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O guia definitivo para usinagem CNC de alumínio

23 de fevereiro de 2024

AN-Prototype é um fornecedor líder de serviços de usinagem CNC de alumínio na China. Contamos com uma equipe de engenheiros, maquinistas e especialistas em controle de qualidade altamente qualificados, capazes de fabricar peças de alumínio com exatidão e precisão. Este artigo explica algumas das principais vantagens da usinagem CNC de alumínio – tornando-a um de nossos mais extensos processos de prototipagem e produção – ao mesmo tempo que apresenta dicas para usinagem CNC de alumínio.

Capacidades de usinagem CNC de protótipo AN de alumínio

Preço: $$
Tolerâncias: 0.005 mm
Espessura da parede: 0.5 mm
Prazo de execução <10 dias
Certificado ISO 9001 e ISO 13485
Usinagem CNC de 3 eixos, 4 eixos, 5 eixos
Tamanho máximo da peça: 2000*1300*600mm

As características da liga de alumínio

O alumínio é um material metálico forte, não magnético e econômico. Possui boas propriedades mecânicas e ductilidade. Sua ductilidade permite que seja transformado em folha de alumínio, enquanto sua ductilidade permite que o alumínio seja transformado em barras e fios. O alumínio também é altamente resistente à corrosão, pois uma camada protetora de óxido se forma naturalmente quando o bloco de alumínio é exposto ao ar. A camada protetora natural do alumínio o torna mais resistente à corrosão do que o aço carbono. Além disso, o alumínio é um bom condutor de calor e eletricidade, melhor que o aço carbono e o aço inoxidável. O alumínio é mais rápido e fácil de usinar CNC do que o aço e o titânio, enquanto sua relação resistência-peso o torna uma das melhores escolhas para muitas aplicações que exigem um material forte e duro. O alumínio é de longe o nome do elemento metálico mais abundante encontrado na crosta terrestre, o que é parte da razão pela qual é usado em muitos dos objetos que encontramos todos os dias. Na verdade, o alumínio é o metal não ferroso mais utilizado, encontrado tanto em objetos comuns, como folhas de alumínio ou latas de alumínio, quanto em aplicações extremamente exigentes, como peças de naves espaciais e submarinos.

É claro que o alumínio tem algumas desvantagens, não é tão duro quanto o aço, o que o torna uma má escolha para peças sujeitas a maiores impactos ou com capacidade de carga extremamente elevada. O alumínio também tem um ponto de fusão significativamente mais baixo (660°C em comparação com o ponto de fusão mais baixo do aço, de cerca de 1400°C), por isso não pode suportar aplicações em temperaturas extremamente altas.

O alumínio é um material popular para usinagem CNC

A usinagem CNC é uma técnica de fabricação tradicional que utiliza brocas e ferramentas de torneamento para criar peças, removendo material de um bloco sólido de material. O processo é rápido e altamente repetível, tornando-o ideal para a fabricação de peças complexas com tolerâncias restritas. A usinagem CNC pode usinar quase qualquer material, de plásticos a metais e fibra de vidro, sendo o alumínio uma escolha popular entre todos. As iterações de máquinas CNC tornaram a usinagem de alumínio muito mais fácil, mas isso não significa que fabricar peças de alumínio seja mais fácil do que costumava ser. Com muitas classes (ou ligas) de alumínio no mercado hoje, o sucesso do seu projeto de alumínio CNC dependerá da seleção da liga de alumínio mais adequada e do processo de usinagem CNC mais adequado. Poucos metais ou plásticos podem igualar a incrível versatilidade do alumínio. A usinagem CNC de alumínio é três a quatro vezes mais rápida do que a usinagem de outros materiais comuns, como aço e titânio.

A flexibilidade do alumínio e a impressionante relação resistência-peso o tornam ideal para uso como revestimento de tudo, desde carros e trens até aviões e navios. A maior ênfase atual na eficiência de combustível e na “leveza” fez com que o alumínio substituísse “metais pesados”, como o aço inoxidável e o aço carbono tradicionalmente usados na fabricação de componentes e estruturas internas. A alta resistência à corrosão do alumínio também evita os revestimentos anticorrosivos volumosos e caros que outros materiais geralmente exigem.

Graças ao seu acabamento prateado suave, também é perfeito para dispositivos eletrônicos como smartphones, laptops, tablets e TVs de tela plana. Por exemplo, a caixa do celular fabricada pela Apple é feita de alumínio. O alumínio é um material mais leve que o aço, mais forte que o plástico, mais confiável, barato, prontamente disponível e infinitamente adaptável.

