Guia de usinagem para alumínio 7075
O alumínio 7075 é um material de alta qualidade no mundo da manufatura devido à sua elevada resistência, aliada à sua excelente usinabilidade. O alumínio 7075 é muito utilizado nos mercados aeroespacial e automotivo, bem como em aplicações de alto desempenho. Trata-se de uma liga de alta resistência, com limite de escoamento semelhante ao de certos tipos de aço. Possui a leveza e a excelente capacidade de formação de cavacos típicas do alumínio. A otimização do uso desse material pode ser alcançada por meio do conhecimento dos parâmetros de corte, da seleção de ferramentas e da fixação.
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Por que o alumínio 7075 é ideal para usinagem CNC
O alumínio 7075 possui uma excepcional relação resistência/peso. É ideal para aplicações que exigem peças leves e de alto desempenho. Sua alta usinabilidade permite a criação de formas e geometrias complexas com facilidade. O alumínio possui alta resistência à fadiga e é perfeito para indústrias onde o peso é um fator crítico, como a aeroespacial.
Propriedades do alumínio 7075 e sua composição química.
Propriedades do material de alumínio de 7075são devidos à sua composição químicaEsta é uma liga de zinco que ocupa uma posição especial na família das ligas. Ela pode competir com o aço em termos de resistência e ainda possui a vantagem de poder ser processada como o alumínio.
Composição química
A principal liga do aço 7075 é o zinco (5.1-6.1%), contendo também cobre (1.2-2.0), magnésio (2.1-2.9) e cromo (0.18%-0.28) que aumentam a resistência da liga. O tratamento térmico de endurecimento por precipitação pode ser usado nessa composição, e ela é muito mais resistente do que outros tipos de alumínio.
A têmpera mais comum, T6, utilizada em aplicações de usinagem, atinge uma resistência à tração máxima de 83,000 PSI e uma resistência à tração de 73,000 PSI. Esses valores são semelhantes aos dos aços de médio carbono, e o alumínio mantém sua densidade de 2.81 g/cm³.
O teor de ferro é limitado a 0.50% para otimizar a usinagem. O teor de silício é mantido baixo (0.40%) para garantir a usinabilidade ideal. Esses níveis controlados de impurezas contribuem para a formação de superfícies de alta qualidade, obtidas sempre que o alumínio 7075 é usinado com as técnicas apropriadas.
Propriedades mecânicas
A série 7075 é melhor em termos de resistência do alumínio do que qualquer outra classe. Sua alta resistência à tração, alta resistência à fadiga e boa resistência à fissuração por tensão a tornam a mais adequada para uso como componente estrutural quando submetida a esforços extremos.
A têmpera T73 é utilizada em aplicações que exigem durabilidade e seções espessas. Ela apresenta resistência superior à corrosão sob tensão, embora tenha uma resistência mecânica inferior (78000 PSI de resistência à tração). A aplicação específica influenciará o tipo de material a ser utilizado e a especificação do tratamento térmico.
Têmpera T6 vs T73
T6 e T73 são variantes do alumínio 7075. Compartilham a mesma composição química, mas desenvolvem propriedades físicas diferentes, pois são processados por métodos distintos.
A têmpera do alumínio 7075-T6 é obtida por tratamento térmico do metal. Ele é envelhecido artificialmente para atingir as melhores propriedades mecânicas desejadas. 7075-T73 é a têmpera de alumínio obtida após tratamento térmico do metal. Ela é estabilizada por envelhecimento artificial para obter máxima resistência à corrosão sob tensão.
Características de usinabilidade do alumínio 7075
Usinagem CNC em alumínio 7075
A usinabilidade do alumínio 7075 é, de fato, boa, proporcionando remoção rápida de metal e um acabamento limpo. O cavaco e suas características determinam o ambiente ideal para operações CNC com alta produtividade.
Classificação de usinabilidade e formação de cavacos
A usinabilidade do alumínio 7075 é de 70% em relação ao latão de usinagem livre. Isso é superior à maioria dos aços e ligas de alumínio. O uso de parâmetros adequados, por meio de um controle preciso, permite alcançar velocidades de corte mais altas, maior vida útil da ferramenta e uma superfície mais limpa. Isso resulta em maior produtividade, com redução do tempo de ciclo e manutenção de um corte constante.
Após torneamento e fresamento, a liga produz cavacos curtos e limpos. Isso reduz as possibilidades de ressoldagem e elimina o acúmulo irregular de cavacos. Um sistema simples é utilizado para o manuseio dos cavacos, e fluido de corte de alta pressão é empregado para melhorar a evacuação dos mesmos. Recomenda-se o uso de ferramentas de metal duro (ou PCD afiado) para o corte da aresta postiça. O tratamento térmico T6 resulta em um material mais frágil em comparação com o recozimento.
