Maquinação CNC de alumínio: Guia de seleção de ligas (6061/7075/2024...)

CNC (Computer Numerical Control) machining is a vital process in modern manufacturing approaches. It enhances precision and cost-effective manufacturing processes. Aluminum is a key common material utilized in CNC machining. An essential characteristic of aluminum is its light-weight and suitability for specific products. It is also famous for its durability, strength, and excellent machinability. These traits make it a material that applies to various industries. They form part of the factors that determine the materials selection.

As 9 principais ligas de alumínio para maquinagem CNC (comparação de aplicações)

 As ligas de alumínio são aplicáveis em diferentes domínios. A sua função é a combinação de uma elevada relação força/peso e resistência à corrosão. Estas caraterísticas fazem do alumínio um material único e vital, especialmente em CNC. O processo CNC utiliza ligas como o alumínio para alcançar resultados específicos.

1. Alumínio 6061

Características

6061 aluminum is a common and versatile alloy. Its role in CNC Machining offers ripple benefits. It provides an optimal balance of structural strength and high machinability. In its widely used T6 temper, 6061 aluminum typically delivers a reliable yield strength of approximately 276 MPa (40,000 psi) ^[1]. Furthermore, this composition naturally forms a protective oxide layer, significantly enhancing its resistance to atmospheric corrosion.

Aplicações

O alumínio 6061 é utilizado para produzir componentes estruturais. As suas funções estendem-se às indústrias marítima, automóvel e aeroespacial. É normalmente utilizado para fabricar rodas de camiões, quadros de bicicletas, ferragens para a marinha e quadros de bicicletas.

Considerações sobre maquinagem

O 6061 é fácil de maquinar. No entanto, esta caraterística dificulta por vezes a obtenção de acabamentos de superfície. Exige uma lubrificação e um arrefecimento adequados. A lubrificação é essencial para evitar o sobreaquecimento e prolongar a vida útil da ferramenta. O processo pode acrescentar o acabamento de superfície em especificações adicionais ao processo.

Quando escolher o alumínio 6061 

The alloy represents a compelling choice of parts that need proper balance, ease of machining, and corrosion resistance. Due to its excellent machinability and predictable performance, 6061 aluminum is highly effective for prototipagem rápida. Furthermore, it remains a vital material choice for lightweight fixtures and robust structural parts.

2. Alumínio 7075

Características

7075 aluminum is one of the strongest commercial alloys available in the manufacturing industry. When heat-treated to a T6 temper, it achieves a massive ultimate tensile strength exceeding 572 MPa (83,000 psi), effectively matching or surpassing many grades of structural steel ^[2]. Nevertheless, the high zinc and copper content results in lower natural corrosion resistance compared to the 6061 series. The material also has a lower machinability rate, which is advocated by its high strength.

Aplicações

O alumínio 7075 é essencial na indústria aeroespacial, incluindo a militar e a de ferramentas. É utilizado em produtos como asas de aviões, equipamento desportivo, como quadros de bicicletas de montanha e tacos de golfe, e estruturas de fuselagem. A resistência e o peso estão entre os factores determinantes da sua aplicação.

Considerações sobre maquinagem

Machining 7075 aluminum requires more focus. The high strength can cause wear and tear. Machining 7075 aluminum requires strict parameter control. The material’s extreme strength accelerates tool wear and heat generation. To achieve precise results and extend tool life, machinists must utilize high-quality, coated carbide cutting tools alongside optimized feed rates and rigid workholding. 

Quando escolher o alumínio 7075

A escolha do alumínio 7075 depende de muitos factores. O desgaste é um dos principais factores do CNC. No entanto, este fator é vital para aplicações que requerem a sua inclusão no processo.

3. Alumínio 2024

Características

O alumínio 2024 é famoso pela sua elevada relação resistência/peso. O que o torna superior a outros tipos de ligas. É famoso por ser aplicável em aplicações aeroespaciais.