O alumínio é facilmente usinado em CNC, portanto pode ser cortado com rapidez e precisão com uma máquina CNC. Isto leva a alguns resultados desejáveis: primeiro, menos tempo para usinagem CNC, tornando-a mais barata (já que o maquinista precisa de menos mão de obra e a própria máquina requer menos tempo para operar); segundo, boa usinabilidade de corte significa menos deformação da peça quando a ferramenta de corte CNC corta a peça. Isso permite que as máquinas atendam tolerâncias mais restritas (até ±0.005 mm) e resulta em maior precisão e repetibilidade.

A condutividade elétrica do alumínio determina seu uso na fabricação de componentes elétricos. Embora não seja tão condutor quanto o cobre, o alumínio puro tem uma condutividade de cerca de 37.7 milhões de Siemens por metro à temperatura ambiente. As ligas podem ter baixa condutividade elétrica, mas os materiais de alumínio são significativamente mais condutores do que materiais como o aço inoxidável.

As peças de alumínio usinadas em CNC são especialmente populares na indústria de eletrônicos de consumo, não apenas pelos requisitos de resistência e peso, mas também pelas crescentes demandas estéticas das pessoas. O alumínio é anodizado para adicionar um acabamento protetor de óxido e obter uma estética colorida. Por exemplo, a Apple fabrica vários tipos de caixas de telefones celulares, todas anodizadas.

O alumínio pode ser reciclado em mais de 95%, tornando-o mais adequado para empresas que procuram minimizar o seu impacto ambiental. Os materiais recicláveis são muito importantes para a usinagem CNC, pois no processo de usinagem CNC haverá muito desperdício em forma de cavacos.

Tecnologia de usinagem CNC em alumínio

Fresagem CNC

O fresamento CNC é o uso de um sistema controlado por computador combinado com uma ferramenta de corte, ou fresa, para cortar material de um bloco sólido e criar peças feitas de materiais como metal, plástico, madeira e fibra de vidro.

Torneamento CNC

O torneamento CNC ocorre quando uma haste de material é mantida em um mandril e girada enquanto uma ferramenta é alimentada na peça de trabalho e remove o material para criar a peça no formato desejado. As peças torneadas CNC são principalmente recursos circulares.

Classes de alumínio usinado CNC

Alumínio usado em projetos de usinagem CNC não é puro – sempre contém pequenas quantidades de elementos de liga. Esses elementos de liga conferem ao alumínio resistência e dureza extras. As ligas de alumínio ainda contêm 99% a 99.6% de alumínio (o elemento) em peso, com as porcentagens restantes compostas de materiais comuns como silício, manganês, magnésio, cobre e zinco. Ajustando ligeiramente o conteúdo dos elementos de liga, um número infinito de ligas de alumínio pode ser produzido. No entanto, algumas composições provaram ser mais úteis do que outras. Estas ligas de alumínio comuns são agrupadas de acordo com os principais elementos de liga. Cada série tem algumas propriedades comuns. Por exemplo, as ligas de alumínio das séries 3000, 4000 e 5000 não podem ser tratadas termicamente, portanto, é usado o trabalho a frio, também conhecido como endurecimento por trabalho. AN-Prototype resume as características de 8 ligas de alumínio com base em anos de experiência em usinagem CNC de alumínio.

As ligas de alumínio 1xxx são a forma mais pura de alumínio, contendo pelo menos 99% de alumínio em peso. Teoricamente não existem outros elementos de liga. Por exemplo, o alumínio 1199 contém 99.99% de alumínio e é comumente usado para fazer folhas de alumínio. As ligas de alumínio da série 1000 são as classes de alumínio mais macias, mas podem endurecer, o que significa que se tornam mais fortes quando deformadas repetidamente.

As ligas de alumínio da série 2000 usam cobre como principal elemento de liga. Este tipo de alumínio pode ser endurecido e ser quase tão forte quanto o aço. O endurecimento por precipitação envolve o aquecimento de um metal a tal calor que precipitados de outros metais saem da solução do metal (enquanto o metal permanece sólido) e ajuda a aumentar o limite de escoamento do metal. No entanto, os graus de alumínio 2xxx apresentam menor resistência à corrosão devido à adição de cobre. O alumínio 2024 também contém manganês e magnésio e é frequentemente usado em peças aeroespaciais.

As ligas de alumínio 3xxx têm manganês como adição mais importante. Estas ligas de alumínio também podem ser endurecidas (isto é necessário para atingir dureza suficiente, uma vez que o alumínio da série 3000 não pode ser tratado termicamente). O alumínio 3004 também contém magnésio, uma liga comumente usada em latas de alumínio para bebidas e suas variantes endurecidas. Entre eles, o alumínio 3004 é um metal comum utilizado na fabricação de latas de bebidas e suas tampas.

