CNC usinagem de alumínio: um guia abrangente

O alumínio é uma escolha popular de material para aplicações de usinagem CNC devido às suas qualidades físicas favoráveis. É forte, tornando-o adequado para peças mecânicas, e sua camada externa oxidada resiste à corrosão causada pelos elementos. Essas vantagens tornaram as peças de alumínio populares em várias indústrias, especialmente nas indústrias aeroespacial, automotiva, saúde e eletrônica de consumo.

Este artigo descreve alguns dos principais benefícios da usinagem CNC de alumínio e por que é um dos mais populares.protótipo rápido  e processos de produção.

Por que o alumínio na usinagem CNC

A usinagem CNC de alumínio tem várias vantagens como abaixo sobre outros metais.

Resistência à corrosão

O alumínio tem uma forte resistência à corrosão, o que oferece proteção contra desgaste químico e oxidação. 6061 é um dos graus mais resistentes à corrosão, e é usado em várias aplicações para proteger contra ambientes corrosivos.

Reciclabilidade

O alumínio é altamente reciclável, tornando-o ideal para empresas que buscam diminuir seu impacto ambiental ou minimizar o desperdício de materiais, poupando dinheiro. Devido às quantidades potencialmente enormes de resíduos gerados por essas operações durante o corte de peças de trabalho, as aplicações de usinagem CNC frequentemente usam materiais recicláveis.

Relação força-peso

O alumínio é usado em muitas partes por causa de suas grandes características físicas, como sua natureza leve, mas de alta resistência. As qualidades do alumínio o tornam excelente para a produção de peças cruciais em uma variedade de indústrias, incluindo automóveis e aeroespaciais. Eixos automotivos e acessórios de aviação são dois exemplos de peças que dependem de alumínio usinado por CNC.

É importante entender que  diferentes tipos de alumínio  servir a diferentes finalidades. Um grau de uso geral, como 6061, tem uma alta relação resistência-peso que é compatível com uma ampla gama de peças. Enquanto isso, aplicações marítimas e aeronáuticas podem exigir alumínio mais forte, como o grau 7075.

Condutividade Elétrica

Devido à excelente condutividade do alumínio, o alumínio usinado por CNC é frequentemente usado em componentes elétricos. Embora não seja tão condutor quanto o cobre, o alumínio puro pode conduzir cerca de 37,7 milhões de Siemens por metro a temperatura ambiente de cerca de 20 ° C. Certas ligas podem ter condutividade menor, mas o alumínio é geralmente mais condutor do que o aço inoxidável e outros metais.

Machinabilidade

Os engenheiros geralmente preferem o alumínio a outros metais devido à sua usinabilidade. Como este metal é fácil de formar e chip, ele pode ser cortado corretamente e eficientemente usando máquinas de usinagem CNC. Este alto nível de usinabilidade diminui o prazo do trabalho de usinagem, tornando o procedimento consideravelmente mais econômico. Além disso, a usinabilidade do alumínio reduz a possibilidade de deformação do componente ao cortar a peça de trabalho, resultando em maior precisão, precisão e repetibilidade.

Ligas de alumínio populares para usinagem CNC

Aqui estão alguns dos populares ligas de alumínio  disponíveis para usinagem CNC, incluindo seus prós e contras:

Alumínio 1050

O alumínio 1050 é uma liga de alumínio comercialmente pura com excelente resistência à corrosão e alta condutividade elétrica. É macio e altamente dúctil, tornando-o fácil de formar e maquinar. No entanto, tem menor resistência mecânica em comparação com outras ligas.

Prós

• Excelente resistência à corrosão
• Alta condutividade elétrica e térmica
• Bom para a formação e anodização

Contras

• Baixa resistência e dureza
• Não adequado para aplicações de alta tensão

Alumínio 2014

2014 alumínio é uma liga de alta resistência conhecida por sua excelente usinabilidade e resistência à fadiga. É amplamente utilizado em aplicações aeroespaciais e estruturais. O cobre, como seu elemento de liga principal, aumenta a resistência, mas reduz a resistência à corrosão.

Prós

• Alta resistência à fadiga
• Excelente usinabilidade
• Bom para aplicações estruturais

Contras

• Máia resistência à corrosão
• Soldadabilidade limitada

alumínio 3003

3003 alumínio é uma liga com manganês como seu componente principal, melhorando sua resistência e resistência à corrosão. É comumente usado para chapas de telhado, tanques de combustível e utensílios de cozinha devido à sua excelente operabilidade.

