Este artigo contém tudo o que você precisa saber sobre usinagem CNC aço e várias considerações para obter os melhores resultados. O aço é um dos metais mais utilizados no mundo atualmente. O aço é uma liga de ferro na qual as adições de carbono e outros elementos determinam a liga específica do aço e suas propriedades. O teor de carbono é de cerca de 1% a 2% e outros elementos de liga incluem manganês, silício, fósforo, enxofre e oxigênio. Por exemplo, o carbono aumenta a dureza e a resistência do aço; o manganês geralmente está presente para reduzir a fragilidade do aço e aumentar sua resistência.
O aço e o alumínio são frequentemente os materiais preferidos para muitas aplicações em indústrias como automotiva, aeroespacial e robótica que exigem peças duráveis e de alto desempenho. No entanto, o aço e o alumínio têm propriedades físicas e custos completamente diferentes, por isso é importante determinar qual material é melhor para peças personalizadas. Um desses fatores determinantes costuma ser o método de fabricação, e o processo de escolha para peças metálicas personalizadas geralmente é a usinagem CNC. Ao usinar peças metálicas CNC, existem alguns motivos principais pelos quais o aço pode ser uma escolha de material mais adequada do que o alumínio. Embora o alumínio seja muito leve, o aço é mais resistente. Além do mais, o alumínio pode ser mais caro que o aço. O aço é fácil de usinar e soldar, proporcionando assim um bom equilíbrio entre custo e funcionalidade. No entanto, o aço tem suas desvantagens. O aço oxida com o tempo e requer tratamentos de superfície para proteção. Portanto, é importante avaliar cuidadosamente os diferentes aços e suas respectivas vantagens e limitações durante o processo de seleção do material. A equipe da Rapid Manufacturing deverá ter conhecimento de cada aço para escolher o melhor tipo de aço para o projeto CNC do cliente.
Tipos de aço para usinagem CNC
Como você já deve saber, a usinagem CNC de peças de aço é um método muito versátil. No entanto, você pode estar se perguntando qual tipo de aço é melhor para o seu projeto e como saber se escolheu o certo. As propriedades das peças de aço usinadas CNC que você deve considerar junto com nossos 10 principais tipos de aço para usinagem CNC, a fim de fornecer uma excelente escolha para seu próximo projeto CNC e obter os melhores resultados. AN-Prototype resume as características de vários materiais de aço com base em anos de experiência em usinagem CNC de aço.
Aço 4140
O aço 4140 é um aço de baixa liga que contém baixos níveis de cromo, molibdênio e manganês. Esses elementos de liga aumentam a resistência, ductilidade e tenacidade do tipo de aço. Além disso, o teor de cromo adicionado torna o aço 4140 mais resistente à corrosão. Portanto, o aço 4140 é utilizado em muitas indústrias devido à sua boa usinabilidade e resistência ao desgaste. No entanto, o aço 4140 não é o mais fácil de soldar e pode exigir tratamentos pré e pós-térmicos. O aço 4140 é frequentemente encontrado em peças de aço CNC usadas em acoplamentos, fusos, parafusos, porcas e peças automotivas.
Propriedades mecânicas do aço 4140
- Resistência à tração (MPa): 655
- Módulo de cisalhamento (GPa): 80
- Alongamento na ruptura (%): 19
- Dureza (Brinell): 197
- Densidade (g cm-3): 7.87
Aço 4140PH
O aço 4140 PH é uma versão pré-endurecida do aço padrão 4140 com excelentes propriedades de resistência mecânica e dureza. Seu pré-endurecimento elimina a necessidade de tratamento térmico após usinagem CNC. O aço 4140 PH é ideal se o tratamento térmico causar deformação inaceitável na peça acabada. As aplicações típicas incluem eixos, mandris e matrizes.
Propriedades mecânicas do aço 4140 PH
- Resistência à tração: 1241
- Módulo de cisalhamento (GPa):80
- Alongamento na Ruptura (%):14
- Dureza (Brinell):429
- Densidade (g/cm^3):7.8
Aço 4130
Comparado com outros aços, o aço 4130 possui mais elementos de liga, incluindo ferro, carbono, cromo, manganês, molibdênio, fósforo, silício e enxofre. Esses elementos de liga determinam a tenacidade, usinabilidade CNC e compatibilidade térmica do aço 4130. Devido à sua capacidade de suportar altas tensões, o aço 4130 é comumente usado em diversas indústrias de construção. Além disso, o aço 4130 também é utilizado em suportes de motores de aeronaves. Os construtores rápidos geralmente preferem o aço 4130 ao aço de classe aeroespacial porque é mais barato e igualmente eficaz.
