O guia definitivo para materiais de usinagem CNC

1. Introdução

No cenário industrial atual, CNC (Controle Numérico Computadorizado) a usinagem se destaca como uma tecnologia fundamental que permite a produção de componentes altamente precisos e complexos.

No entanto, o sucesso de qualquer projeto CNC depende muito da seleção do material certo.

A escolha apropriada pode impactar significativamente o desempenho, durabilidade, custo, e eficiência geral do produto final.

Esta postagem do blog tem como objetivo fornecer um guia detalhado sobre materiais de usinagem CNC, explorando suas propriedades e como elas influenciam o processo de usinagem.

2. Compreendendo as propriedades dos materiais

Antes de explorar materiais específicos, é crucial entender como as propriedades dos materiais impactam a usinagem CNC.

Diferentes materiais se comportam de maneira diferente sob condições de usinagem, e escolher o material certo é essencial para alcançar ótimos resultados.

Aqui estão as principais propriedades do material que influenciam a usinagem CNC:

Dureza

Dureza é a capacidade de um material resistir à indentação, coçando, e desgaste.

Materiais mais duros geralmente oferecem maior resistência ao desgaste, tornando-os ideais para peças que sofrerão abrasão ou estresse ao longo do tempo.

No entanto, materiais mais duros podem ser mais desafiadores para usinar devido à sua resistência às ferramentas de corte.

• Principais considerações: Materiais como aço temperado, titânio, e os aços para ferramentas são conhecidos por sua alta dureza, o que os torna ideais para aplicações pesadas.
  Por outro lado, materiais mais macios como alumínio ou plástico são mais fáceis de usinar, mas eles podem se desgastar mais rapidamente quando usados ​​em ambientes de alto estresse.
• Exemplo: Para usinagem CNC, materiais como Aço ferramenta H13 (dureza ao redor 45-50 CDH) são frequentemente usados ​​para moldagem ou ferramentas pesadas,
  enquanto 6061 alumínio (com uma dureza Brinell de cerca de 95) é mais macio e mais usinável.

Resistência

A tenacidade refere-se à capacidade de um material absorver energia e deformar-se sem fraturar..
É uma combinação de resistência e ductilidade, tornando-o uma propriedade crucial para peças expostas a cargas de alto impacto ou choque.
Materiais resistentes apresentam melhor desempenho sob condições que envolvem forças repentinas ou choques mecânicos, como componentes automotivos ou aeroespaciais.

• Principais considerações: Materiais que são fortes e resistentes podem suportar impactos, vibrações, e condições de alto estresse.
  Metais como titânio e aço carbono são conhecidos por sua resistência e são usados ​​em indústrias que exigem peças confiáveis ​​e duráveis, como aeroespacial ou maquinaria pesada.
• Exemplo: Ligas de titânio (como Ti-6Al-4V) são altamente resistentes, oferecendo excelentes relações resistência-peso enquanto resiste à fissuração sob tensão.

Ductilidade

Ductilidade é a capacidade de um material sofrer deformação plástica significativa antes de quebrar., geralmente através de alongamento ou flexão.

Alta ductilidade é importante para peças que precisam ser moldadas, dobrado ou esticado durante o processo de fabricação ou em uso.

É especialmente crítico quando o material precisa absorver tensões sem falhar.

• Principais considerações: Materiais dúcteis podem ser facilmente formados e manipulados sem rachar.
  Para usinagem CNC, materiais dúcteis são preferidos para aplicações que exigem formas complexas ou peças que precisam dobrar ou esticar sem quebrar.
• Exemplo: Cobre e alumínio são altamente dúcteis e podem ser facilmente moldados em componentes complexos, como conectores elétricos ou peças de paredes finas.

Força

Resistência é a capacidade do material de suportar uma força aplicada sem quebrar ou falhar..

Quanto maior a resistência do material, mais peso ou pressão ele pode suportar sem deformação.

Para usinagem CNC, compreender a resistência é essencial para selecionar o material certo para peças estruturais ou de suporte de carga.