Prós

• Resistência à corrosão superior
• Facilmente soldado e formável
• Efetivo em termos de custos

Contras

• Menor resistência em comparação com outras ligas
• Não tratável por calor

Alumínio 5056

O alumínio 5056 é uma liga à base de magnésio conhecida por sua alta resistência à corrosão, especialmente em ambientes marinhos. É comumente usado em remaches, telas de fio e componentes automotivos.

Prós

• Excelente resistência à corrosão, especialmente contra a água salgada
• Alta resistência e boa usinabilidade
• Boa resistência ao desgaste

Contras

• Não tratável por calor
• Difícil de soldar

Alumínio 6060

O alumínio 6060 é uma liga de resistência média com excelente resistência à corrosão e boa soldabilidade. É amplamente utilizado em aplicações arquitetônicas e estruturais.

Prós

• Boa relação força-peso
• Alta resistência à corrosão
• Bom para extrusão e soldagem

Contras

• Resistência ligeiramente inferior ao 6061
• Não adequado para aplicações de alta carga

Alumínio 7075

7075 alumínio é uma das ligas de alumínio mais fortes, comumente usada em aplicações aeroespaciais, automotivas e militares. O zinco, como seu elemento de liga principal, aumenta sua força e dureza.

Prós

• Extremamente alta resistência e dureza
• Boa resistência à fadiga
• Ligero com excelentes propriedades mecânicas

Contras

• Máia resistência à corrosão
• Difícil de soldar

Processos de usinagem CNC de alumínio

Existe uma variedade de tecnologias de usinagem CNC disponíveis hoje para usinagem de alumínio. A seguir estão alguns desses processos:

fresamento CNC

fresagem CNC  processos de alumínio são os mais amplamente utilizados na usinagem de peças de alumínio CNC. Um corte multiponto gira ao longo do seu eixo para remover materiais enquanto a peça de trabalho permanece estacionária ou gira ao longo do seu eixo. Este movimento pode ser realizado ao longo de muitos eixos.

Este processo CNC é ideal para usinagem de componentes complexos de alumínio, incluindo carcaças, suportes, etc.

Torneamento CNC

A peça de trabalho gira em custom Torneamento CNC  operações, mas a ferramenta de corte de ponto único permanece estacionária ao longo do seu eixo durante a remoção do material. É mais adequado para peças cilíndricas, como eixos, caixas e anéis.  

perfuração CNC

A perfuração CNC é o processo de criar um buraco em uma peça de trabalho. Uma ferramenta de corte rotativa multiponto de tamanho específico vai em linha reta perpendicular à superfície perfurada, efetivamente fazendo um buraco.   Este processo CNC é usado para criar buracos precisos em peças de alumínio, como placas, blocos e componentes aeroespaciais.  

Roteamento CNC 

O roteamento CNC é perfeito para cortar e moldar folhas finas de alumínio, painéis e perfis 2D / 3D intrincados. Os roteadores CNC usam ferramentas de corte rotativas de alta velocidade para criar cortes precisos, tornando-os ideais para componentes estruturais leves e elementos decorativos.

Passos para melhorar a estabilidade dimensional no alumínio CNC

Estes são os passos a seguir para aumentar a estabilidade dimensional no alumínio CNC:

Otimizar o processo de retenção de trabalho

É necessário fixar a peça de trabalho firmemente para parar de se mover e vibrar durante a usinagem. Os aparelhos bem projetados oferecem força de fixação e suporte suficientes, melhorando a estabilidade e a precisão, especialmente para componentes complexos ou de paredes finas. Se um mandíbulo auto-centrado de três mandíbulas ou um mandíbulo de mola for usado para fixar radialmente o componente de busha usinada CNC de parede fina, a peça de trabalho certamente se distorcerá uma vez liberada após a usinagem. Consequentemente,   é preferido um método de compressão axial com alta rigidez.

Um mandrilho roscado pode ser colocado no buraco interno da peça para a posição com base no buraco interno da peça. Para a precisão do processamento, evite o aflojamento e a deformação durante o processamento do círculo externo, é necessário apertar para trás a porca, pressionar a cara da extremidade e cobrir a placa firmemente.