Aplicações

O alumínio 2024 é utilizado principalmente no fabrico de aviões. As peças comuns na sua construção são a fuselagem, as asas e as peças essenciais de suporte de carga. É também utilizado no fabrico de veículos militares. A precisão dos veículos militares reside na qualidade e na capacidade de criar revestimentos protectores. Os produtos requerem materiais com força e menor resistência à fadiga.

Considerações sobre maquinagem

A maquinagem do alumínio 2024 pode apresentar inúmeros desafios devido a vários factores. Ocasionalmente, os materiais sofrem endurecimento por trabalho no processo de maquinagem. A lubrificação e o arrefecimento adequados são também cruciais para ultrapassar o sobreaquecimento. A utilização de ferramentas afiadas e a gestão da velocidade de corte são vitais para ultrapassar o desgaste das ferramentas.

Quando escolher o alumínio 2024

 A escolha do alumínio 2023 adequa-se a peças que exigem elevada resistência e resistência à fadiga. As peças aeroespaciais são um grande consumidor de produtos de alumínio 2024. Também é eficaz para produtos que são submetidos a um stress significativo.

4. Alumínio 5052

Características

A liga de alumínio 5052 é utilizada para fabricar ferramentas menos resistentes. É mais aplicável no meio marinho. Oferece uma resistência moderada. Também é moldável, mas não tão forte como a 6061 e a 7075.

Aplicações

Aplica-se ao fabrico de depósitos de combustível nas indústrias aeroespacial e automóvel. É um material essencial no fabrico de componentes marítimos, tais como placas de convés e cascos de barcos. É também fundamental na construção de recipientes sob pressão. Os níveis de pressão padrão do produto são em tanques e contentores. A caraterística de resistência do produto é essencial num ambiente com humidade e sal. É também vital na construção de produtos arquitectónicos. Os painéis de cobertura e o produto de painéis exteriores em zonas costeiras têm alumínio 5052.

Considerações sobre a máquina

O alumínio 5052 é relativamente simples e fácil de maquinar. No entanto, pode apresentar acabamentos de superfície rugosos quando a lubrificação é inadequada. O 5052 apresenta efetivamente resistência à corrosão, tornando-o adequado para utilização em áreas onde os produtos existem em ambientes agressivos.

Quando escolher o alumínio 5052

O alumínio 5052 é adequado para produtos resistentes à corrosão. Os produtos de revestimento que necessitam dele são aplicáveis em ambientes químicos e marinhos? Oferece uma resistência moderada, e a resistência à corrosão é de grande necessidade.

5. 6082 Alumínio

Características

O 6082 é uma liga de alta resistência vital para aplicações estruturais. Proporciona uma excelente maquinação, resistência à corrosão e elevada resistência. É mais forte do que o alumínio 6061, mas menos do que o 7075.

Aplicações

TThe 6082 alloy is heavily utilized in constructing solid structural components. It is essential for manufacturing robust load-bearing parts such as beams and heavy-duty frames. It supports the strength of construction and machinery. In the transport industry, it is vital to manufacture bridges, rails, and heavy-duty parts. The automotive components parts are key, with moderate strength and effective resistance to corrosion.

Considerações

O processo de maquinagem centra-se na resistência e na facilidade de maquinagem. O alumínio 6082 tem caraterísticas de maquinação moderadamente fáceis e oferece um acabamento superficial eficaz.

Quando escolher o alumínio 6082:

O alumínio 6082 é adequado para produtos que são fundamentais para a maquinabilidade. Tal como outros metais, é também a melhor escolha para peças sujeitas a um fabrico de grande volume e tolerâncias apertadas. É ideal para peças pequenas e complexas que exigem um fabrico no mais curto espaço de tempo.