• Principais considerações: Materiais com maior resistência à tração (a resistência a ser esticado ou separado) são ideais para peças que suportarão esforços mecânicos significativos.
  Por exemplo, titânio e aço carbono são usados ​​por sua resistência excepcional em aplicações aeroespaciais e automotivas.
• Exemplo: 7075 alumínio, conhecido por sua alta resistência à tração de 83,000 psi, é comumente usado na indústria aeroespacial, enquanto aço inoxidável oferece excelente resistência e resistência à fadiga.

Resistência à corrosão

A resistência à corrosão é a capacidade de um material resistir à degradação química causada por fatores ambientais como a umidade., sal, ou produtos químicos.

Materiais que apresentam excelente resistência à corrosão são necessários para aplicações expostas a ambientes agressivos, como marinho, químico, ou aplicações externas.

• Principais considerações: A escolha de materiais com alta resistência à corrosão garante a longevidade e durabilidade do produto final.
  Aço inoxidável (especialmente 316), titânio, e alumínio são comumente escolhidos por suas excelentes propriedades de resistência à corrosão.
• Exemplo: 316 aço inoxidável é altamente resistente à corrosão por cloretos e outros produtos químicos, tornando-o a melhor escolha para ambientes marinhos e implantes médicos.

3. Fatores a serem considerados ao escolher materiais de usinagem CNC

Escolher o material certo para usinagem CNC é um ato de equilíbrio, considerando vários fatores que afetarão o desempenho e o custo. Aqui estão os fatores mais críticos a serem considerados:

Durabilidade

Durabilidade é a capacidade do material de resistir ao desgaste, corrosão, e fadiga ao longo do tempo.

Em aplicações onde os componentes estão expostos a condições ambientais adversas, durabilidade é uma preocupação primária.

Peças altamente duráveis ​​exigem substituições menos frequentes, reduzindo o custo total de propriedade e garantindo funcionalidade a longo prazo.

• Principais considerações: Procure materiais que combinem força e resistência a fatores ambientais como a umidade, produtos químicos, e temperaturas extremas.
  Aço inoxidável e titânio são altamente duráveis ​​e resistentes à corrosão, tornando-os ideais para dispositivos médicos, ambientes marinhos, e aplicações aeroespaciais.
• Exemplo: Ligas de titânio são comumente usados ​​nas indústrias aeroespacial e médica por sua capacidade de resistir a ambientes agressivos sem se degradar ao longo do tempo.
  Aço inoxidável ligas como 316 também são altamente duráveis ​​e resistentes à corrosão, tornando-os ideais para equipamentos expostos a água salgada ou produtos químicos.

Usinabilidade

Usinabilidade refere-se à facilidade com que um material pode ser cortado, em forma, ou acabado durante o processo de usinagem CNC.
Materiais com alta usinabilidade requerem menos energia para processar, o que pode resultar em tempos de produção mais rápidos, maior vida útil da ferramenta, e redução dos custos gerais de usinagem.

• Principais considerações: Materiais muito duros ou abrasivos podem desgastar rapidamente as ferramentas de corte, aumentando o custo total e o tempo de usinagem.
  Por outro lado, materiais mais macios tendem a usinar com mais facilidade, mas podem desgastar-se mais rapidamente em serviço.
  Alumínio e latão são conhecidos por sua excelente usinabilidade, tornando-os econômicos e eficientes para produção em massa.
  Por outro lado, materiais mais duros como titânio ou Inconel requerem ferramentas especializadas e velocidades de usinagem mais lentas.
• Exemplo: 6061 alumínio é amplamente utilizado na usinagem CNC por sua facilidade de usinagem e capacidade de produzir peças precisas rapidamente,
  enquanto titânio exige mais atenção devido à sua natureza mais resistente e custos de ferramentas mais elevados.

Propriedades Térmicas

As propriedades térmicas são cruciais na seleção de materiais para aplicações expostas a altas temperaturas ou flutuações significativas de temperatura.
Essas propriedades incluem condutividade térmica, resistência ao calor, e expansão térmica. Materiais com propriedades térmicas ruins podem distorcer, enfraquecer, ou falhar sob mudanças de temperatura.