Comportamento de borda acumulada
O alumínio 7075 é muito propenso à formação de arestas postiças. Isso se deve às altas taxas de avanço e à velocidade de corte relativamente baixa ou moderada. As arestas postiças afetam a qualidade do acabamento dos produtos e o ângulo de ataque da ferramenta de corte. A têmpera também influencia a formação de arestas. Quanto mais dura a têmpera, menor será a formação de arestas, e vice-versa.
Comparação com outras ligas de alumínio
A usinabilidade do alumínio 7075 é boa, mas podemos classificá-lo como "B" em comparação com a liga de alumínio 6061. O alumínio 6061 é mais fácil de usinar, requer menos energia e proporciona acabamentos mais lisos, enquanto o 7075 exige mais energia devido à sua dureza ligeiramente superior à do 6061.
Parâmetros de corte CNC para alumínio 7075
Usinagem de alta velocidade
As estratégias de usinagem de alta velocidade (HSM) se beneficiam do fato de o aço 7075 possuir excelente usinabilidade, proporcionando boas taxas de remoção de material. É possível criar aplicações com características complexas e acabamentos superficiais de alta qualidade utilizando essa tecnologia. usinagem de precisão de alumínio Ferramentas de pequeno diâmetro e velocidades de rotação do fuso superiores a 15,000 RPM.
O percurso trocoidal também mantém a carga sobre o cavaco constante, além de minimizar o contato radial. Isso permite o uso de altas taxas de avanço em cortes profundos, sem sobrecarregar as ferramentas de corte. O processo aumentou a remoção de metal em 300 a 500% em comparação com a fresagem lateral convencional, e a vida útil da ferramenta também é prolongada devido à redução das forças de corte e da geração de calor.
O aumento adicional da produtividade se dá por meio de estratégias de desbaste adaptativas, que aumentam ou diminuem automaticamente a taxa de avanço conforme o material é processado. Esses percursos de ferramenta inteligentes mantêm uma carga constante no fuso, evitando sobrecargas na ferramenta causadas pela programação convencional.
As velocidades e os avanços
Peças de alumínio 7075
Ao usinar alumínio 7075, maximize a produtividade otimizando a relação entre a taxa de avanço, a velocidade de corte e a profundidade de corte. Devido à sua excelente usinabilidade, o material pode ser usinado com parâmetros que, de outra forma, danificariam as ferramentas.
Esses parâmetros fornecerão um bom ponto de partida para ajustes que podem ser feitos de acordo com as capacidades da máquina, a configuração da peça e o acabamento superficial desejado. As máquinas de alta velocidade atuais podem atingir esses limites superiores com as ferramentas e dispositivos de fixação adequados.
Desobstrução trocoidal e adaptativa
O desbaste trocoidal e adaptativo são métodos eficazes para o desbaste de alumínio. São preferidos devido à sua alta capacidade de gerenciar o calor e controlar a força de corte; além disso, apresentam melhor evacuação de cavacos em comparação com os métodos convencionais.
Comparação do alumínio 7075 com outros materiais
Ao comparar o aço 7075 com outras alternativas, os engenheiros conseguem fazer escolhas mais acertadas na seleção do material a ser utilizado em determinada aplicação. Esta é a única liga que apresenta um equilíbrio entre resistência, peso e usinabilidade.
Alumínio de tarugo 7075 vs aço 4140
Ao comparar Alumínio 7075 usinado versus aço 4140, Algumas compensações interessantes são evidenciadas. O processo de têmpera e revenido O aço 4140 possui uma resistência à tração na faixa de 90 a 150 ksi.Embora seja quase três vezes mais pesado por unidade de volume, em situações onde a relação resistência/peso é um parâmetro crítico, como nas indústrias aeroespacial e automobilística, o alumínio 7075 é superior. Quando uma peça é submetida aos mesmos níveis de tensão, seu peso é cerca de 60% menor do que o de uma peça feita de aço 4140. Isso considerando que sejam feitas modificações no projeto para levar em conta a menor rigidez do alumínio.
7075 vs 6061 vs 2024 vs 7050
Na usinagem do alumínio 7075, é necessário compará-lo com outras ligas de alumínio em termos de desempenho. Trata-se de uma liga de alto desempenho utilizada na indústria aeroespacial. Substitutos incluem o alumínio 6061, o 2024 e o 7050.
Tipos de alumínio mais comumente usados para usinagem:
- 6061-T6: Menor pressão (máx. 45.000 PSI), porém melhor para soldagem e mais barata.