6. 2011 Alumínio

Características

O alumínio de 2011 era uma liga comummente utilizada para uma maquinabilidade eficaz. É uma das ligas de alumínio mais simples para maquinação e a melhor escolha para designs complexos. No entanto, é menos resistente à corrosão. No entanto, é fraco em comparação com outras ligas. É um material primário para maquinabilidade na maioria das peças.

Aplicações

O alumínio 2011 é vital no fabrico de componentes de precisão. Alguns produtos são rolamentos, peças complexas e engrenagens. Devido à sua elevada precisão e pormenores, aplica-se ao fabrico de peças de máquinas. O elemento final são as ferramentas de alta precisão que requerem uma maquinabilidade de alto nível e tolerâncias apertadas.

Considerações sobre maquinagem

The solid 2011 aluminum alloy is highly machinable. It is exceptionally suitable for products that demand high-speed, precision cutting operations. It is suitable for products that demand high-precision machining. Nevertheless, it offers lower corrosion resistance. It is not ideal for products applicable in harsh environments.

Quando escolher o alumínio 2011

O alumínio 2011 é adequado para produtos que são fundamentais para a maquinabilidade. É também a melhor escolha para peças sujeitas a fabrico de grandes volumes e tolerâncias apertadas. É a melhor escolha para peças pequenas e complexas que requerem fabrico no mais curto espaço de tempo.

7. MIC6

Características

A MIC 6 é uma liga de alumínio fundido utilizada em produtos com elevada estabilidade e maquinabilidade. É comum que as peças exijam tolerâncias apertadas e os fabricantes desejam estabilidade ao longo do tempo.

Aplicações

A MIC6 é normalmente utilizada para produzir moldes de precisão, tais como fundição e injeção de moldes. Também é adequado para componentes de ferramentas, incluindo gabaritos e acessórios. Finalmente, nas peças aeroespaciais, a MIC6 é aplicável a produtos que requerem uma elevada estabilidade dimensional.

Considerações sobre maquinagem

O MIC6 é ideal para peças que exigem o mais alto nível de precisão. É comum e fundamental em áreas onde as peças têm de manter tolerâncias elevadas. As ferramentas, os moldes e os componentes dos produtos aeroespaciais são fundamentais para a precisão. Isto exige que a maquinagem CNC se concentre nas especificações e em quaisquer novos requisitos emergentes das peças.

8. A380 Alumínio

Características

O alumínio A380 é adequado para a produção de peças para automóveis. Os produtos típicos desta liga são caixas de transmissão, blocos de motor e outros elementos automóveis resistentes. Também é ideal para a produção de peças informáticas. As peças informáticas mais comuns com o A380 são telefones, computadores e eletrónica de consumo. O alumínio do A380 também é adequado para produtos aeroespaciais. Os componentes não críticos, incluindo suportes e caixas, dependem do A380.

Considerações sobre maquinagem

A380 is primarily formulated as a standard die-casting alloy rather than an extruded billet. Consequently, CNC machining operations on A380 are typically reserved for the precise post-machining of already cast components. Operators must utilize sharp tooling to prevent surface tearing during these secondary cutting passes. The A380 aluminum can exhibit limitations in producing the parts due to the casting process and composition. Sharp tools are crucial to prevent tearing, and cutting speeds need to be controlled to attain optimal results.

Quando escolher o alumínio A380

O alumínio A380 é uma ferramenta essencial em peças fundidas de alta resistência. O objetivo é obter uma boa maquinabilidade e uma menor atenção à resistência à corrosão.

9. 1100 Alumínio

Características

O alumínio 1100 é de base comercial. É aplicável no fabrico de produtos que requerem resistência à corrosão. Também é crucial para uma boa formabilidade. Embora o alumínio 1100 tenha uma resistência inferior à de outras ligas, é eficaz para produtos que requerem resistência.