Use o método correto de operação

Selecione a profundidade de corte apropriada, velocidade do fuso e taxa de alimentação;

A usinagem focada dificulta a dissipação de calor, sugere-se o uso de técnicas de usinagem simétricas em ambos os lados dos componentes.

Para aplicar força uniforme na peça e minimizar a deformação, uma técnica de usinagem de alumínio em camadas múltiplas é usada para todas as cavidades da peça de trabalho.

No entanto, broque antes de uma fresadora de alumínio ao usinar peças de cavidade profunda para evitar a remoção inadequada de chips, o que leva a chipping, danos à ferramenta e sobreaquecimento da peça de trabalho.

Melhorar a estrutura da ferramenta

Com grande plasticidade, o alumínio é propenso a suportar deformações substanciais durante o processamento, é crítico reduzir o número de dentes de fresadora durante a usinagem de alumínio.

As fichas de alumínio são pegajosas e podem interferir na fabricação de itens delicados com as tolerâncias necessárias. O aumento da lacuna entre as bordas de corte permite que os chips maiores escapem.

Para moer a borda de corte, mantenha a rugosidade abaixo de 0,4 µm e use processos de moagem apropriados. Isso irá eliminar quaisquer rebaradas indesejadas, resultando em redução da dissipação de calor e distorção de corte.  

A substituição ou renovação da ferramenta de corte deve seguir critérios estabelecidos. Como resultado, quando a rugosidade da superfície excede 0,2 mm e a temperatura de corte excede 100 graus Celsius, é necessário mudar ou reabastecer a ferramenta.

Reduzir o estresse interno na Metais  Peça

O material de alumínio pode ter tensões internas e induzir deformação durante a usinagem. O pré-tratamento do material com técnicas de alivio do estresse como recozimento ou estabilização térmica ajuda a reduzir as tensões residuais e aumentar a estabilidade dimensional. Envelhecimento natural ou artificial e tratamento de vibração são métodos padrão para remover a tensão interna de peças de alumínio.  

O envelhecimento natural expõe uma peça de trabalho a circunstâncias naturais, como ao ar livre, a fim de liberar naturalmente o estresse interno da peça de trabalho, eliminando ou diminuindo o estresse residual. O envelhecimento artificial é um procedimento feito pelo homem que muitas vezes envolve aquecimento ou congelamento para eliminar ou reduzir o micro-estresse e a tensão residual de usinagem na peça de trabalho após a extinção para evitar distorção e quebra.

O método de alívio da tensão de vibração usa um vibrador portátil poderoso para fazer a estrutura da liga de alumínio vibrar. A deformação plástica reduz e redistribui a tensão interna. Para liga de alumínio, sugere-se usar o método de alívio da tensão de vibração dentro de 0-2 horas após a extinção, e pode reduzir a tensão residual em 50% -70%.

Problemas comuns na usinagem de liga de alumínio

Há alguns problemas comuns para cuidar durante a usinagem de alumínio CNC, e eles incluem:

Problemas de Tratamento de Superfície

O tratamento de superfície melhora a aparência, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste das peças de liga de alumínio. No entanto, ele vem com desvantagens como a má adesão do revestimento. Se a superfície da liga de alumínio não estiver limpa o suficiente para a preparação, revestimentos como tinta ou revestimento podem não aderir, resultando em descascamento, bolhas ou descascamento ao longo do tempo. Isso não é apenas uma preocupação estética, mas pode comprometer a função protetora do revestimento.

A anodização, um processo popular de tratamento de superfície para ligas de alumínio, também pode apresentar desafios. Alcançar uma espessura estável e homogênea do filme de óxido anódico pode ser desafiador. Variações na espessura do filme podem causar mudanças na cor, resistência à corrosão e qualidades de isolamento elétrico. Para obter um revestimento anódico de alta qualidade, variáveis como composição de eletrólitos, densidade de corrente e tempo de tratamento devem ser cuidadosamente gerenciadas.

Desgaste e quebra da ferramenta

Embora as ligas de alumínio sejam geralmente consideradas fáceis de usinar, as condições de corte inadequadas podem levar ao desgaste excessivo da ferramenta e à quebra. A alta condutividade térmica do alumínio significa que o calor é transferido rapidamente para longe da zona de corte, causando expansão térmica e danos à ferramenta. Para prolongar a vida útil da ferramenta, os maquinistas devem usar ferramentas revestidas de carburo ou diamante projetadas para suportar altas velocidades de corte. Otimizar as taxas de alimentação e reduzir a profundidade de corte também pode minimizar a tensão desnecessária da ferramenta e melhorar o desempenho de usinagem.