- 2024-T3: Mesma resistência (70,000 PSI no máximo), mas com melhor resistência à fadiga. Os revestimentos de aeronaves são comuns e as máquinas têm mais dificuldade em usiná-los.
- 7050-T7451: Maior resistência à corrosão sob tensão. Uma opção de chapa mais espessa, porém mais cara.
- 7075-T6 Padrão da indústria para componentes de alta tensão; melhor combinação de resistência, usinabilidade e disponibilidade.
A usinabilidade do alumínio 7075 é superior à do 2024, apresentando menor tendência à formação de aresta postiça e boa formação de cavacos. A maior resistência do 7075 em comparação ao 6061 permite a construção de componentes mais leves, o que compensa o custo ligeiramente superior do material em aplicações de desempenho crítico.
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Selecionando a ferramenta certa para usinagem de alumínio
Usinagem personalizada de alumínio 7075
Ao trabalhar com o aço 7075, a ferramenta correta maximizará a produtividade e o acabamento superficial. As características do material exigem geometrias de ferramentas e revestimentos diferentes daqueles usados para aços ou outros metais.
Geometrias de ferramentas de metal duro para 7075
As ferramentas de metal duro têm sido a opção mais popular para usinagem de alumínio. Elas oferecem excelente resistência ao desgaste e a rigidez necessária para manter a precisão dimensional em altas taxas de produção. O desempenho é influenciado pela geometria da ferramenta. Geometrias projetadas especificamente para alumínio apresentam desempenho superior às de uso geral.
Ângulos de ataque positivos de 10 a 15 graus podem reduzir o consumo de energia e as forças de corte, além de melhorar o acabamento superficial. São mais eficazes no alumínio devido à sua matriz macia. No entanto, em materiais mais duros, lascam imediatamente.
O número de canais de corte influencia a taxa de remoção de cavacos e a taxa de avanço. Fresas com dois ou três canais são ideais para passes de desbaste que exigem cortes profundos. Em passes de acabamento, fresas com quatro ou cinco canais oferecem taxas de avanço da mesa mais elevadas. Hélices e passos variáveis melhoram a qualidade da superfície na usinagem de precisão de alumínio.
Ferramentas PCD para Produção em Série
O uso de ferramentas de diamante policristalino é uma ótima opção para usinagem de alumínio. O PCD pode aumentar a vida útil em várias vezes, até uma ordem de magnitude, em comparação com o carboneto cementado (tipicamente de 5 a 20 vezes, dependendo das condições de operação).
Os diamantes possuem um coeficiente de atrito extremamente baixo e são muito duros. Eles podem cortar alumínio sem se desgastarem. As arestas de corte permanecem afiadas, garantindo superfícies consistentes mesmo em longos períodos de produção. Essa característica é particularmente útil em aplicações aeroespaciais, onde a consistência dimensional é crucial para grandes lotes de peças.
O PCD é o material de acabamento mais adequado quando se necessita obter superfícies de alta qualidade. O material é capaz de atingir superfícies com rugosidade Ra de 8 a 16 quando as velocidades e avanços são otimizados. É possível reduzir os custos de fabricação eliminando os processos secundários de retificação e polimento.
Estratégias para Líquidos de Arrefecimento e Lubrificantes
Peças Usinadas em Alumínio 7075
Na usinagem de alumínio 7075, o uso adequado de fluido de corte aumenta a vida útil da ferramenta, a qualidade da superfície e a precisão dimensional. Embora a alta condutividade térmica do alumínio diminua, em comparação com o titânio ou o aço, a escolha do fluido de corte e o método de aplicação ainda são importantes.
Tipos e concentrações de líquido refrigerante
Esses fluidos de arrefecimento são desenvolvidos utilizando sintéticos e semissintéticos solúveis em água, específicos para alumínio. Eles combinam as propriedades de arrefecimento e lubrificação, evitando manchas e corrosão no alumínio.
A proporção recomendada para usinagem de alumínio 7075 é de 5 a 8%, em contraste com os 8 a 12% normalmente necessários para usinagem de aço. Níveis mais baixos oferecem refrigeração e lubrificação suficientes, além de minimizar a quantidade de resíduos nas peças usinadas e nas áreas de trabalho. Concentrações acima desse nível podem resultar em depósitos brancos que precisam ser removidos das superfícies de alumínio.
O pH do fluido de corte deve ser mantido entre 8.5 e 9.5 para evitar a corrosão do alumínio. O monitoramento e ajuste regulares do pH, da concentração e da contaminação bacteriana aumentarão a vida útil do fluido de corte, a consistência da usinagem e a durabilidade do fluido. O sistema de remoção de óleo contaminante ajuda a eliminar a contaminação do óleo de corte que reduz o desempenho do fluido.
pH e controle de contaminação
Naturalmente, o alumínio forma uma camada de óxido em sua superfície. Isso lhe confere resistência a contaminantes e à corrosão. O nível de pH ideal situa-se entre 7 e 8. Nesse pH neutro, o alumínio permanece em ótimas condições, resistindo a contaminantes agressivos como os cloretos.