Aplicações

O alumínio 1100 é vital no fabrico de componentes arquitectónicos, incluindo fachadas, coberturas e revestimentos. É também fundamental no fabrico de permutadores de calor. Os produtos padrão são HVAC e diferentes sistemas de refrigeração. O componente final com o alumínio 1100 é o equipamento de processamento de alimentos. As ligas são comuns em utensílios de cozinha e outros produtos essenciais para a resistência à corrosão.

Considerações sobre maquinagem

O alumínio 1100 é adequado para maquinagem. Proporciona excelentes superfícies cruciais. No entanto, fornece uma resistência de baixo nível e é menos eficaz em aplicações de alta tensão.

Quando escolher o alumínio 1100

A escolha do alumínio 1100 é para produtos que requerem uma resistência efectiva à corrosão. Também é comum para a conformabilidade. No entanto, é menos crítico em aplicações onde a resistência é menos importante.

Comparação de ligas de alumínio na maquinagem CNC

As propriedades comuns incluem resistência à corrosão, maquinabilidade e força. As ligas de alumínio são comuns na maquinagem CNC devido às suas propriedades desejáveis. No entanto, este processo requer equipamento mais avançado, como a medição de precisão e o corte de ferramentas.

Comparação da resistência das ligas de alumínio

• O alumínio 7075 e 2024:  The alloy is suitable and preferred for its unique strength. It has zinc as the main component and is effective in military and aerospace products. The 7075 aluminum matches the characteristics of the 2024 aluminum, which also has excellent and high strength. The 2024 aluminum has copper as the primary alloying element, enabling it to achieve a high tensile strength. The 2024 and 7075 aluminum manufacturers of aircraft and other structural components. However, the 2024 aluminum possesses lower corrosion resistance than the 7075 aluminum. It requires the addition of other materials to improve the resistance level.
• Alumínio 6061: Ao contrário do alumínio 7075 e 2024, o 6061 oferece uma resistência moderada. No processo de fabrico CNC, é uma das ligas mais versáteis. No entanto, tem uma relação resistência/peso impressionante. O alumínio é fundamental no fabrico de componentes estruturais, ambientes marinhos e peças automóveis. Equilibra eficazmente outras propriedades e resistências; por conseguinte, é fundamental para peças aplicáveis a fins gerais.
• 1100 alumínio: The 1100 aluminum is the weakest aluminum alloy in CNC machining. It is weak but effective in environments with low corrosion resistance and workability. 1100 aluminum is the weakest aluminum alloy in CNC machining regarding mechanical strength. However, unlike the high-strength 7075 and 2024 alloys, 1100 aluminum is specifically selected when extreme workability and superior corrosion resistance are the absolute highest priorities. However, it is also vital in areas with high formability. 
• Alumínio 5052: O alumínio 5052 é fundamental para proporcionar uma resistência adequada à corrosão na maquinagem CNC. No entanto, a sua resistência é baixa em comparação com o 7075 e o 6061. Ainda assim, fornece efetivamente resistência para diferentes aplicações, tais como tanques marítimos e químicos.

Comparação de maquinabilidade

Refere-se à facilidade de cortar, processar e moldar o material em máquinas CNC. É crucial na seleção do material devido à facilidade de maquinação. Afecta diretamente o tempo, o custo, o desgaste e a produção.