Deformação da peça de trabalho

As peças finas de alumínio são particularmente suscetíveis à deformação devido a tensões internas e geração excessiva de calor durante a usinagem. Quando muito calor é introduzido no material, ele pode se expandir de forma desigual, causando deformação ou dobra da parte final. Para evitar isso, técnicas adequadas de retenção de trabalho devem ser usadas para apoiar a peça de trabalho de forma segura, minimizando a força de fixação desnecessária que poderia induzir tensão. Além disso, o uso de ferramentas de corte afiadas e a aplicação de uma quantidade adequada de refrigerante podem ajudar a dissipar o calor e manter a estabilidade dimensional da peça.

Soldadura de chip e adesão

O alumínio produz fichas longas e de corda, que podem soldar na ferramenta de corte e interferir com o processo de usinagem. Este problema de adesão pode levar a cortes inconsistentes, aumento do desgaste da ferramenta e danos potenciais à peça de trabalho. Para reduzir a soldagem de chip, é importante usar refrigerante ou lubrificação para criar uma barreira entre a ferramenta e a superfície de alumínio. A seleção do revestimento correto para ferramentas, como nitreto de titânio (TiN) ou dibóreto de titânio (TiB2), pode reduzir a adesão do chip e melhorar a eficiência geral da usinagem.

Superar os desafios na usinagem CNC de alumínio

Apesar dos desafios durante a usinagem CNC de alumínio, ainda existem algumas maneiras de superar esses desafios. Eles incluem:

Otimizar o Tratamento de Superfície

Para melhorar os resultados do tratamento de superfície, uma boa preparação da superfície é primária. Use limpadores alcalinos ou gravação ácida para limpar completamente a superfície da liga de alumínio de quaisquer óleos, óxidos ou impurezas. Isso aumenta a aderência de revestimentos e filmes anódicos.

Manter a composição do eletrólito, a densidade de corrente e o tempo de tratamento é uma necessidade sob controle ao anodizar. Para um acabamento anodizado decorativo em eletrônicos de consumo, um eletrólito de ácido sulfúrico com uma densidade de corrente de 1-2 A/dm² e um tempo de tratamento de 15-30 minutos pode ser apropriado. Use dispositivos de anodização automatizados que possam controlar com precisão esses parâmetros para garantir espessura e cor consistentes do filme.

Lidar com a suavidade e maleabilidade do alumínio

Enquanto a flexibilidade do alumínio facilita a fabricação, também é propenso a distorções, especialmente quando apertado incorretamente. Mantenha a integridade da peça usando equipamentos adequados para manter o trabalho e evitando força indevida.

Reduzir o desgaste da ferramenta e garantir a precisão

A natureza pegajosa do alumínio pode acelerar o desgaste da ferramenta, afetando a precisão a longo prazo. Para aumentar a vida útil da ferramenta e preservar a precisão, use ferramentas com ponta de carburo ou diamante.

Evitar soldagem de material na ferramenta de corte

O alumínio é conhecido por se tornar "pegajoso" durante a usinagem. Esta pegajosidade pode levar o material a se fundir na ferramenta, especialmente em altas velocidades. Para evitar isso, utilize revestimentos de ferramentas adequados, como carbonitreto de titânio (TiCN) e refrigerantes apropriados para dissipar calor e evitar o acúmulo de material.  

Acabamentos de superfície comuns em CNC de alumínio

Aqui estão alguns acabamentos de superfície comuns para projetos de usinagem de alumínio:

Revestimento em pó

Muitos designers de produtos escolheriam revestimento em pó para cores vívidas e duradouras com boa resistência UV. As peças de alumínio são limpas e prontas antes de pulverizar com pintura em pó seca na superfície de alumínio com uma arma eletrostática. As peças de alumínio revestidas em pó são então cozidas para derreter e curar o revestimento em um acabamento liso.

Os revestimentos em pó não são tão duráveis ​​e duros quanto o alumínio anodizado, mas fornecem uma excelente aparência e excelente proteção contra a corrosão, desde que o revestimento esteja intacto. O revestimento em pó também é menos prejudicial ao meio ambiente do que a pintura líquida, que usa solventes, incluindo compostos orgânicos voláteis (COV).

