Introdução à usinagem CNC de alumínio
Muito poucas substâncias podem igualar a incrível versatilidade do alumínio.O alumínio é altamente usinável e relativamente barato, tornando-o perfeito para usinagem CNC.Os fabricantes podem usiná-lo três ou até quatro vezes mais rápido do que outros materiais de usinagem comuns, como aço e titânio.
Isso é flexibilidade e impressionante relação resistência-peso tornam-no ideal para uso como painéis externos de todos os meios de transporte, desde automóveis e trens até aeronaves e barcos.
A maior ênfase na eficiência de combustível e na “leveza” fez com que o alumínio substituísse os metais mais pesados tradicionalmente usados para fabricar componentes e estruturas internas.Isso é alta resistência à corrosão também evita a necessidade de revestimentos anticorrosivos pesados e caros, muitas vezes exigidos por outros materiais.
Além disso, o alumínio é não tóxico, maleável e 100% reciclável.É por isso que o metal é tão amplamente utilizado em recipientes, bandejas, tampas, sachês, bolsas e embalagens para alimentos e bebidas.
Graças ao seu acabamento de superfície elegante e prateado, também é adequado para dispositivos eletrônicos como smartphones, laptops, tablets e TVs de tela plana.Pode até ser encontrado em projetos de construção tanto como recurso de design quanto para fornecer suporte estrutural.
Junte todas essas características e você terá um material mais leve que o aço, mais forte e mais confiável que o plástico, barato, prontamente disponível e infinitamente adaptável.
Este guia irá ajudá-lo a entender:
• De onde vem o alumínio?
• O que é usinagem CNC?
• Que tipos de alumínio são utilizados na usinagem CNC?
• Usinagem CNC de aço versus alumínio?
• Quais são os processos de usinagem CNC de alumínio mais comuns?
De onde vem o alumínio?
Alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre.A indústria metalúrgica funde mais de 40 milhões de toneladas por ano e os fabricantes a utilizam em inúmeras aplicações.
Como a maioria dos metais, o alumínio está presente nas rochas de toda a crosta terrestre como minério.As empresas de mineração extraem quase todo o alumínio metálico do minério de bauxita, que normalmente contém 30% a 60% de óxido de alumínio (ou alumina).O resto é uma mistura de sílica, vários óxidos de ferro e dióxido de titânio.
Um processo de duas etapas transforma alumina em alumínio metálico:
1. Extração de alumina da bauxita
Quase todo o fornecimento mundial de alumina é produzido usando o Processo Bayer.O químico austríaco Carl Josef Bayer desenvolveu esta técnica no final do século XIX.
Envolve esmagar a bauxita até formar um pó fino, misturá-la com água e aquecer a mistura com soda cáustica.A soda cáustica dissolve a alumina, permitindo que ela passe pelos filtros.
Os produtores adicionam cristais de hidróxido de alumínio à solução de alumina e depois aquecem e secam a mistura para produzir alumínio.
2. Fundição de alumina para produzir alumínio metálico
Cheirar alumínio, as refinarias dissolvem a alumina em um banho fluorado e usam uma corrente elétrica para decompô-la em alumínio metálico e oxigênio por meio de um processo chamado eletrólise.Em seguida, eles coletam o alumínio e o levam a um forno, onde o combinam com material de alumínio reciclado e o aquecem até derreter.
Em seguida, é derramado em moldes ou extrudado mecanicamente em várias formas.Os mais comuns são chapas, tarugos, vergalhões, tubos, chapas, barras e fios.Eles são então cortados em diferentes formatos e tamanhos e enviados para outra empresa ou fabricante que os usinará em inúmeros produtos.
O que é usinagem CNC?
A Máquina cnc combina técnicas tradicionais de fabricação com um sistema de controle numérico computadorizado (CNC).Isso permite cortar e moldar material em estoque em objetos impossíveis ou muito demorados e caros de serem alcançados manualmente.
Ser controlado por computador proporciona um nível extremamente alto de precisão.Isto se traduz em maior precisão, consistência, produtividade, controle e liberdade de design com menos desperdício.
As primeiras máquinas controladas numericamente foram desenvolvidas no final da década de 1940, acrescentando motores aos equipamentos já em uso.O advento dos computadores na década de 1960 levou ao desenvolvimento de modernas máquinas CNC.