Embora seja fácil de tratar termicamente, o aço 4130 não é fácil de soldar.
Propriedades mecânicas do aço 4130
- Resistência à tração (MPa): 460
- Módulo de cisalhamento (GPa): 80
- Alongamento na ruptura (%): 20
- Dureza (Brinell): 217
- Densidade (g cm-3): 7.87
Aço 1018
O aço 1018 é geralmente considerado um aço de baixo carbono e seus elementos de liga incluem ferro, carbono, manganês, fósforo e enxofre. A maior vantagem da usinagem CNC do aço 1018 é sua alta soldabilidade, tornando-a a escolha padrão para cementação de peças de aço CNC. Observe, entretanto, que a soldagem só é recomendada após a cementação. Além de ser muito fácil de soldar, o aço 1018 também possui excelente usinabilidade. Esta é a base para seu uso em processos de usinagem CNC de precisão, como torneamento CNC de aço e fresamento CNC. Em geral, o aço 1018 é frequentemente aplicado em tirantes, mandris, eixos e muitos outros componentes do molde.
A principal desvantagem do aço 1018 é que ele é incompatível com muitos processos de acabamento e é relativamente caro.
Propriedades mecânicas do aço 1018
- Resistência à tração (MPa): 310
- Módulo de cisalhamento (GPa): 78
- Alongamento na ruptura (%): 15
- Dureza (Brinell): 131
- Densidade (g cm-3): 7.87
Aço 1045
O aço 1045 é um aço de médio carbono cujos elementos de liga são ferro, carbono, silício, manganês, enxofre ou fósforo. O aço 1045 é uma das classes de aço mais versáteis usadas por fabricantes rápidos para usinagem de peças de aço CNC. O aço 1045 é forte e resistente, justificando seu uso em muitos projetos de usinagem de aço CNC onde a resistência à água é crítica. Além disso, o aço 1045 é usinável e soldável, duas considerações importantes para os fabricantes ao usinar aço. As aplicações para o aço 1045 incluem parafusos, engrenagens, eixos e pinos. Embora o aço 1045 seja relativamente forte, não é recomendado para aplicações muito fortes devido à sua resistência à tração e temperabilidade apenas moderadas.
Propriedades mecânicas do aço 1045
- Resistência à tração (MPa): 450
- Módulo de cisalhamento (GPa): 60
- Alongamento na ruptura (%): 12
- Dureza (Brinell): 170
- Densidade (g cm-3): 7.87
Aço 1215
Os elementos de liga do aço 1215 contêm ferro, carbono, manganês, fósforo e enxofre. Devido ao seu teor relativamente alto de enxofre, o aço 1215 é considerado um aço de fácil corte CNC. O aço 1215 forma pequenos cavacos durante a usinagem CNC, permitindo taxas de usinagem mais altas e evitando emaranhados na máquina. No entanto, o aço 1215 não é muito soldável. Além disso, devido ao seu teor relativamente baixo de carbono, não é tão forte quanto outros tipos de aço. Na indústria, o aço 1215 é adequado para a fabricação de pinos, pinos, parafusos, acoplamentos e conexões para mangueiras.
Propriedades mecânicas do aço 1215
- Resistência à tração (MPa): 415
- Módulo de cisalhamento (GPa): 80
- Alongamento na ruptura (%): 10
- Dureza (Brinell): 167
- Densidade (g cm-3): 7.87
Aço A36
O aço A36 é barato e fácil de soldar, por isso é um aço-carbono muito comum. O aço A36 é comumente utilizado na fabricação de peças aplicadas em suporte estrutural.
