciamento de calor apropriado ao usar máquinas CNC porque muito acúmulo de calor pode resultar em desgaste da ferramenta ou deformação da peça de trabalho. Os fabricantes precisam observar aspectos como condutância, a capacidade de acelerar ou desacelerar o movimento da eletricidade através de certas substâncias condutoras; capacidade de expansão, significando a capacidade de mudar de tamanho; e propriedade de estabilidade, indicando quão bem ele resiste a reações físicas em diferentes temperaturas, incluindo aquelas induzidas por aquecimento, para que obtenham desempenho e durabilidade ideais para material e ferramentas.

Composição química e reatividade

A usinabilidade CNC de qualquer material é significativamente influenciada por sua composição química. Os elementos presentes em um material determinam diretamente várias propriedades como dureza, resistência à corrosão e trabalhabilidade, que importam na seleção de materiais comuns para projetos CNC. Por exemplo, o aço inoxidável possui uma camada passiva de óxido de cromo responsável por prevenir a corrosão devido ao ferro, cromo (pelo menos 10.5%), níquel e carbono que ele contém.

A reatividade também importa, especialmente ao trabalhar com metais como alumínio e magnésio, que são altamente propensos à oxidação. O alumínio é altamente reativo com oxigênio, causando a formação de finas superfícies de óxido protetoras, melhorando consideravelmente sua resistência à corrosão. Por outro lado, apesar de ser leve e forte, o magnésio é muito mais reativo do que o alumínio e pode ser inflamado em altas temperaturas; portanto, medidas de segurança rigorosas devem ser observadas durante a usinagem.

Outro aspecto crucial a ser considerado é a interação da composição de uma liga com fluidos de corte e materiais de ferramentas. Por exemplo, materiais contendo alto teor de enxofre, como aços de usinagem livre, reduzem o atrito e o desgaste nas ferramentas, aumentando sua usinabilidade. Além disso, ligas de titânio são complexas de usinar porque possuem relações impressionantes de resistência-peso e resistência superior ao calor, mas suas composições geralmente consistem em alumínio e vanádio.

Os dados empíricos apoiam essas observações. Por exemplo, ligas de alumínio com 4% a 6% de teor de níquel, como a liga 2618, ajudam a fortalecer o material para aplicações aeroespaciais. Por outro lado, o aumento da dureza é padrão em materiais de aço com alto teor de carbono; no entanto, isso reduz a usinabilidade devido à fragilidade do material sob estresse. Conhecer esses detalhes composicionais permite que os engenheiros escolham materiais que combinam reatividade, qualidade de usinagem e desempenho para operações precisas de usinagem CNC.

Existem soluções alternativas para usinar materiais complexos?

Ferramentas e revestimentos especiais

Frequentemente, a usinagem de materiais complexos implica uma necessidade de ferramentas especializadas e tecnologias de revestimento aprimoradas para otimizar o desempenho e reduzir o desgaste da ferramenta. Essas ferramentas feitas de carboneto ou nitreto cúbico de boro (CBN) têm boa dureza e resistência à temperatura, o que as torna adequadas para o processamento de superligas e aços endurecidos em operações de torno CNC. Além disso, as ferramentas de diamante policristalino (PCD) funcionam bem para usinar materiais não ferrosos, como ligas de alumínio-lítio, pois mantêm a precisão e a resistência em cortes de alta velocidade.

Os revestimentos também desempenham um papel significativo na melhoria da vida útil e eficiência da ferramenta. Revestimentos de nitreto de titânio e alumínio (TiAlN) são exemplos de resistência ao calor e estabilidade à oxidação melhoradas. Eles são preferíveis para remoção rápida de material, como em aços de alta resistência ou ligas resistentes ao calor. Pesquisas avançadas também desenvolveram revestimentos de carbono semelhantes a diamantes que têm menos atritos, reduzindo assim o calor gerado enquanto as máquinas trabalham neles durante qualquer processo de usinagem.

De acordo com dados de aplicações industriais, revestimentos duros como TiAlN podem prolongar a vida útil da ferramenta em até 800% para corte de ligas à base de titânio ou níquel. Novamente, quando essas ferramentas são usadas juntamente com resfriamento ou óleo mínimo para lubrificação (MQL), a estabilidade aumenta e o estresse térmico durante o processo é reduzido. Mesmo sob materiais desafiadores, esses novos métodos permitem melhor usinabilidade, mas a superfície de qualidade e a alta precisão podem ser mantidas.