Anodização

A anodização é frequentemente usada para melhorar a resistência ao desgaste e à corrosão de produtos de alumínio. Ele também pode fornecer outros benefícios desejáveis, como a maior dissipação de calor e aceitação de cor.

Ao contrário de revestimentos e tintas, a anodização não aplica um produto externo ao exterior do alumínio. Em vez disso, um método eletroquímico é utilizado para induzir o revestimento natural de óxido de alumínio a espessar. Isso protege o alumínio subjacente do seu ambiente e permite que ele pegue corantes.

Aplicações de CNC usinagem de alumínio

Aplicação de usinagem CNC de alumínio

As ligas de alumínio têm várias características vantajosas. Como resultado, peças de alumínio usinadas por CNC são indispensáveis ​​em uma variedade de indústrias, incluindo os seguintes:

• Automotivo:  Semelhante à indústria aeroespacial, várias peças na indústria automotiva, como eixos e outros componentes.
• Aeroespacial:  Vários acessórios de aviões devido à sua alta relação força-peso.
• Elétrico:  Peças de alumínio usinadas CNC com fortes condutividades elétricas são frequentemente usadas como componentes eletrônicos em equipamentos elétricos.
• Esportes:  O serviço CNC de alumínio também é usado na indústria esportiva. Eles são frequentemente usados ​​para fabricar equipamentos esportivos, como bastões de beisebol e apitos esportivos.
• Alimentação / Farmacêutica:  As peças de alumínio são significativas nas indústrias alimentar e farmacêutica porque não reagem com a maioria dos compostos orgânicos.

Melhores Práticas para Técnicas de Fabricação CNC de Alumínio

Devido à sua excelente usinabilidade e relação resistência-peso, o alumínio é um metal popular para usinagem CNC. Esta usinabilidade resulta em tempos de usinagem mais curtos, o que reduz os custos de trabalho e tempo da máquina. Também facilita a usinagem de alumínio para as tolerâncias mais finas necessárias para itens de precisão.

No entanto, o alto coeficiente de expansão térmica do alumínio pode comprometer as tolerâncias se a peça de trabalho ficar muito quente durante a fresagem, particularmente para peças finas. Para evitar quaisquer impactos ruins, crie caminhos de ferramentas que não permaneçam em um local por muito tempo. Esta tecnologia permite que o calor seja drenado, permitindo o exame e ajuste dos caminhos da ferramenta no software CAM durante o programa de usinagem CNC.  

Se as forças forem muito grandes, a suavidade de algumas ligas de alumínio permite deformação durante a usinagem. Assim, para gerar a quantidade adequada de força durante a usinagem, use as alimentações e velocidades recomendadas para o seu grau específico de alumínio. Outra regra para evitar deformações é manter a espessura da sua peça mais de 0,020 polegadas em todos os locais.

Outro impacto da maleabilidade do alumínio é a formação de uma borda construída por material na ferramenta de corte. Isso obscurece a superfície de corte afiada da ferramenta, a entorpece e diminui sua capacidade de corte. O acabamento superficial da peça sofre como resultado da borda construída. experimente diferentes materiais de ferramenta de corte para evitar uma borda acumulada; usar inserções de carburo em vez de HSS (aço de alta velocidade).  

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Conclusão

O alumínio é um material de primeira linha na usinagem CNC devido à sua mistura única de propriedades mecânicas e versatilidade de fabricação. Sua excepcional resistência à corrosão, alta relação resistência-peso e condutividade elétrica superior o tornam indispensável em todas as indústrias, desde componentes aeroespaciais que exigem durabilidade leve até peças automotivas que exigem precisão e desde caixas eletrônicas que exigem gerenciamento térmico até dispositivos médicos que exigem biocompatibilidade. A gama de ligas de alumínio, como a versátil 6061, a de alta resistência 7075 e a resistente à corrosão 5056, oferece soluções personalizadas para cada aplicação, enquanto processos como fresamento, torneamento e perfuração garantem precisão em geometrias complexas.

No entanto, dominar a usinagem de alumínio requer enfrentar desafios como o desgaste da ferramenta, a deformação da peça de trabalho e a adesão da ficha - desafios que podem ser superados por meio de retenção de trabalho otimizada, ferramentas avançadas e técnicas de resfriamento estratégicas. Tratamentos de superfície como anodização e revestimento em pó aumentam ainda mais o seu desempenho e apelo estético, expandindo sua utilidade em aplicações funcionais e decorativas.