Propriedades do aço A36
- Resistência à tração: 250
- Módulo de cisalhamento (GPa):79.3
- Alongamento na Ruptura (%):20
- Dureza (Brinell):119
- Densidade (g/cm^3):7.85
Aço ferramenta A2
O aço para ferramentas A2 é um aço para trabalho a frio endurecido ao ar, com boa resistência ao desgaste e deformação mínima durante o tratamento térmico ou endurecimento. Em comparação com outros tipos de aços para ferramentas, os aços A2 são relativamente fáceis de usinar CNC. O aço para ferramentas A2 é um dos tipos de aço mais comumente usados para fazer ferramentas como punções, matrizes de corte e conformação, lâminas de corte e matrizes.
Propriedades mecânicas do aço ferramenta A2
- Resistência à tração: 415
- Módulo de cisalhamento (GPa):78
- Alongamento na Ruptura (%):21
- Dureza: 57-62 HRC
- Densidade (g/cm^3):7.86
Aço ferramenta O1
O aço O1 é um aço trabalhado a frio endurecido em óleo. É caracterizado por forte resistência à abrasão e capacidade de reter arestas vivas. Os aços para ferramentas O1 são comumente usados na fabricação de ferramentas de puncionamento, corte e estampagem, bem como lâminas e outras ferramentas de corte.
Propriedades mecânicas do aço ferramenta O1
- Resistência à tração: 400
- Módulo de cisalhamento (GPa):77
- Alongamento na Ruptura (%):20
- Dureza: 63-65 HRC
- Densidade (g/cm^3):7.83
Vantagens e desafios da usinagem CNC de peças de aço
A usinagem CNC de peças de aço requer muita experiência e habilidade para obter sempre resultados confiáveis. Os benefícios obtidos com o uso de peças de aço geralmente superam os desafios da usinagem CNC.
Benefícios da usinagem CNC de aço
A maioria das peças de aço usinadas em CNC hoje são bem usináveis, ou seja, podem ser facilmente cortadas ou moldadas para dar bons resultados. Fatores como dureza, energia e tensão de cisalhamento podem afetar a usinabilidade da usinagem CNC do aço. Outro benefício da usinagem CNC de peças de aço é que os produtos são altamente resistentes à corrosão e ao desgaste. Além disso, as peças de aço usinadas CNC costumam ser compatíveis com muitos acabamentos de superfície.
Desafios da usinagem CNC de aço
Apesar dos muitos benefícios das peças de aço, ainda existem alguns desafios na usinagem CNC de peças de aço. Por um lado, nem todas as peças de aço são fáceis de usinar CNC. Portanto, isso significa que pode ser difícil usar determinados tipos de aço para projetos CNC com geometrias complexas. Além disso, diferentes tipos de aço têm diferentes sensibilidades ao calor. Alguns tipos de aço não são adequados para peças de aço CNC que estão sujeitas a muito calor porque podem derreter e deformar.
Tratamento De Aço
Algumas das propriedades mais úteis do aço vêm de manuseio e usinagem adicionais. Esses métodos podem ser executados antes da usinagem CNC para alterar as propriedades e tornar o aço mais fácil de usinar. Tenha em mente que o endurecimento do material antes da usinagem CNC aumenta os tempos de usinagem e aumenta as chances de desgaste da ferramenta. O aço também pode ser tratado após usinagem CNC para aumentar a resistência ou dureza do produto acabado. Dito isso, é importante pensar antecipadamente sobre quaisquer tratamentos planejados que você precise aplicar para obter as propriedades necessárias para tratamentos de peças de aço.
Tratamento térmico
O tratamento térmico refere-se a vários processos diferentes que envolvem o controle da temperatura do aço para alterar as propriedades do material. Um exemplo é o recozimento, que é utilizado para reduzir a dureza do aço e aumentar a ductilidade, tornando o aço mais fácil de usinar CNC. O processo de recozimento aquece lentamente o aço até a temperatura desejada e o mantém nessa temperatura por um período de tempo. O tempo e a temperatura necessários dependem da liga de aço específica e diminuem com o aumento do teor de carbono. Finalmente, o metal é resfriado lentamente em um forno ou cercado por isolamento.
Normalizando o tratamento térmico alivia a tensão interna no aço, mantendo maior resistência e dureza do que o aço recozido. Durante a normalização, o aço é aquecido a uma alta temperatura e depois resfriado ao ar para atingir maior dureza.
Endurecimento de aço é outro processo de tratamento térmico que endurece o aço e também aumenta a resistência, mas também torna o material mais quebradiço. O processo de endurecimento envolve o aquecimento lento do aço, imersão em altas temperaturas e, em seguida, resfriamento rápido por imersão em um líquido como água, óleo ou solução de salmoura.