Técnicas avançadas de resfriamento

Ao usinar materiais resistentes ao calor, é essencial empregar técnicas avançadas de resfriamento para melhorar o desempenho. A usinagem aprimorada é possível ao garantir que o calor seja dissipado corretamente para fora da peça de trabalho para evitar qualquer deformação térmica e manter suas propriedades mecânicas. A seguir estão os métodos mais comumente usados ​​para resfriamento avançado:

Resfriamento por inundação

Isso se refere a uma abordagem tradicional em que uma grande quantidade de fluido é despejada na área de corte continuamente. Pode ser eficaz ao lidar com requisitos gerais de usinagem, mas pode resultar em problemas ambientais e alto consumo de refrigerante.

Quantidade Mínima de Lubrificação (MQL)

Com a tecnologia MQL, quantidades muito pequenas de refrigerante são entregues como névoa fina de forma controlada, reduzindo significativamente o uso de fluido. Enquanto ainda mantém a vida útil da ferramenta e a qualidade da superfície, houve uma redução nas temperaturas de corte em até 30% em comparação com a usinagem a seco, de acordo com alguns estudos.

Resfriamento criogênico

Este processo emprega fluidos criogênicos como nitrogênio líquido (LN2) ou dióxido de carbono (CO2), que ajudam a reduzir imensamente as temperaturas de corte. O resfriamento criogênico aumenta a vida útil da ferramenta em até 90%, ao mesmo tempo em que melhora a integridade da superfície em materiais como ligas de titânio, por exemplo.

Resfriamento de alta pressão (HPC)

HPC é a sigla para sistemas de resfriamento de alta pressão, que direcionam na zona de corte refrigerantes a uma pressão de mais de 80 bars. Este método é especialmente útil para remoção de cavacos e redução de temperatura na área de corte e, portanto, funciona bem com materiais como aço inoxidável e superligas.

Canais de refrigeração interna

Ferramentas com um sistema de fornecimento de refrigerante integrado garantem que os fluidos sejam aplicados diretamente na borda do corte. O resfriamento interno melhora a estabilidade da usinagem, melhorando o desempenho da ferramenta ao perfurar furos profundos.

Resfriamento a ar

O ar comprimido se torna uma opção seca para materiais macios usinados. Quando combinado com usinagem de alta velocidade, ele facilita a evacuação de cavacos enquanto previne a contaminação por óleo.

Os fabricantes podem obter eficiência de usinagem otimizada, maior vida útil da ferramenta e melhor sustentabilidade em muitas aplicações escolhendo corretamente essas técnicas de resfriamento.

Abordagens de fabricação híbrida

A combinação de operações aditivas e subtrativas na manufatura híbrida explora os melhores aspectos de ambas as técnicas. Camada por camada, impressão 3D e outros métodos aditivos são empregados para desenvolver geometrias compostas; por outro lado, as superfícies são refinadas com usinagem CNC, e a precisão dimensional é melhorada. Este método é mais eficaz na fabricação de peças complexas, reduzindo o desperdício de material e minimizando o tempo de produção. Na maioria dos casos, as indústrias aeroespacial, médica e automotiva usam a manufatura híbrida devido às suas altas taxas de personalização para eficiência de componentes de desempenho excepcional.

Quais são os equívocos comuns sobre materiais na usinagem CNC?

Suposições sobre compatibilidade de materiais

Nem todos os materiais são criados iguais, e a usinagem CNC é um dos equívocos mais comuns em toda a fabricação. Cada tipo de material, como metal, plástico ou compostos, tem qualidades únicas que afetam a usinabilidade. Por exemplo, o alumínio é favorecido por suas propriedades de corte fácil e atributos térmicos, enquanto materiais mais duros como o titânio exigem ferramentas e técnicas especializadas para minimizar o desgaste da ferramenta. Além disso, não há materiais que possam ser usados ​​para cada tipo de processo de usinagem; a rigidez do material, a resistência ao calor e os requisitos de acabamento da superfície devem ser cuidadosamente ponderados para maximizar os resultados. É vital compreender essas diferenças ao decidir sobre o material adequado para uma aplicação específica.

Superestimando as capacidades da máquina

No entanto, outro equívoco comum em relação à usinagem CNC é que as pessoas tendem a superestimar a capacidade de uma máquina por não conhecerem suas limitações. Por mais avançadas que as máquinas modernas de controle numérico computadorizado possam ser, elas não conseguem lidar com todos os desafios complexos de design ou material se não forem configuradas e equipadas adequadamente, especialmente quando há múltiplos materiais envolvidos.

Por exemplo, fresadoras de alta velocidade são projetadas para aplicações de precisão rápida, mas isso pode ser limitado devido a fatores como controle de vibração, rigidez da ferramenta e potência do fuso. Tentar tornar ásperos materiais duros, como aço endurecido ou alguns compostos em velocidades inadequadas, resultará em ferramentas quebradas ou cortes imprecisos. De acordo com descobertas de pesquisas, a usinagem de ligas mais duras geralmente requer velocidades de corte tão baixas quanto 30-50 pés de superfície por minuto (SFM) e a adoção de ferramentas de corte resistentes ao desgaste, como graus de carboneto ou cerâmica.

