Usinabilidade de Material e Relação com Usinagem CNC

Fresagem CNC

O significado geral de usinabilidade refere-se à facilidade ou dificuldade do material para usinagem. O material altamente usinável requer menos energia para executar a usinagem e não se deforma durante a execução de qualquer operação de usinagem CNC. Por outro lado, a baixa usinabilidade da peça de trabalho é um desafio para manipular na forma desejada. Requer mais energia e pode afetar o ferramentas de corte.

Este artigo irá discutir brevemente usinabilidade, fatores que afetam, medição, melhoria da usinabilidade e sua relação com a usinagem CNC.

O que é usinabilidade?

De acordo com o relatório abordagem de fabricação subtrativa, o material precisa ser removido da peça de trabalho para criar a peça desejada. A usinabilidade do material é a medida de quão facilmente ele pode remover o material durante as operações de usinagem, como fresamento, torneamento, furação e outros.

A usinabilidade de qualquer material depende de suas propriedades físicas, mecânicas e químicas. Algumas propriedades importantes do material que influenciam a usinabilidade são dureza, elasticidade, resistência mecânica, encruamento, expansão térmica e condutividade térmica.

Quer um material seja feito de metal, uma liga, plástico, cerâmica ou fibra, sua usinabilidade é determinada por suas características e condições de usinagem. No entanto, os operadores de usinagem podem sentir a usinabilidade da peça a partir dos resultados da usinagem. O material com boa usinabilidade produz desgaste mínimo nas ferramentas de corte, acabamento superficial liso, requer menos tempo e pode ser mantido com tolerâncias apertadas.

Fatores que afetam a usinabilidade de marciais?

Existem diferentes propriedades físicas e mecânicas que afetam a usinabilidade do material. Vamos discuti-los em detalhes.

• Dureza:

O principal fator que influencia a usinabilidade de um material é sua dureza. A alta dureza da peça de trabalho é geralmente considerada difícil de processar com operações de usinagem.

A dureza de qualquer material descreve a dificuldade de deformar a peça de trabalho. Além disso, a dureza também sugere a estrutura interna compacta do material (estrutura cristalina e limites de grão). A estrutura interna compacta do material duro desafia a ferramenta de usinagem a remover o material e requer alta força.

• Propriedades térmicas

A usinagem de todos os materiais gera calor. Por exemplo, metais e ligas geram temperaturas de até 800 a 900 graus. Os dentes da ferramenta de corte entram em contato continuamente e saem da peça de trabalho. Se a peça de trabalho tiver baixa condutividade térmica, os cavacos não absorverão muito calor e a ferramenta estará sujeita a uma carga térmica, que pode afetar a usinabilidade.

• Endurecimento de trabalho

O endurecimento é o processo de tratamento térmico para metais e ligas, que envolve o aquecimento do material em um nível específico, seguido por um processo de resfriamento. Aumenta a dureza do material. Basicamente, o encruamento torna o processo de usinagem mais desafiador devido ao aumento da dureza. Portanto, é recomendável prosseguir com o endurecimento após a conclusão da usinagem.

Usinagem e Usinagem CNC

Usinagem CNC de material duro

A usinagem CNC é compatível com diversos materiais, incluindo metal e plástico, além de materiais comuns como metais, ligas metálicas, plásticos, compósitos, fibras, madeira e muitos outros. A usinabilidade CNC de cada material varia devido às suas propriedades e condições de usinagem específicas.

• Material e geometria da ferramenta

O material da ferramenta também afeta a usinabilidade da peça. A seleção de ferramentas deve ser baseada nas propriedades físicas e mecânicas do material da peça. Dureza e resistência ao desgaste são dois fatores importantes para o material da ferramenta de corte que precisa ser maior que a peça de trabalho. Por exemplo, a ferramenta de metal duro supera a dureza do aço carbono e oferece a usinabilidade necessária.

A geometria da ferramenta de corte também influencia a usinabilidade da peça. Por exemplo, é necessário um ângulo específico para enfrentar a operação.

• Taxa de alimentação

A taxa de avanço também afeta a facilidade com que a peça de trabalho complexa será usinada. A taxa de avanço é diretamente proporcional à usinabilidade. O material altamente usinável pode ser processado com alta taxa de avanço, enquanto o material de baixa usinabilidade pode ser usinado com precisão com baixa taxa de avanço.

Por exemplo, o alumínio é mais usinável do que as ligas de aço, portanto, uma alta taxa de avanço é preferível para o alumínio. A taxa de avanço do alumínio na usinagem CNC varia de 0.004 a 0.012 polegada/dente, enquanto a liga de aço (300-400 Brinell) é usinada em uma faixa de 0.0015 a 0.004 polegada/dente (VELOCIDADES E ALIMENTAÇÕES).

• velocidade de corte

A velocidade de corte e a usinabilidade de um material têm uma forte relação. A força de corte é ajustada na operação de usinagem CNC com base na usinabilidade da peça. A maior velocidade de corte pode causar danos à ferramenta para a peça com baixa usinabilidade. A baixa velocidade de corte é preferível para uma peça de baixa usinabilidade.

• Profundidade de corte

Alta profundidade de corte em uma peça de trabalho com baixa usinabilidade é bastante desafiadora em termos de precisão, acabamento de superfície, e desgaste na ferramenta. No entanto, o altamente usinável pode ser usinado facilmente com uma grande profundidade de corte. A dureza é a principal razão por trás disso; a estrutura interna compacta de material duro resiste à força de corte da ferramenta de usinagem.