• Principais considerações: Se a sua aplicação exigir componentes que serão expostos ao calor, você precisará de um material com alta resistência térmica e baixa expansão térmica.
  Titânio e Inconel são ideais para ambientes de alta temperatura, como aplicações aeroespaciais ou de turbinas, onde manter a integridade do material sob calor extremo é fundamental.
  Materiais como alumínio são bons para dissipação de calor devido à sua alta condutividade térmica.
• Exemplo: Inconel é frequentemente escolhido por sua capacidade de suportar temperaturas extremamente altas (até 2.000°F) sem perder suas propriedades mecânicas.
  Alumínio (como 6061) é frequentemente usado para dissipadores de calor e componentes de gerenciamento térmico devido à sua excelente condutividade térmica.

Custo

O custo costuma ser um dos fatores mais críticos na seleção de materiais de usinagem CNC, especialmente para execuções de produção em grande escala.
Materiais como alumínio e latão são mais econômicos em comparação com materiais especiais como titânio ou Inconel.
No entanto, selecionar um material mais barato pode levar a comprometimentos no desempenho ou na longevidade, por isso é importante equilibrar os custos com os padrões de desempenho exigidos.

• Principais considerações: Considere não apenas o custo inicial do material, mas também fatores como tempo de usinagem, desgaste da ferramenta, e custos potenciais de manutenção ou substituição a longo prazo.
  Para baixo custo, aplicações de alto volume, alumínio e plásticos como acrílico e nylon são frequentemente usados.
  Para peças de alto desempenho, o custo adicional de materiais como titânio pode ser justificado.
• Exemplo: Alumínio 6061 é frequentemente escolhido por seu excelente equilíbrio entre custo e desempenho, especialmente para peças estruturais e leves em indústrias como automotiva e aeroespacial.
  Titânio, embora mais caro, é selecionado por suas propriedades únicas em aplicações exigentes, como aeroespacial e implantes médicos.

Requisitos de acabamento

Os requisitos de acabamento de uma peça podem influenciar significativamente a escolha do material.

Materiais que oferecem melhores acabamentos superficiais com pós-processamento adicional mínimo são preferidos para aplicações onde a estética

ou propriedades funcionais da superfície (como suavidade, resistência à corrosão, ou condutividade) são críticos.

• Principais considerações: Para peças que necessitam de acabamento de alta qualidade, materiais como aço inoxidável ou alumínio são mais fáceis de polir e anodizar, proporcionando uma limpeza, resultado visualmente atraente.
  Outros materiais, como aços para ferramentas e Inconel, pode exigir etapas de processamento adicionais, como lixamento ou polimento, para obter o acabamento desejado.
• Exemplo: Alumínio 6061 é popular por sua capacidade de obter um acabamento de alta qualidade, seja anodização, revestimento em pó, ou polimento simples.
  Aço inoxidável, particularmente 304 ou 316, é frequentemente usado em aplicações onde um brilho,
  é necessário um acabamento esteticamente agradável, como utensílios de cozinha ou componentes arquitetônicos.

Aplicação na Indústria

Diferentes materiais são adaptados para indústrias específicas, dependendo dos requisitos de desempenho e das condições ambientais.

Compreender as necessidades específicas da indústria é fundamental ao selecionar materiais de usinagem CNC.

• Principais considerações: Cada indústria pode priorizar diferentes propriedades de materiais. Por exemplo, aeroespacial requer materiais com altas relações resistência-peso e resistência ao calor,
  aplicações médicas exigem biocompatibilidade e resistência à corrosão, e peças automotivas beneficiar de custo-benefício, materiais duráveis.
• Exemplo: No aeroespacial indústria, materiais como titânio e Inconel são favorecidos por sua alta relação resistência-peso e resistência a altas temperaturas,
  enquanto implantes médicos muitas vezes dependem aço inoxidável ou titânio devido à sua resistência à corrosão e biocompatibilidade.

4. Materiais comuns de usinagem CNC

Vamos analisar alguns dos materiais mais comumente usados ​​na usinagem CNC, categorizado por tipo:

Metais:

• Alumínio (por exemplo, 6061, 7075): O alumínio é leve, resistente à corrosão, e fácil de usinar, tornando-o uma das escolhas mais populares.
  Por exemplo, 6061 o alumínio tem boa resistência, e boa resistência à corrosão, e é frequentemente usado nas indústrias aeroespacial e automotiva.
  Por outro lado, 7075 alumínio, com sua maior relação resistência-peso, é preferido para aplicações de alto desempenho, como peças de aeronaves.