Alternativamente, há restrições em possíveis tolerâncias com máquinas CNC de 5 eixos por causa da fixação do trabalho e precisão da máquina, embora elas possam lidar com geometrias complexas. Geralmente, a precisão do CNC pode variar de ±0.001″ até ±0.005″, no entanto, para requisitos de ultra-alta precisão, algumas máquinas podem ter atingido seu limite sem ajustes de calibração ou operações subsequentes.

É essencial entender esses limites, tanto técnicos quanto operacionais. Por exemplo, abordagens de engenharia podem ser personalizadas para se adequarem às capacidades específicas do sistema CNC e selecionar ferramentas e parâmetros para otimizar o desempenho. Ao mesmo tempo, um maquinista minimiza erros ou ineficiências.

Subestimar a importância das propriedades dos materiais

Ignorar a importância das propriedades do material na usinagem CNC pode resultar em dificuldades significativas para atingir a precisão, manter a vida útil da ferramenta e otimizar a eficiência do fluxo de trabalho. Cada material, seja ele metais, compostos ou polímeros, tem suas próprias características, como dureza, resistência à tração, condutividade térmica e estabilidade química, que afetam diretamente o desempenho e os resultados da usinagem.

Por exemplo, titânio ou aço temperado estão entre os metais com alta dureza que exigem velocidades de corte mais baixas e ferramentas mais caras, como carboneto revestido ou diamante policristalino (PCD), para evitar desgaste excessivo da ferramenta. De acordo com dados da indústria, são necessárias velocidades de corte entre 40-120 metros por minuto para usinar ligas de titânio e maiores pressões de aresta de corte — tornando a remoção de calor importante para a usinagem. Por outro lado, materiais mais macios, como alumínio, permitem velocidades de corte mais altas de 600 metros por minuto, às vezes reduzindo o tempo do ciclo.

As propriedades do material também dependem da expansão térmica. Por exemplo, a usinagem da alta taxa de expansão térmica do alumínio requer controle preciso da temperatura para manter as tolerâncias dimensionais. Por outro lado, materiais como compósitos de fibra de carbono demonstram anisotropia, o que significa que sua usinabilidade pode mudar dependendo das direções de corte. Entender sua estrutura é essencial para evitar defeitos como delaminação.

Além disso, as classificações de usinabilidade fornecem uma perspectiva quantitativa sobre o comportamento dos materiais em relação às operações de processamento convencionais. Essas classificações permitem a comparação entre outros metais e um metal de referência específico, como aço de corte livre, classificado como 100%. Em contraste, materiais de baixa classificação, como ligas de aço inoxidável (40%-60%), necessitam de estratégias de trajetória de ferramenta e ajustes nos parâmetros de corte.

Ao avaliar cuidadosamente essas e outras características do material, os engenheiros podem antecipar possíveis desafios, otimizar parâmetros de corte e manter o alinhamento com as tolerâncias do projeto. Ignorar essa combinação de práticas de usinagem e ciência dos materiais pode levar a ineficiências, qualidades de peças comprometidas e tempos de produção mais longos.

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Quais materiais não podem ser usados ​​na usinagem CNC?

R: Apesar de versáteis, alguns materiais não podem ser usados ​​em usinagem CNC devido às suas propriedades. Isso inclui materiais muito macios, como borracha ou espuma, altamente venenosos, como berílio, e plásticos que têm baixas temperaturas de fusão. Ainda mais, o uso de materiais quebradiços e aqueles que produzem vapores nocivos durante a usinagem não é aconselhável para processos CNC.

P: É possível usar PVC em uma máquina CNC?

R: Como regra geral, o PVC não é recomendado para usinagem de controle numérico computadorizado (CNC). A usinagem de PVC é possível, mas quando cortada em altas velocidades, ela libera vapores tóxicos, que representam sérios riscos à saúde. Além disso, o PVC pode derreter e grudar nas ferramentas de corte, o que pode danificar a fresadora CNC ou o torno. É por isso que materiais alternativos são geralmente preferidos.

P: Quais são as limitações do uso de policarbonato na usinagem CNC?

R: No entanto, a aplicação do policarbonato é limitada quando se trata de seu uso como material para A primeira razão é sua tendência a derreter ou deformar quando exposto a altas temperaturas resultantes de usinagem de alta velocidade. Isso afetará a precisão e o acabamento da superfície das peças usinadas, especialmente se um cortador a laser as tiver cortado sob tecnologia de controle numérico (CNC). O policarbonato também racha muito facilmente, fazendo com que furos de perfuração de baixa qualidade e bordas fresadas sejam propensas a rachaduras. É importante usinar o policarbonato com cautela usando parâmetros de corte apropriados para obter bons resultados em termos de qualidade do acabamento da superfície.