• A rigidez da máquina CNC

A capacidade e rigidez da máquina CNC também afetam a usinabilidade da peça de trabalho. A facilidade com que uma peça de trabalho pode ser processada depende da rigidez da máquina. A rigidez da máquina inclui o aperto dos parafusos, o mecanismo de fixação, a qualidade do rolamento, o peso e a dureza da máquina.

Como medir a usinabilidade de um material?

A usinabilidade é uma característica de material muito complicada que depende de diferentes fatores e é difícil de quantificar em números. Além disso, a usinabilidade da mesma peça de trabalho pode ser diferente com base em o tipo de usinagem, como fresamento, torneamento, furação e assim por diante.

Um índice de usinabilidade é uma abordagem popular para quantificar a usinabilidade dos materiais. É usado na fabricação para comparar a usinabilidade de diferentes materiais.

Índice de usinabilidade (I, %) = Vi/Vs × 100

Vi representa a velocidade de corte do metal por um tempo especificado e Vs representa a velocidade de corte do aço padrão por um tempo limitado (O que é índice de usinabilidade? Critérios considerados na avaliação da usinabilidade? 2018).
A quantificação relativa da usinabilidade do material é feita apenas variando a velocidade de corte. Todas as outras variáveis, como material da ferramenta, geometria e taxa de avanço, permanecem inalteradas. Se você estiver interessado em descobrir o índice de usinabilidade de qualquer material, existe uma calculadora de índice de usinabilidade online.

Usinabilidade de alguns materiais CNC populares (Zeng, 2007)

Como aumentar a usinabilidade dos materiais?

Melhorar a usinabilidade envolve alterar as propriedades físicas e mecânicas fixas para torná-lo mais usinável do que o estado normal.
Existem três maneiras principais de aumentar a usinabilidade: adição de aditivos, tratamento térmico e controle de variáveis ​​operacionais.

Usinabilidade de alguns materiais CNC populares

O material comum em projetos de usinagem CNC inclui aço, alumínio, cobre, termoplástico, compósitos e plásticos. Vamos discutir a usinabilidade desses materiais.

• Aço

A usinabilidade do aço depende do teor de carbono, pois está diretamente associado à dureza do aço. O aço com alto teor de carbono é difícil de usinar e requer ferramentas de metal duro altamente rígidas. Porém, os aços com baixo teor de carbono ainda são desafiadores porque aderem às ferramentas de corte.

• Aço inoxidável

O aço inoxidável não é fácil de trabalhar com máquinas CNC. A dureza e a gomosidade o tornam desafiador. A melhor ideia para torná-lo altamente usinável é um leve endurecimento com tratamento térmico.

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• Alumínio:

Como alumínio e suas ligas têm uma dureza menor que o aço, eles são altamente usináveis ​​com operações de usinagem CNC. Altas velocidades de corte com uma ampla inclinação e ângulos de alívio são recomendados para um resultado de qualidade.

• Cobre

O cobre apresenta alta usinabilidade que o aço e menor que o alumínio. Pode ser usinado com precisão com CNC com velocidade de corte média.

• Plásticos

Os plásticos não têm muita tenacidade, mas o efeito térmico dificulta a usinagem com a tecnologia CNC. O calor gerado durante a usinagem pode derreter os plásticos localmente, diminuindo a vida útil da ferramenta.

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• Composites

Composites têm a menor usinabilidade por causa de sua baixa condutividade térmica e rigidez. A usinagem CNC de compósitos requer ferramentas especiais e atenção redobrada nas operações.

Conclusão

A usinabilidade é a facilidade ou dificuldade de manipular o material na forma desejada pela abordagem de fabricação subtrativa. É um dos fatores importantes a considerar antes de entrar em qualquer operação de usinagem CNC. É fundamental fixar as variáveis ​​da usinagem CNC, como velocidade de corte, profundidade de corte, avanço e mecanismo de fixação, seguindo o nível de usinabilidade da peça para obter o melhor resultado.

Analisar a funcionalidade da peça de acordo com a usinabilidade da matéria-prima é um processo bastante complicado. Existem vários fatores a serem considerados para otimizar a usinabilidade e obter um resultado preciso, mas não se preocupe! A Boda é a provedora líder de serviços de manufatura sob demanda para projetos de usinagem CNC. Consideramos a usinabilidade e outros vários fatores na criação de peças precisas e de qualidade para você.

Perguntas Frequentes

O que se entende por usinabilidade?

A usinabilidade de qualquer material refere-se à facilidade com que ele pode ser moldado na forma necessária por meio de operações de usinagem.

Quais propriedades de um material influenciam sua usinabilidade?

Diversas variáveis ​​afetam a usinabilidade de um material, como dureza, resistência mecânica, elasticidade, condutividade térmica e encruamento. As outras variáveis ​​incluem condições de operação, material da ferramenta e tipo de operação de usinagem.

Como posso aumentar a usinabilidade de qualquer material?

Você pode aumentar a usinabilidade de um material adicionando outros compostos, como chumbo e enxofre. Além disso, o tratamento térmico e a otimização das variáveis ​​operacionais são as outras duas abordagens.

Como a usinabilidade do material e a usinagem CNC estão relacionadas?

Embora os materiais de baixa usinabilidade sejam difíceis de trabalhar e exijam várias considerações para a usinagem CNC, os materiais de alta usinabilidade são facilmente compatíveis e criam peças precisas.

Bibliografia

(Nd). VELOCIDADES E ALIMENTAÇÕES. de https://mae.ufl.edu/.

(2018). O que é índice de usinabilidade? Critérios considerados na avaliação da usinabilidade? de https://www.mecholic.com/.

Zeng, J. (2007). DETERMINAÇÃO DA MAQUINABILIDADE E DAS PROPRIEDADES DE CORTE ABRASIVO NO CORTE AWJ. Estudioso de SEMÂNTICA.