Tratamento térmico de têmpera processo para aliviar parte da fragilidade produzida pelo aço endurecido. O revenimento do aço é quase idêntico à normalização: aquecimento lento até uma temperatura selecionada e, em seguida, resfriamento do aço com ar. A diferença é que a temperatura de revenido é menor que outros processos, o que reduz a fragilidade e a dureza do aço temperado.
Endurecimento por Precipitação
Endurecimento por precipitação aumenta a resistência ao escoamento do aço. Alguns tipos de aço inoxidável podem conter PH em sua designação, o que significa que possuem propriedades de endurecimento por precipitação. A principal diferença entre os aços endurecidos por precipitação é que eles contêm elementos adicionais: cobre, alumínio, fósforo ou titânio, etc. Para ativar as propriedades de endurecimento por precipitação, o aço é moldado em sua forma final e depois passa por um processo de endurecimento por envelhecimento. O processo de endurecimento por envelhecimento aquece o material por um longo período de tempo, fazendo com que os elementos adicionados precipitem, formando partículas sólidas de diferentes tamanhos, o que aumenta a resistência do material.
17-4PH (também conhecido como aço 630) é um exemplo comum de aço inoxidável endurecido por precipitação. A liga contém 17% de cromo, 4% de níquel e 4% de cobre para auxiliar no endurecimento por precipitação. Devido ao aumento da dureza, resistência e alta resistência à corrosão.
Trabalho Frio
As propriedades do aço também podem ser alteradas sem a aplicação de grandes quantidades de calor. Por exemplo, os aços trabalhados a frio tornam-se mais resistentes através de um processo de endurecimento por trabalho. O endurecimento por trabalho ocorre quando os metais sofrem deformação plástica. Isso pode ser feito intencionalmente martelando, rolando ou estirando o metal. O endurecimento por trabalho também pode ocorrer involuntariamente durante a usinagem se a ferramenta de corte ou a peça ficar muito quente. O trabalho a frio também melhora a usinabilidade CNC do aço. O aço macio é muito adequado para trabalho a frio.
Opções de acabamento de superfície para usinagem CNC de peças de aço
O tratamento de superfície é o processo de tratamento de superfície de peças de aço após usinagem CNC e tem como objetivo melhorar a função e a estética das peças de aço. Para peças de aço, os tratamentos de superfície comuns aplicáveis são os seguintes.
Revestimento de níquel: As peças de aço carbono podem ser revestidas uniformemente com níquel para melhorar sua resistência à corrosão e ao desgaste. O processo deposita uma camada de níquel com 0.1 mm de espessura na superfície da peça.
Revestimento em pó: O Powder Coat cria um acabamento superficial forte e tem normalmente entre 0.006 ″ (0.1524 mm) e 0.012 ″ (0.3048 mm) de espessura. Como as peças de aço são propensas à ferrugem, o revestimento em pó pode retardar a ferrugem.
Carburação: Alguns aços podem ser significativamente melhorados por meio da cementação, que é a injeção de carbono adicional na superfície, aumentando a dureza e a resistência ao desgaste das peças de aço.
Esmerilhamento:O desbaste de precisão ajuda as peças de aço a terem uma superfície mais lisa e a eliminar irregularidades. Os speedmakers usam rebolos para fazer isso.
Serviços de usinagem CNC de aço da AN-Prototype
Peças de aço CNC são comuns em muitas indústrias hoje. Antes de usinar um aço CNC, um fabricante rápido deve determinar o melhor tipo de aço. Isso envolve a avaliação de várias propriedades do tipo de aço em relação às necessidades do projeto CNC. Quando todos os fatores são considerados, serviços de usinagem CNC de qualidade são de extrema importância.
Na AN-Prototype, temos especialistas dedicados em usinagem CNC de aço que podem cuidar de todos os seus serviços de usinagem CNC de aço. Podemos garantir a precisão, qualidade e economia dos componentes do seu projeto. Especificamente, lidamos com fresagem CNC de aço, torneamento, retificação, EDM e EDM a fio. Carregue seu arquivo CAD agora para obter suporte individual e receba uma resposta em até 12 horas.
