A maquinagem CNC (Controlo Numérico Computadorizado) é um processo essencial nas abordagens modernas de fabrico. Aumenta a precisão e promove processos de fabrico económicos. O alumínio é um material fundamental e comum utilizado na maquinagem CNC. Uma característica essencial do alumínio é a sua leveza e adequação a produtos específicos. É também conhecido pela sua durabilidade, resistência e excelente usinabilidade. Estas características tornam-no um material aplicável a várias indústrias. Fazem parte dos fatores que determinam a seleção dos materiais.
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
O alumínio 6061 é uma liga comum e versátil. O seu papel na maquinagem CNC oferece inúmeras vantagens. Proporciona um equilíbrio ideal entre resistência estrutural e elevada maquinabilidade. No seu estado T6, amplamente utilizado, o alumínio 6061 apresenta normalmente um limite de escoamento fiável de aproximadamente 276 MPa (40 000 psi) [1]. Além disso, esta composição forma naturalmente uma camada protetora de óxido, aumentando significativamente a sua resistência à corrosão atmosférica.
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
Esta liga constitui uma escolha ideal para peças que exigem um equilíbrio adequado, facilidade de maquinagem e resistência à corrosão. Graças à sua excelente maquinabilidade e desempenho previsível, o alumínio 6061 é altamente eficaz para prototipagem rápida. Além disso, continua a ser uma escolha de material essencial para acessórios leves e peças estruturais robustas.
2. Alumínio 7075
Características
O alumínio 7075 é uma das ligas comerciais mais resistentes disponíveis na indústria transformadora. Quando submetido a um tratamento térmico para atingir o estado T6, atinge uma resistência à tração máxima impressionante, superior a 572 MPa (83 000 psi), igualando ou superando efetivamente muitos tipos de aço estrutural [2]. No entanto, o elevado teor de zinco e cobre resulta numa menor resistência natural à corrosão, em comparação com a série 6061. O material apresenta também uma menor usinabilidade, o que se deve à sua elevada resistência.
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
A maquinagem do alumínio 7075 exige maior atenção. A elevada resistência pode causar desgaste. A maquinagem do alumínio 7075 exige um controlo rigoroso dos parâmetros. A resistência extrema do material acelera o desgaste das ferramentas e a geração de calor. Para obter resultados precisos e prolongar a vida útil das ferramentas, os operadores devem utilizar ferramentas de corte de metal duro revestidas de alta qualidade, juntamente com velocidades de avanço otimizadas e uma fixação rígida da peça.
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
A liga 6082 é amplamente utilizada na construção de componentes estruturais sólidos. É essencial para o fabrico de peças robustas destinadas a suportar cargas, tais como vigas e estruturas para serviços pesados. Contribui para a resistência das construções e das máquinas. No setor dos transportes, é vital para o fabrico de pontes, carris e peças para serviços pesados. As peças para o setor automóvel são fundamentais, apresentando resistência moderada e uma eficaz resistência à corrosão.
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
A liga de alumínio sólida de 2011 é altamente usinável. É excepcionalmente adequada para produtos que exigem operações de corte de alta velocidade e precisão. É adequada para produtos que exigem usinagem de alta precisão. No entanto, apresenta uma resistência à corrosão mais baixa. Não é ideal para produtos destinados a ambientes adversos.
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
O A380 é formulado principalmente como uma liga padrão para fundição sob pressão, e não como um lingote extrudido. Consequentemente, as operações de maquinagem CNC no A380 destinam-se normalmente ao acabamento preciso de componentes já fundidos. Os operadores devem utilizar ferramentas afiadas para evitar rasgos na superfície durante estas passagens de corte secundárias. O alumínio A380 pode apresentar limitações na produção das peças devido ao processo de fundição e à sua composição. As ferramentas afiadas são cruciais para evitar rasgos, e as velocidades de corte têm de ser controladas para se obterem resultados ótimos.
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: Esta liga é adequada e preferida devido à sua resistência única. Tem o zinco como componente principal e é eficaz em produtos militares e aeroespaciais. O alumínio 7075 apresenta características semelhantes às do alumínio 2024, que também possui uma resistência excelente e elevada. O alumínio 2024 tem o cobre como principal elemento de liga, o que lhe permite atingir uma elevada resistência à tração. Os alumínios 2024 e 7075 são utilizados pelos fabricantes de aeronaves e de outros componentes estruturais. No entanto, o alumínio 2024 possui uma resistência à corrosão inferior à do alumínio 7075. Requer a adição de outros materiais para melhorar o nível de resistência.