P. A usinagem CNC pode ser feita com materiais que não suportam altas temperaturas?

A. Usar materiais de baixo ponto de fusão e aqueles que se deterioram quando submetidos a altas temperaturas pode ser bastante difícil na usinagem CNC. Métodos de controle numérico computadorizado podem facilmente fazer esses tipos de materiais derreterem, perderem sua forma ou vaporizarem devido ao calor gerado durante os processos de corte. Com algumas técnicas de resfriamento especializadas e taxas de avanço muito baixas, no entanto, materiais específicos de baixa temperatura podem às vezes ser usinados em níveis aceitáveis; no entanto, tais esforços geralmente produzem resultados ruins e podem danificar a fresadora e suas ferramentas de corte. Normalmente, é melhor selecionar materiais que sejam capazes de resistir ao calor produzido enquanto as máquinas trabalham neles durante a produção (Bennett et al.).

P: Existem materiais não metálicos que não podem ser usados ​​na usinagem CNC?

R: Sim, vários materiais não metálicos não são apropriados para usinagem CNC. Vários materiais extremamente macios, como borracha ou espuma, são distorcidos conforme forças de corte são aplicadas, e alguns compostos que delaminam quando usinados. Alguns tipos de fibra de vidro ou fibra de carbono podem ter poeira ou fumaça perigosas, que às vezes precisam de medidas de segurança tomadas e podem não ser boas para todas as máquinas CNC. Ao procurar materiais não metálicos para projetos CNC, sempre verifique as propriedades do material e que tipo de usinagem é necessária, porque diferentes entradas podem alterar significativamente o resultado.

P: Quais materiais devo escolher para meu projeto de usinagem CNC?

R: A escolha de materiais para usinagem CNC envolve considerar vários fatores associados ao tipo de material. Isso inclui propriedades desejadas da peça final, como tenacidade, resistência ao desgaste ou resistência à corrosão; aplicação pretendida como aeroespacial, automotiva ou protótipo; usinabilidade; custo e capacidade da sua fresadora ou torno CNC. Também é preciso considerar as tolerâncias necessárias e se o material é compatível com tratamentos de pós-processamento, como tratamento térmico ou acabamento de superfície. Para selecionar o material adequado para seu projeto específico de usinagem CNC, você deve conversar com maquinistas experientes ou especialistas em materiais.

Fontes de Referência

1. PROGRESSO DA PESQUISA PARA USINAGEM DE LIGA DE TITÂNIO USANDO FRESAGEM CNC: UMA REVISÃO TÉCNICA

• Autores: Mithun Kumar, PS Rao
• Data de Publicação: 2024-11-07
• Resumo: O artigo analisa as complicações da usinagem de ligas de titânio que são conhecidas por sua alta relação de resistência ao peso, bem como resistência à corrosão. Portanto, é enfatizado que o desgaste frequente da ferramenta e a necessidade de ferramentas e técnicas de corte específicas tornam as ligas de titânio difíceis de usinar.
• Metodologia: Os autores analisam variáveis ​​de usinagem, como geometrias de ferramentas de corte, velocidades, taxas de avanço e seus efeitos na eficiência da usinagem e na vida útil da ferramenta.

2. Título: Os efeitos das suposições na impressão 3D e das condições na usinagem CNC nos parâmetros mecânicos de alguns materiais PET

• Autores: Krawulski P., Dyl T.
• Data de Publicação: 2023-03-01
• Resumo: Este artigo avalia as características mecânicas de materiais PET produzidos por meio de impressão 3D e máquinas CNC. Ele também investiga as limitações da usinagem de alguns materiais impressos em 3D, particularmente sua resistência e integridade estrutural.
• Metodologia: A pesquisa visa produzir peças por meio de impressão 3D e usinagem CNC, que serão testadas mecanicamente para fins de comparação.

3. Título: Uma análise completa dos parâmetros de usinagem no torneamento de SS304 usando refrigerante de 0 °C em uma máquina CNC

• Autores: Pravin Patil, P. Karande
• Data de Publicação: 25 de outubro de 2022
• Resumo: Esta pesquisa apresenta uma investigação sobre as propriedades de usinagem do aço SS304, que é bem conhecido por sua resistência e natureza de endurecimento por trabalho. O autor identifica alguns dos problemas enfrentados ao usinar este material, que incluem desgaste da ferramenta e a necessidade de um refrigerante eficaz.
• Metodologia: Os autores realizaram experimentos em um torno CNC alterando parâmetros de desempenho de usinagem influenciados pela temperatura do líquido de arrefecimento.

4. Fornecedor líder de serviços de usinagem de plástico CNC na China