Usinagem CNC de peças de alumínio
A usinagem CNC de peças de alumínio é um dos processos de fabricação mais amplamente praticados na indústria moderna, aproveitando a excelente usinabilidade, leveza e propriedades mecânicas versáteis do alumínio. Esse processo envolve a remoção de material do estoque de alumínio usando ferramentas de corte{1}}controladas por computador para produzir componentes de precisão para aplicações que vão desde produtos eletrônicos de consumo até estruturas aeroespaciais.
Características do material e usinabilidade
O alumínio exibe usinabilidade excepcional em comparação com a maioria dos metais de engenharia. Sua dureza relativamente baixa reduz as forças de corte e o desgaste da ferramenta, permitindo altas taxas de remoção de material. A condutividade térmica do alumínio é aproximadamente três vezes maior que a do aço, o que dissipa eficientemente o calor da zona de corte e reduz os danos térmicos à ferramenta e à peça. Entretanto, esta mesma propriedade pode causar soldagem de cavacos nas superfícies da ferramenta se parâmetros de corte inadequados ou aplicação inadequada de refrigeração forem usados. O baixo módulo de elasticidade do alumínio resulta em maior deflexão sob forças de corte, exigindo estratégias cuidadosas de fixação e trajetória da ferramenta para recursos de paredes-finas. O material tende a produzir cavacos contínuos e dúcteis que podem formar longas fitas, a menos que seja empregada uma geometria adequada de quebra de cavacos.
As ligas de alumínio comuns para usinagem CNC incluem 6061-T6, que oferece excelente equilíbrio entre resistência, resistência à corrosão e usinabilidade para aplicações estruturais em geral. 7075-T6 fornece relação resistência-/{6}}peso superior para componentes aeroespaciais e de alto desempenho. 2024-T4 oferece boa resistência à fadiga para estruturas de aeronaves. 5052 e 5083 oferece resistência à corrosão e conformabilidade superiores para aplicações marítimas e químicas. Ligas fundidas como A356 e A380 são usadas para componentes que exigem geometrias complexas e boa fundibilidade seguida de usinagem de precisão.
Seleção de ferramenta de corte
As ferramentas de metal duro são preferidas para usinagem de alumínio devido à sua capacidade de manter arestas vivas em altas velocidades de corte. O metal duro sem revestimento geralmente é superior às ferramentas revestidas para alumínio porque os revestimentos podem aumentar o atrito e promover-a formação de arestas postiças. Superfícies de ferramentas polidas ou especialmente retificadas reduzem a adesão do material. Ferramentas com-revestimento de diamante oferecem excepcional resistência ao desgaste para ligas de alumínio fundido com alto-silício que são abrasivas para o metal duro convencional.
As geometrias das ferramentas requerem otimização específica para alumínio. Ângulos de saída positivos elevados entre 15 e 25 graus reduzem as forças de corte e promovem o fluxo de cavacos para longe da peça de trabalho. Grandes ângulos de folga evitam fricção e reduzem a geração de calor. Canais largos e altamente polidos com amplo espaço para cavacos acomodam cavacos volumosos produzidos com altas taxas de remoção. Arestas de corte afiadas com afiação ou preparação mínima são essenciais; uma borda ligeiramente arredondada pode realmente melhorar o desempenho, reduzindo a formação de rebarbas em algumas aplicações de acabamento.
Estratégias de parâmetros de corte
A usinagem de alumínio normalmente emprega altas velocidades de corte que variam de 300 a 1.000 metros por minuto para operações de desbaste, com velocidades de acabamento às vezes excedendo 2.000 metros por minuto em fusos de alta-velocidade. As taxas de avanço são geralmente agressivas, com avanços por dente de 0,1 a 0,3 milímetros, comuns para fresamento de topo. A profundidade de corte deve utilizar todo o comprimento do canal quando possível, especialmente com caminhos de ferramentas modernos de alta-eficiência. A combinação de alta velocidade e alto avanço produz as características altas taxas de remoção de material que tornam a usinagem de alumínio economicamente atraente.
A evacuação de cavacos é crítica devido ao grande volume de material removido. Frequentemente são necessários sistemas-de refrigeração interna ou de jato de ar, especialmente em operações de bolsões e cavidades profundas. A refrigeração abundante em alta pressão e volume ajuda a remover os cavacos da zona de corte e evita o novo corte. Algumas aplicações se beneficiam de lubrificação de quantidade mínima ou até mesmo de usinagem a seco quando os caminhos de evacuação dos cavacos estão abertos e as velocidades de corte são moderadas.
Estratégias e Técnicas de Usinagem
Técnicas de usinagem-de alta velocidade são particularmente eficazes para alumínio. Isso envolve o uso de altas velocidades de fuso com profundidades de corte axiais relativamente leves, mas altas taxas de avanço. As baixas forças radiais resultantes minimizam a deflexão e a vibração, permitindo a usinagem eficiente de paredes finas e recursos delicados. As estratégias de fresamento trocoidal ou dinâmico mantêm ângulos de contato da ferramenta constantes, permitindo cargas de cavacos consistentes e permitindo o uso de todo o comprimento do canal para operações de abertura de canais e bolsões profundos.