- 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: O alumínio 1100 é a liga de alumínio mais fraca na maquinação CNC. É fraca, mas eficaz em ambientes que exigem baixa resistência à corrosão e boa maleabilidade. O alumínio 1100 é a liga de alumínio mais fraca na maquinação CNC no que diz respeito à resistência mecânica. No entanto, ao contrário das ligas de alta resistência 7075 e 2024, o alumínio 1100 é especificamente selecionado quando a usinabilidade extrema e a resistência superior à corrosão são as prioridades absolutas. Contudo, é também essencial em áreas que exigem elevada formabilidade.
- 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: A liga 2011 é uma das mais adequadas em termos de usinabilidade. Possui um elevado teor de cobre e oferece excelentes propriedades de corte. É ideal para produtos com desenhos complexos e tolerâncias elevadas. Caracteriza-se por um baixo desgaste das ferramentas e permite cortes eficazes, o que possibilita a usinagem a alta velocidade. É também adequada para aplicações que exigem precisão e eficiência.
- 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: O alumínio 6061 oferece uma resistência eficaz à corrosão. No entanto, é menos eficaz do que as ligas de alumínio 1100 e 5052. É adequado para produtos destinados a aplicações ao ar livre, tais como ambientes marinhos, pontes e edifícios. Embora seja adequado para utilização geral ao ar livre, o alumínio 6061 sem proteção continua a ser altamente suscetível à corrosão galvânica em ambientes marinhos severos. A utilização desta liga em condições marítimas agressivas exige métodos de vedação adequados, incluindo anodização de revestimento duro, para aumentar com sucesso a sua resistência a longo prazo.
- Alumínio 7075 e 2024: Estas duas ligas de alta resistência apresentam uma resistência natural à corrosão relativamente fraca, em comparação com as séries 6061 e 5052. Esta vulnerabilidade deve-se ao facto de os seus elevados teores de cobre e zinco, elementos de liga, criarem células galvânicas internas que aceleram a oxidação. Consequentemente, os componentes utilizados em ambientes adversos requerem, sem dúvida, tratamentos de proteção de superfície, tais como anodização dura ou pintura especializada, para evitar uma degradação rápida. O ambiente adverso pode não ser um fator determinante enquanto não houver revestimento e tratamento. As principais técnicas de revestimento são a pintura e a anodização, que são fundamentais para superar a degradação.
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: O segundo passo consiste em criar um modelo CAD digital preciso e exportá-lo para formatos de engenharia universais, como Ficheiros STEP. Esta fase implica também a utilização de software CAM avançado para calcular os percursos ótimos das ferramentas antes do início do corte propriamente dito.
- Configuração da ferramenta: 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: O equipamento CNC executa várias operações subtrativas, tais como perfuração de precisão, fresagem de contornos e criação de peças de precisão orifícios roscados com base nos parâmetros exatos definidos durante a fase de programação. O processo inclui a velocidade, a seleção da ferramenta e as velocidades de avanço.
- Inspeção: Após a conclusão do ciclo de corte, os engenheiros de controlo de qualidade devem realizar inspeções estruturais rigorosas. O objetivo principal é verificar se todas as dimensões cumprem rigorosamente os parâmetros predefinidos normas de aceitação para produtos maquinados por CNC juntamente com o acabamento superficial especificado.
- 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)
No entanto, os setores que exigem precisão incluem o aeroespacial, o eletrónico e o automóvel. O objetivo é garantir a segurança, o desempenho ideal e a fiabilidade. A tolerância para essas peças é tão rigorosa quanto ±0,001 polegadas. O sucesso na obtenção de tolerâncias aceitáveis requer abordagens de maquinagem melhoradas, como a maquinagem CNC. Alcançar tolerâncias tão rigorosas requer frequentemente configurações avançadas de vários eixos. Além disso, operações secundárias de alta precisão, como Corte por fio EDM são utilizados estrategicamente quando os fabricantes precisam de obter cantos internos ultrafinos ou perfis extremamente complexos.
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 Especificação Padrão para chapas e placas de alumínio e de ligas de alumínio. https://doi.org/10.1520/B0209_B0209M-21A
[2] ASTM International. (2019). ASTM B211/B211M-19 Especificação-padrão para barras, varões e fios laminados ou acabados a frio de alumínio e ligas de alumínio. https://doi.org/10.1520/B0211_B0211M-19
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