• • Propriedades: Força: 30-50 ksi (para 6061), Usinabilidade: Excelente
  • Aplicativos: Aeroespacial, automotivo, produtos de consumo.

• Aço inoxidável (por exemplo, 304, 316): O aço inoxidável é forte, durável, e resistente à corrosão, o que o torna perfeito para ambientes exigentes como processamento de alimentos, equipamento médico, e aplicações marítimas.
  Por exemplo, 304 o aço inoxidável é um dos tipos mais utilizados devido à sua excelente resistência à corrosão e custo relativamente mais baixo.

• • Propriedades: Força: 70-100 ksi, Resistência à corrosão: Excelente
  • Aplicativos: Médico, processamento de alimentos, marinho.

• Titânio: As ligas de titânio são conhecidas por sua alta relação resistência-peso e resistência à corrosão..
  O titânio é comumente usado na indústria aeroespacial, médico, e aplicações militares onde o desempenho e a confiabilidade são críticos.

• • Propriedades: Força: 130-160 ksi, Usinabilidade: Difícil
  • Aplicativos: Aeroespacial, implantes médicos, militares.

• Cobre & Latão: O cobre é excelente para condutividade elétrica, enquanto o latão é conhecido por sua resistência à corrosão.
  Esses materiais são comumente usados ​​​​para componentes elétricos e hidráulicos.

• • Propriedades: Condutividade: 58% SIGC (Cobre), Força: 50-70 ksi (Latão)
  • Aplicativos: Conectores elétricos, acessórios de encanamento.

• Aço carbono: O aço carbono é forte, econômico, e versátil. É comumente usado para componentes estruturais e peças que não requerem extrema resistência à corrosão.

• • Propriedades: Força: 50-70 ksi, Custo: Baixo
  • Aplicativos: Automotivo, construção, fabricação geral.

Plásticos:

• Acrílico (PMMA): Acrílico é leve, transparente, e fácil de usinar, tornando-o uma escolha ideal para aplicações como sinalização, luminárias, e exibições.

• • Propriedades: Usinabilidade: Excelente, Resistência ao Impacto: Moderado
  • Aplicativos: Exibições, sinalização, lentes ópticas.

• Nylon: O náilon é resistente, plástico resistente ao desgaste frequentemente usado para engrenagens, buchas, e peças móveis em máquinas.

• • Propriedades: Força: 10-15 ksi, Resistência ao desgaste: Excelente
  • Aplicativos: Engrenagens, rolamentos, automotivo.

• Delrin (Acetal): Delrin é um plástico de alta resistência conhecido por sua rigidez e precisão. É frequentemente usado para peças que exigem tolerâncias restritas, como engrenagens e rolamentos.

• • Propriedades: Força: 20-25 ksi, Estabilidade Dimensional: Excelente
  • Aplicativos: Peças de precisão, engrenagens, rolamentos.

• Policarbonato: O policarbonato é conhecido por sua resistência ao impacto e é usado em aplicações que exigem resistência, como capas protetoras.

• • Propriedades: Resistência ao Impacto: Muito alto, Transparência: Excelente
  • Aplicativos: Capas protetoras, lentes ópticas.

Compósitos:

• Fibra de Carbono: A fibra de carbono é incrivelmente leve e forte, tornando-o ideal para aplicações de alto desempenho em indústrias como aeroespacial e equipamentos esportivos.

• • Propriedades: Força: 150-300 ksi, Peso: 30-50% mais leve que o alumínio
  • Aplicativos: Aeroespacial, automotivo, equipamento esportivo.

• Fibra de vidro: A fibra de vidro oferece força e resistência à corrosão, comumente usado para aplicações estruturais e peças expostas a ambientes agressivos.

• • Propriedades: Força: 40-80 ksi, Durabilidade: Alto
  • Aplicativos: Barcos, componentes estruturais.

5. Materiais especiais de usinagem CNC

Inconel

Eles são projetados para resistência a altas temperaturas, tornando-os indispensáveis ​​nos setores aeroespacial e de geração de energia.
Inconel 718 pode suportar temperaturas de até 700°C, garantindo estabilidade em condições extremas.