• 2011 alumínio: The 2011 is one of the suitable alloys for machinability. It has a high level of copper and offers excellent cutting properties. It is ideal for products with intricate designs and high tolerances. It has low tool wear and can produce effective cuts, hence high-speed machining. It is also suitable for precision and efficiency.
• Alumínio 6061: O alumínio 6061 é eficaz pela facilidade de maquinagem. O tempo de processamento é curto, o que permite uma boa precisão dimensional e um acabamento suave. Equilibra a maquinabilidade e a resistência, pelo que é eficaz para várias peças em diferentes indústrias. No entanto, requer outras peças em diferentes aplicações.
• 6082 alumínio: A liga tem as mesmas qualidades de maquinabilidade que a liga 6061. No entanto, proporciona um elevado nível de resistência. É submetida a uma maquinabilidade fácil. Aumentar o 6082 pode exigir ferramentas mais potentes e precisão para ajudar a evitar danificar as ferramentas. É fácil em comparação com o 7075.
• MIC 6 Alumínio: A MIC 6 é uma liga de alumínio fundido aplicável devido à sua maquinabilidade superior e capacidades dimensionais. O acabamento suave e a precisão são normalmente fundamentais. Os produtos mais comuns são moldes e placas para a indústria automóvel. O MIC 6 proporciona um acabamento superficial eficaz e é eficaz para uma maquinação mais fácil.
• Alumínio 7075 e 2024: Os alumínios 7075 e 2024 oferecem uma elevada resistência e dureza na máquina em comparação com a dureza do alumínio 2011 e 6061. A elevada resistência é por vezes responsável por um maior desgaste. Os fabricantes precisam de controlar eficazmente os parâmetros de corte. No entanto, podem ser eficazes na maquinagem, mas menos indulgentes do que as ligas de menor resistência.

Comparação da resistência à corrosão

A resistência à corrosão é uma caraterística essencial para peças que se deparam com ambientes agressivos. Mais peças devem ser aplicáveis em ambientes marítimos, exteriores e químicos. A composição tem impacto no nível de corrosão e resistência. É em comparação com os vários tipos de resistência que os outros.

• 1100 alumínio: O alumínio 1100 oferece níveis elevados de resistência à corrosão entre a maioria das ligas. Tem níveis de resistência mais baixos e uma utilização limitada em áreas onde a resistência é uma preocupação menor. É comum para produtos a serem processados, manuseados e armazenados no processo alimentar. Também é comum para fins decorativos.
• Alumínio 6061:  6061 Aluminum offers effective resistance to corrosion. However, it is less effective than the 1100 and 5052 aluminum alloys. It is effective in products applicable in outdoor applications such as marine environments, bridges, and buildings. While suitable for general outdoor use, unprotected 6061 remains highly susceptible to galvanic corrosion in severe seawater environments. Utilizing this alloy in aggressive marine conditions demands proper sealing methods, including hard-coat anodizing, to successfully boost its long-term resistance.
• Alumínio 7075 e 2024: These two high-strength alloys possess relatively poor natural corrosion resistance compared to the 6061 and 5052 series. This vulnerability occurs because their high copper and zinc alloying elements create internal galvanic cells that accelerate oxidation. Consequently, components deployed in harsh environments absolutely require protective surface treatments, such as hard anodizing or specialized painting, to prevent rapid degradation. The harsh environment may not be effective until there is coating and treatment. Key coating approaches are painting and anodizing, which are key for overcoming degradation.

Fluxo do processo de maquinagem CNC para alumínio

 O processo de maquinagem CNC segue uma série de etapas. O objetivo é garantir o cumprimento de todas as especificações do projeto.

• Seleção de materiais: O passo inicial é escolher uma liga de alumínio adequada. A escolha tem de corresponder às propriedades esperadas, incluindo resistência, maquinabilidade e corrosão.
• Conceção e programação: The second step involves engineering a precise digital CAD model and exporting it into universal engineering formats like STEP files. This phase also entails utilizing advanced CAM software to calculate optimal tool paths before actual cutting begins.
• Tool setup: O terceiro passo é a preparação das ferramentas. Implica a utilização das ferramentas de perfuração, roscagem, corte e acabamento necessárias. O material é submetido a operações com precisão. O objetivo é cumprir as expectativas dimensionais.
• Operações de máquinas: The CNC equipment executes various subtractive operations, such as precision drilling, contour milling, and creating precision tapped holes based on the exact parameters defined during the programming phase. The process includes the speed, tool selection, and feed rates.
• Inspeção: After the cutting cycle concludes, quality assurance engineers must conduct rigorous structural inspections. The primary objective is to verify that all dimensions strictly meet the predefined normas de aceitação para produtos maquinados por CNC alongside the specified surface finish.
• Pós-processamento: A fase final é o pós-processamento, que inclui o revestimento, a anodização e o polimento.