Para operações de acabamento, o fresamento concordante é geralmente preferido, pois produz melhor acabamento superficial e reduz a formação de rebarbas em comparação ao fresamento convencional. O uso de fresas de topo esférico de grande-diâmetro ou ferramentas cilíndricas para semi-acabamento e acabamento de superfícies contornadas pode reduzir significativamente o tempo de ciclo em comparação com moinhos de esferas pequenos. A usinagem de resto visa automaticamente o material não cortado restante após ferramentas maiores, garantindo a remoção completa do material sem corte excessivo de ar.
A usinagem-de paredes finas requer consideração especial devido à baixa rigidez do alumínio. O desbaste progressivo que deixa um material uniforme para acabamento reduz a distorção. Sequências de usinagem simétricas equilibram as tensões internas. Passes leves de acabamento com ferramentas afiadas em alta velocidade produzem um acabamento superficial aceitável sem deflexão excessiva da parede. Métodos de fixação a vácuo ou adesivos podem fornecer suporte uniforme para componentes finos que os grampos convencionais distorceriam.
Abordagens de fixação de trabalho
Morsas de máquina padrão com faces de mandíbula de alumínio protegem as superfícies acabadas contra danos nas mandíbulas de aço. Os mandris a vácuo são amplamente utilizados para placas planas de alumínio e componentes de chapa, proporcionando força de fixação uniforme sem distorção. Dispositivos pneumáticos ou hidráulicos permitem carregamento e descarregamento rápido de quantidades de produção. Mordentes macios usinados para combinar com a geometria da peça proporcionam localização e suporte precisos. Para peças fundidas ou extrusões complexas, acessórios personalizados com pinos de localização e almofadas de fixação garantem um posicionamento repetível.
Considerações sobre acabamento superficial e qualidade
A usinagem de alumínio pode alcançar excelentes acabamentos superficiais quando parâmetros e ferramentas adequados são usados. Velocidades de acabamento na faixa superior de capacidade com profundidades de corte leves e altas taxas de avanço geralmente produzem superfícies-espelhadas em ligas não-tratáveis-calormente. No entanto, a formação-de arestas postiças pode degradar o acabamento superficial se as velocidades forem muito baixas ou se a refrigeração for inadequada. A formação de rebarbas nas bordas e saídas é um desafio persistente; ferramentas afiadas, ângulos adequados de engate do cortador e processos de rebarbação devem ser gerenciados.
A precisão dimensional requer atenção à expansão térmica. O alto coeficiente de expansão térmica do alumínio significa que as variações de temperatura durante a usinagem ou entre a usinagem e a inspeção podem afetar significativamente as dimensões medidas. A temperatura consistente do líquido refrigerante e permitir que as peças atinjam o equilíbrio térmico antes da inspeção final são boas práticas. A deflexão da peça devido às forças de fixação ou às forças de corte deve ser considerada, especialmente para seções finas.
Pós{0}}operações de usinagem
A rebarbação é frequentemente necessária após a usinagem do alumínio. Os métodos mecânicos incluem escovação, rotação e jateamento de mídia. A rebarbação química usando soluções alcalinas pode remover rebarbas finas de geometrias complexas. A quebra ou chanframento de arestas é frequentemente especificada para evitar arestas vivas e melhorar a segurança no manuseio.
Os tratamentos de superfície melhoram a aparência e o desempenho. A anodização cria uma camada de óxido dura e{1}}resistente à corrosão, disponível em diversas cores para aplicações decorativas e funcionais. O revestimento de conversão de cromato fornece proteção contra corrosão sem alterações dimensionais significativas. A pintura e o revestimento em pó oferecem acabamentos cosméticos duráveis. A passivação melhora a resistência à corrosão para certas composições de liga.
Aplicações e Indústrias
A indústria aeroespacial depende amplamente da usinagem CNC de alumínio para componentes estruturais de fuselagem, nervuras de asas, estruturas de fuselagem e mecanismos de superfície de controle, onde a relação resistência-por{1}}peso é fundamental. As aplicações automotivas incluem blocos de motores, cabeçotes de cilindro, carcaças de transmissão e componentes de suspensão. A indústria eletrônica produz dissipadores de calor, gabinetes e componentes de chassi que aproveitam a condutividade térmica e as propriedades de blindagem eletromagnética do alumínio. Os fabricantes de equipamentos médicos usinam alumínio para caixas de instrumentos, estruturas de equipamentos de imagem e componentes de ferramentas cirúrgicas. Os produtos de consumo variam desde quadros de bicicletas e equipamentos esportivos até corpos de câmeras e chassis de smartphones.