Hastelloy

É altamente resistente à corrosão, particularmente em ambientes químicos agressivos, e é frequentemente usado em indústrias marítimas e de processamento químico.
Hastelloy C-276 apresenta excelente resistência à corrosão, corrosão em fendas, e fissuração por corrosão sob tensão.

Cerâmica

Os materiais cerâmicos são excepcionalmente duros e resistentes ao desgaste, adequado para aplicações como ferramentas de corte, rolamentos, e fabricação de semicondutores.

Cerâmica de nitreto de silício, por exemplo, tem uma dureza de 15 GPa, proporcionando excelente durabilidade e longevidade.

Aços para ferramentas

Os aços ferramenta são projetados especificamente para moldes e matrizes, oferecendo excelente dureza e tenacidade para aplicações de alto estresse.

Aço ferramenta A2, com uma dureza Rockwell de HRC 60-62, garante desempenho confiável em processos de fabricação exigentes.

6. Fatores Adicionais a Considerar

Tolerâncias necessárias

Tolerâncias restritas exigem o uso de materiais que usinam de forma previsível e mantêm as dimensões com precisão.

A engenharia de precisão geralmente requer tolerâncias de ±0,001 mm, que pode ser alcançado de forma confiável com materiais como titânio e aço inoxidável.

Processos Pós-Usinagem

Alguns materiais se beneficiam ou exigem processos pós-usinagem, como tratamento térmico, revestimento, ou polimento.

Esses processos podem melhorar as propriedades ou a estética dos materiais. Por exemplo, a anodização do alumínio não só melhora sua resistência à corrosão, mas também adiciona um acabamento atraente.

Condições Ambientais

O ambiente operacional do componente deve ser considerado, incluindo exposição a produtos químicos, umidade, Radiação UV, e flutuações de temperatura.

Policarbonato, por exemplo, oferece excelente resistência UV, tornando-o adequado para aplicações externas.

7. Como a seleção de materiais afeta a usinagem CNC

Tempo de usinagem

Materiais mais duros geralmente demoram mais para serem usinados, aumentando potencialmente os custos de produção e os prazos de entrega.

Por exemplo, usinar titânio pode estender o tempo de usinagem em até 30% comparado ao alumínio, afetando a eficiência geral.

Desgaste da ferramenta

Materiais mais abrasivos podem acelerar o desgaste da ferramenta, levando a custos de manutenção mais elevados e substituição frequente de ferramentas.

O uso de ferramentas com revestimento de diamante pode prolongar a vida útil da ferramenta em até 40%, reduzindo o tempo de inatividade e os custos.

Acabamento de superfície

Certos materiais produzem inerentemente melhores acabamentos superficiais, reduzindo a necessidade de etapas adicionais de acabamento e melhorando a eficiência geral.

Delrin, por exemplo, pode atingir valores de rugosidade superficial tão baixos quanto Ra 0.8 μm, minimizando os requisitos de pós-processamento.

Eficiência de custos

Equilibrar o custo do material com a eficiência da produção é crucial.

Materiais caros podem justificar seu custo através de melhor desempenho ou redução de tempos de usinagem, enquanto alternativas mais baratas podem levar a despesas mais elevadas a longo prazo se exigirem um processamento mais extenso.

Por exemplo, escolher o alumínio em vez do titânio pode reduzir os custos iniciais, mas pode resultar em custos mais elevados de manutenção e substituição ao longo do tempo.

8. Conclusão

Selecionar o material apropriado para usinagem CNC é uma decisão crítica que impacta todos os aspectos do projeto – desde o design inicial até o desempenho final.

Ao compreender as propriedades e considerações envolvidas, os fabricantes podem escolher os materiais que melhor atendem às demandas de sua aplicação, equilibrando custo e eficiência.

A escolha do material certo não só melhora a qualidade e durabilidade do produto final, mas também otimiza todo o processo de fabricação..

Abrace a precisão e o potencial de Usinagem CNC fazendo seleções de materiais bem informadas, e eleve seus projetos a novos patamares.

DEZE é uma fábrica profissional de processamento CNC. Se você tiver alguma necessidade de processamento CNC para qualquer material, por favor sinta-se à vontade para Contate-nos.