O mais usado Máquinas CNC são fresadoras e furadeiras, tornos e cortadores de plasma, laser e água.
Todas essas máquinas executam o que é conhecido como métodos de fabricação “subtrativos”.Isso significa que o material é removido (subtraído) de uma peça durante o processo.
Que tipos de alumínio são usados na usinagem CNC?
Na sua forma pura, o alumínio é maleável, resistente à maioria das formas de corrosão, não magnético e excelente condutor de calor e eletricidade.No entanto, é demasiado fraco para a maioria das aplicações comerciais.
Maior resistência é obtida combinando o alumínio fundido com outros elementos como cobre, lítio, magnésio, manganês, silício e zinco para formar uma liga.Estas ligas também melhoram ainda mais outras propriedades naturais do alumínio.
As ligas mais comuns usadas em usinagem CNC de alumínio dividem-se em três grupos:
Ligas de alumínio fundido—Fundido significa moldado enquanto fundido ou líquido.Os produtores formam esse tipo de liga despejando alumínio fundido em um molde e resfriado.As ligas de alumínio fundido são acessíveis, versáteis, leves, duráveis e apresentam bom desempenho sob altas temperaturas.
A indústria automotiva é a maior usuária de ligas fundidas, respondendo por cerca de dois terços do alumínio utilizado nos automóveis.As peças feitas de ligas fundidas incluem peças de motor, carcaças, colunas de direção e, cada vez mais, suportes estruturais.Outros usos comuns incluem utensílios de cozinha, componentes de máquinas e ferramentas manuais.
As ligas fundidas são de produção mais barata devido ao seu baixo ponto de fusão e podem produzir uma gama mais ampla de formatos graças à flexibilidade dos moldes.Mas eles tendem a ter resistência à tração mais baixa do que as ligas forjadas, não são tão fáceis de usinar e são mais resistentes ao desgaste das ferramentas de corte.
Ligas de alumínio e lítio (Al-Li)—O lítio é o metal elementar menos denso, tornando este tipo de liga significativamente mais leve que o alumínio puro ou outros materiais.Devido a esta característica, a indústria aeroespacial utiliza principalmente ligas de Al-Li para revestimentos inferiores das asas, estruturas internas das asas, fuselagens e pás do ventilador.Você também pode encontrá-los em carros de corrida e foguetes espaciais.
As vantagens de peso oferecidas pelas ligas Al-Li são compensadas por sua menor usinabilidade e redução da tenacidade à fratura (a capacidade de um material contendo uma trinca de resistir a novas trincas).Eles são produzidos em volumes relativamente pequenos, o que também significa que são mais caros.
Ligas de alumínio forjado—Forjado significa moldado enquanto está no estado sólido.Este tipo de liga é produzido formando alumínio fundido em tarugos ou grandes placas e, em seguida, usando ferramentas para laminar, forjar, estampar ou extrusar esses blocos em forma.
As ligas forjadas são o material mais utilizado em usinagem CNC de alumínio.Isto se deve às suas propriedades mecânicas superiores e integridade estrutural em comparação com ligas fundidas.São mais fáceis de usinar, apresentam melhor acabamento superficial e apresentam menor resistência ao desgaste nas bordas das ferramentas de corte.
Usinagem CNC de aço versus alumínio
Alumínio e aço são os metais mais utilizados na usinagem CNC.Escolher qual é o caminho certo para uma aplicação específica se resume a cinco fatores:
1. CUSTO — Os aços macios e os aços carbono são geralmente mais baratos que os equivalentes em liga de alumínio.Já o aço inoxidável tende a ser mais caro.No entanto, o preço do metal varia dependendo da procura global e do custo das matérias-primas, energia e transporte.
Ao analisar o custo, também é importante considerar a durabilidade do material.Uma decisão que possa poupar dinheiro a curto prazo poderá custar mais a longo prazo.
2. RESISTÊNCIA À CORROSÃO — O alumínio e o aço inoxidável são altamente resistentes à ferrugem e à corrosão.No entanto, o aço inoxidável é uma opção mais cara.Os fabricantes ou usuários finais precisarão pintar, tratar ou revestir qualquer outro tipo de aço para protegê-lo, especialmente se pretenderem expor a peça acabada aos elementos.Esses revestimentos significam peso e custo adicionais, e também precisam ser reaplicados regularmente com custos adicionais.