O principal elemento de liga do alumínio da série 4000 é o silício. O silício reduz o ponto de fusão do alumínio grau 4xxx. O alumínio 4043 é usado como material de barra de enchimento para soldagem de ligas de alumínio da série 6000, enquanto o alumínio 4047 é usado na construção como placas e revestimentos.

O magnésio é o principal elemento de liga da série 5000. As ligas de alumínio da série 5000 têm a melhor resistência à corrosão, por isso são frequentemente utilizadas em aplicações marítimas ou outras situações que enfrentam ambientes extremos. O alumínio 5083 é um metal comumente usado em peças marítimas.

Os principais elementos de liga das ligas de alumínio da série 6000 são o magnésio e o silício. As ligas de alumínio da série 6000 são geralmente fáceis de usinar CNC e podem ser endurecidas por precipitação. Especialmente o 6061 é uma das ligas de alumínio mais comuns e também possui alta resistência à corrosão.

O principal elemento de liga das ligas de alumínio da série 7000 é o zinco, às vezes com cobre, cromo e magnésio, e pode ser o mais forte de todas as ligas de alumínio por meio do endurecimento por precipitação. A série 7000 é comumente usada em aplicações aeroespaciais devido à sua alta resistência. 7075 é uma classe comum com maior resistência à corrosão do que as ligas de alumínio da série 2000. O alumínio 7075 é particularmente adequado para aplicações aeroespaciais.

A série 8000 é um termo genérico para outras classes de ligas de alumínio. As ligas de alumínio da série 8000 contêm muitos outros elementos, incluindo ferro e lítio. Por exemplo, o alumínio 8176 contém 0.6% de ferro e 0.1% de silício em peso e é frequentemente usado para fazer fios.

Geralmente ligas de alumínio para projetos de usinagem CNC

Embora existam muitas opções para escolher, apenas algumas ligas de alumínio são adequadas para usinagem CNC. Com base nos anos de experiência da AN-Prototype em usinagem CNC e fabricação rápida, as seguintes são as ligas de alumínio mais populares para projetos CNC:

Alumínio 6061-T6

6061-T6 é a liga de alumínio mais popular e é usada pela maioria das empresas de fabricação rápida como classe padrão para usinagem CNC. 6061-T6 é um excelente uso geral, facilmente usinado em CNC e pode ser submetido a diversos tratamentos térmicos. As aplicações comuns incluem quadros de bicicletas, válvulas, peças automotivas e muito mais.

Alumínio 7075-T6

Conhecido por sua excelente relação resistência/peso, o 7075-T6 rivaliza até mesmo com alguns aços mais macios em dureza. O 7075-T6 é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial e de defesa militar. As aplicações comuns incluem acessórios para aeronaves, tanques, bicicletas de alto desempenho e muito mais. O alumínio 7075-T6 é muito mais caro que o 6061 T6.

Alumínio 2024-T4

O alumínio 2024-T4 é uma liga de média a alta resistência com boa resistência à fadiga e tenacidade à fratura. O alumínio 2024-T4 não é tão forte quanto o 7075-T6, mas ainda é adequado para aplicações aeroespaciais. As aplicações comuns incluem fuselagens de aeronaves, peças de veículos de transporte e asas. 2024-T4 tem baixa resistência à corrosão e é altamente sensível a choques térmicos.

Alumínio MIC 6

O alumínio MIC 6 foi especialmente desenvolvido para a produção de chapas estáveis e altamente resistentes, com impressionantes propriedades de alívio de tensão, excelente precisão e alta usinabilidade. O alumínio MIC 6 também não é poluente nem poroso e é frequentemente usado em eletrônica. A desvantagem é que os threads MIC 6 não são tão fortes quanto os threads 6061.

alumínio 6082

O Alumínio 6082 tem propriedades semelhantes ao Alumínio 6061, mas com maior resistência, a maior resistência de todas as ligas da série 6000 e excelente resistência à corrosão. O alumínio 6082 é adequado para a indústria da construção e pode ser encontrado em muitas pontes, torres e treliças. É importante notar que o alumínio 6082 é difícil de fabricar peças de paredes finas.

Alumínio 5083-T6

O alumínio 5083-T6 é conhecido por seu desempenho excepcional em condições extremas. Este tipo de alumínio é muito resistente à corrosão em ambientes marinhos e químicos. O 5083 não é adequado para uso em ambientes acima de 65°C. O 5083 possui uma ampla gama de aplicações no mercado criogênico. Também é ideal para aplicações marítimas, aplicações químicas, peças de veículos de transporte, equipamentos de pressão e muito mais.