Alumínio vs. Outros Metais na Maquinação CNC

O alumínio tem mais vantagens do que o latão, o aço e o titânio na maquinagem CNC.

• Peso: Uma das vantagens do alumínio é a sua leveza. É mais leve do que o titânio e o aço. Por conseguinte, é fundamental utilizá-lo em situações em que o peso é um fator importante.
• Maquinabilidade: As ligas de alumínio são mais fáceis de maquinar do que metais como o aço e o titânio. Esta propriedade permite-lhes minimizar o desgaste no corte e encurtar os tempos de produção, tornando-as essenciais para a produção em massa.
• Resistência à corrosão: O alumínio é mais eficaz na resistência à corrosão do que outros metais. Quando é submetido a anodização, torna-se ideal para áreas com produtos químicos, água salgada e humidade.

É também evidente que a resistência do titânio e das ligas de aço é por vezes superior à do alumínio. Esta caraterística é comum em áreas com elevados níveis de tensão. Para produtos e peças que requerem durabilidade ou resistência à tração única, o titânio e o aço tornam-se mais adequados.

Tolerâncias de maquinagem CNC de perfis de alumínio

Os perfis de alumínio são maquinados para apresentarem tolerâncias apertadas. Por conseguinte, as peças têm de se ajustar aos conjuntos com precisão. A capacidade de moldar as propriedades do alumínio é vital para manter o desempenho e a integridade de sistemas complexos. Qualquer interferência na integridade e complexidade implica comprometer a qualidade do produto a longo prazo. Tolerâncias de maquinação CNC para ligas de alumínio: ±0,001in (aeroespacial) a ±0,010in (geral)

Nevertheless, industries that require precision include aerospace, electronics, and automotive products. The objective is to ensure safety, optimal performance, and reliability. Tolerance for such parts is as tight as ±0.001 inches. Success in acceptable tolerances requires improved machining approaches like CNC machining. Attaining such tight tolerances frequently requires advanced multi-axis setups. Additionally, high-precision secondary operations like EDM wire cutting are strategically deployed when manufacturers need to achieve ultra-fine internal corners or extremely complex profiles.

Além disso, as abordagens práticas de inspeção e teste são cruciais para o processo de fabrico. O objetivo é melhorar os perfis que cumprem as especificações estabelecidas. O objetivo a longo prazo é atingir a resistência à corrosão, a maquinabilidade ou a força.

Conclusão

A máquina CNC avançada oferece qualidade e precisão superiores no fabrico. Também requer equipamento mais avançado, como a medição de precisão e o corte de ferramentas. As ligas têm caraterísticas únicas que as tornam práticas para vários ambientes. A resistência à corrosão, a força e a durabilidade do produto final são os principais objectivos do fabrico de ligas. As decisões devem garantir que o produto final cumpre os requisitos económicos e funcionais. A seleção da liga apropriada leva à otimização do processo de maquinação. Os fabricantes precisam de se concentrar na produção de componentes de alumínio de alta qualidade. Os produtos têm um excelente desempenho e precisão. Por conseguinte, o 6061 é excelente para a versatilidade, e o 5052 é o mais eficaz para uma resistência eficaz à corrosão.

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Referência

[1] ASTM International. (2021). ASTM B209/B209M-21a Standard Specification for Aluminum and Aluminum-Alloy Sheet and Plate. https://doi.org/10.1520/B0209_B0209M-21A

[2] ASTM International. (2019). ASTM B211/B211M-19 Standard Specification for Aluminum and Aluminum-Alloy Rolled or Cold Finished Bar, Rod, and Wire. https://doi.org/10.1520/B0211_B0211M-19