3. PESO — O alumínio é duas a três vezes mais leve que o aço.Quase todas as empresas procuram alcançar o mesmo ou melhor desempenho do produto, incorporando materiais mais leves.Essa tendência de “leve peso” fez com que os fabricantes substituíssem muitas peças anteriormente usinadas em aço por alumínio.
4. FORÇA — O aço pode ser mais pesado que o alumínio, mas isso o torna um material muito mais durável.O aço é incrivelmente forte e é improvável que deforme, dobre ou deforme sob força, calor ou peso.Além disso, a superfície do alumínio é mais propensa a arranhões e amassados em comparação com o aço.
5. MAQUINABILIDADE — Ser menos denso que o aço significa que o alumínio pode ser usinado três ou até quatro vezes mais rápido.O alumínio também esfria mais rapidamente que o aço;isso reduz o tempo necessário para usinar uma peça (tempo de ciclo) e a quantidade de refrigerante necessária.
Comparado ao aço, o alumínio requer muito menos força de corte.Isto reduz o desgaste das ferramentas de corte, ajudando a mantê-las afiadas por mais tempo.Também é possível usinar alumínio CNC em máquinas menores e, portanto, potencialmente mais baratas.
Quais são os processos de usinagem CNC de alumínio mais comuns?
Fresadoras CNC são a forma mais comum e versátil de usinagem de peças de alumínio.A máquina usa ferramentas de corte rotativas para esculpir material com eficiência e precisão a partir de um bloco de material estacionário.
As fresadoras tradicionais transformaram-se em “centros de usinagem” na década de 1960 graças à chegada dos sistemas de controle numérico computadorizado (CNC), trocadores automáticos de ferramentas e carrosséis de ferramentas.Essas máquinas estão disponíveis em configurações de 2 a 12 eixos, embora 3 a 5 eixos sejam as mais utilizadas.
Tornos metálicos CNC, ou Centros de torneamento CNC de metal, segure e gire firmemente uma peça de trabalho enquanto um cabeçote segura uma ferramenta de corte ou broca contra ela.Essas máquinas permitem uma remoção muito precisa de material e os fabricantes as utilizam em uma ampla gama de indústrias.
As operações típicas de torno incluem perfuração, modelagem, abertura de canais, rosqueamento, rosqueamento e afilamento.Os tornos metálicos CNC estão substituindo rapidamente os modelos de produção mais antigos e manuais devido à sua facilidade de configuração, operação, repetibilidade e precisão.
Cortadores de plasma CNC aqueça o ar comprimido a uma temperatura muito alta para criar um “arco de plasma” capaz de derreter metal de até 15 centímetros de espessura.O material em folha é mantido plano contra uma mesa de corte e um computador controla o caminho da cabeça da tocha.O ar comprimido sopra o metal fundido quente, cortando assim o material.Os cortadores de plasma são rápidos, precisos, relativamente fáceis de usar e acessíveis, e fabricantes os usam euem muitas indústrias.
Máquinas CNC a laser derreta, queime ou vaporize o material para criar uma borda cortada.Semelhante a um cortador de plasma, o material em folha é mantido plano contra uma mesa de corte e um computador controla o caminho do feixe de laser de alta potência.
Os cortadores a laser usam menos energia que os cortadores a plasma e são mais precisos, principalmente ao cortar folhas finas.No entanto, apenas os cortadores a laser mais poderosos e caros são capazes de cortar materiais grossos ou densos.
Cortadores de água CNC use jatos de água de pressão extremamente alta forçados através de um bico estreito para cortar o material.A água por si só é suficiente para cortar materiais macios como madeira ou borracha.Para cortar materiais duros como metal ou pedra, os operadores geralmente misturam uma substância abrasiva sagacidadeh água.
Os cortadores de água não aquecem materiais como os cortadores de plasma e a laser.Isto significa que a presença de altas temperaturas não irá queimar, deformar ou alterar a sua estrutura.Também ajuda a reduzir o desperdício e permite que as formas cortadas de uma folha sejam colocadas (ou aninhadas) mais próximas umas das outras.