Considerações sobre fixação e dispositivos de montagem
Peças usinadas em massa de alumínio 7075
O uso correto de dispositivos de fixação é essencial na usinagem do alumínio 7075, especialmente em componentes de paredes finas ou geometrias complexas, onde as forças de corte podem causar distorção ou deflexão. Além disso, componentes de alumínio tendem a entortar quando submetidos a carga, devido ao baixo módulo de elasticidade do material em comparação ao aço.
Distribuição de partes de paredes finas
Um dos problemas relacionados à fixação de peças aeroespaciais de paredes finas é o deslocamento e a distorção das tensões internas durante a usinagem, devido à remoção de material. Utilizar uma sequência de usinagem simétrica e cortar o material no lado oposto não é tão difícil.
Dispositivos de fixação a vácuo ou cera de baixo ponto de fusão podem suportar paredes finas sem a necessidade de muita força. O tratamento térmico prévio das peças usinadas pode aumentar a estabilidade dimensional de componentes importantes por meio do alívio de tensões. A força é distribuída por meio de mordentes macios para se ajustar à geometria da peça, com o auxílio de fixação hidráulica ou pneumática para eliminar deformações localizadas e distribuir a força uniformemente.
Projeto de dispositivos de fixação para operações de alta velocidade
Os dispositivos de fixação devem ser capazes de suportar as forças de corte em alta velocidade e as forças centrífugas geradas pela usinagem em alta velocidade. Os dispositivos de fixação projetados para usinagem CNC de alumínio em altas velocidades devem ser mais rígidos do que aqueles projetados usando parâmetros convencionais.
As braçadeiras de fixação, sejam elas de pé ou de cinta, devem engatar as peças próximas à zona de corte para minimizar o braço de alavanca, que permite a deflexão da peça. As forças de tração tendem a ser mais eficazes do que as de compressão, pois não criam os momentos de elevação que as braçadeiras laterais podem gerar sob cargas de corte pesadas.
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Requisito para alcançar acabamentos de superfície de nível aeronáutico
Aplicações aeroespaciais frequentemente especificam acabamentos superficiais com rugosidade de até 32 Ra, e superfícies de vedação críticas podem exigir 16 Ra. Com as ferramentas e parâmetros corretos, é possível usinar alumínio 7075 de acordo com essas especificações rigorosas.
O processo de usinagem produz superfícies com rugosidade Ra de 16 a 32 quando se utilizam ferramentas de metal duro afiadas em altas velocidades (2,500 a 4000 SFM) e avanços finos (0.04 a 0.006 IPT). Ao utilizar insertos wiper, é possível obter superfícies ainda mais refinadas. Isso é conseguido dobrando o número de arestas de corte em contato com a peça a cada rotação.
Usinagem CNC de precisão em alumínio 7075 na Boda Tech
A Boda Tech é uma das principais fabricantes de peças metálicas personalizadas e usinagem CNC. Nossos experientes operadores de máquinas possuem décadas de experiência em usinagem de precisão personalizada em alumínio 7075. Conhecemos todos os detalhes do trabalho com ligas de alumínio. Na Boda Tech, valorizamos seu tempo, seu dinheiro e seus objetivos. Nos tornamos seu parceiro, fornecendo peças da mais alta qualidade e com acabamento impecável para que você alcance os resultados desejados.
Conclusão:
Compreender o processo de usinagem do alumínio 7075 é fundamental. É também necessário aplicar métodos consagrados para otimizar os parâmetros, regular os processos e selecionar as ferramentas adequadas. Esta liga de alumínio de alta resistência possui excelente usinabilidade, permitindo altas taxas de remoção de material, superfícies mais refinadas e um acabamento preciso. Por isso, é o material preferido para componentes estruturais aeroespaciais e componentes automotivos de alto desempenho. Componentes de máquinas de precisão também são fabricados com esta liga.
Este guia explica como obter resultados consistentes usando componentes de alumínio 7075. A Boda Tech possui décadas de experiência em usinagem de precisão de alumínio, aplicada a cada projeto. Temos um profundo conhecimento dos desafios apresentados pelas ligas de alumínio de alta resistência e de como superá-los. Nossas habilidades e experiência podem atender às suas necessidades, seja para desenvolvimento de protótipos ou usinagem de produção. Obter uma cotação entrando em contato conosco.