Condicionamento e Tratamento de Superfície de Alumínio

Tratamento Térmico: O alumínio é um metal mais macio que o aço. O tratamento térmico refere-se a um processo que altera as propriedades dos metais a nível químico e é uma forma eficaz de aumentar a dureza e a resistência do alumínio. O alumínio das séries 2xxx, 6xxx e 7xxx pode ser tratado termicamente. 3xxx, 4xxx e 5xxx só podem ser aumentados em resistência e dureza por trabalho a frio. Os graus de alumínio recebem o sufixo de diferentes nomes originais para identificar o tratamento empregado. Estes são os nomes:

F indica que o material não sofreu nenhum tratamento térmico.
H indica que o material sofreu algum endurecimento, concomitante ou não ao tratamento térmico. O número após “H” indica o tipo de tratamento térmico e dureza.
O indica que o alumínio foi recozido, reduzindo a resistência e a dureza, mas aumentando a tenacidade e a ductilidade.
T indica que o alumínio foi tratado termicamente e o número após “T” identifica os detalhes do processo de tratamento térmico. Por exemplo, Al 6061-T6 é tratado termicamente em solução.

Serviços de acabamento

jateamento

O jato de areia é um processo de tratamento de superfície usado principalmente para fins estéticos. As peças de alumínio recebem um acabamento acetinado ou fosco ao soprar pequenas esferas de vidro na superfície usando uma pistola de ar de alta pressão. Os principais parâmetros do processo de jateamento de areia são o tamanho das esferas de vidro e a pressão do ar utilizada. Este processo é recomendado somente quando as tolerâncias dimensionais da peça não são críticas.

Anodização

A anodização é um processo eletroquímico no qual uma peça de alumínio é imersa em uma solução diluída de ácido sulfúrico e uma voltagem elétrica é aplicada para converter a superfície da peça em um revestimento de óxido de alumínio duro e não eletrorreativo que fornece forte proteção contra corrosão e aumenta a resistência à corrosão. . A aparência geral da peça metálica.

Três tipos de anodização de alumínio estão disponíveis na Protolabs:

Ácido Crômico Tipo I: Fornece um revestimento fino, mas ainda durável. Comumente usado para peças e montagens soldadas e como primer antes da pintura. Como todas as superfícies anodizadas, não é condutora.

Ácido Sulfúrico Tipo II: Mais duro que o Tipo I, oferece um acabamento extremamente durável. Exemplos de uso incluem: mosquetões, cabos de lanterna, peças de motocicletas e corpos de válvulas hidráulicas.

Tipo III-anodização dura ou capa dura: Este é o anodizado mais espesso e resistente disponível e tem uma ampla gama de aplicações para peças e produtos nos setores automotivo, aeroespacial, equipamentos pesados, indústria naval, manufatura em geral e militar/polícia.

Aplicação de vários tipos de liga de alumínio

Aeroespacial/Aeronave

As seguintes ligas de alumínio têm propriedades como alta resistência, peso leve e transferência de calor eficiente e são comuns em aplicações aeroespaciais e aeronáuticas.

Marítimo / Offshore

Ligas não tratáveis termicamente (série 5000) são preferidas para aplicações marítimas devido à sua alta resistência à corrosão. O magnésio aumenta a resistência e a resistência à corrosão das ligas de alumínio e melhora a soldabilidade. Em ambientes de alta umidade, subaquáticos e de água salgada, as ligas da série 5000 são populares:

Automotivo

Para as montadoras, as ligas de alumínio são a primeira escolha para peças externas da carroceria e outros componentes.

Bicicleta

Os seguintes materiais são preferidos para quadros e peças de bicicletas devido ao seu peso leve e alta resistência.

Escolhendo a liga de alumínio certa para projetos CNC

Caso o projetista opte por utilizar o alumínio como material de fabricação da peça, as ligas de alumínio 2024-T4, 7075-T6 e 6082 são mais adequadas para aplicações de alto desempenho, enquanto 6061 e MIC 6 podem ser utilizadas na maioria dos casos.

Como a usinagem CNC é tão versátil, pode ser um desafio para os engenheiros restringir a lista de materiais que se adequarão a um projeto específico. Com décadas de experiência em fabricação rápida, a equipe de designers e engenheiros especializados da AN-Prototype pode ajudar cada designer a escolher o material certo com mais facilidade. A AN-Prototype está comprometida em ajudar cada cliente a inovar ao longo do processo de fabricação e alcançar os resultados desejados – a seleção de materiais atenderá a todos os requisitos principais. Fale conosco hoje mesmo – transforme sua ideia em realidade o mais rápido possível.

Martin.Mu