torneamento de aço inoxidável
O aço inoxidável é um material de engenharia comum, utilizado devido à sua resistência, tenacidade, resistência ao impacto e proteção contra corrosão. No entanto, são necessários processos de usinagem, fabricação e outros para transformar o aço inoxidável bruto em itens funcionais.
Entre diferentes usinagem de aço inoxidável A usinagem, também conhecida como torneamento, é utilizada na fabricação de componentes cilíndricos, como eixos, hastes, pinos, buchas e cones cônicos.
Como existem muitas ligas de aço inoxidável que se comportam de maneira diferente durante o torneamento, é importante considerar a usinabilidade, a compatibilidade das ferramentas e outros fatores para garantir componentes sem defeitos.
Este artigo abordará os diversos aspectos da usinagem de aço inoxidável, incluindo os tipos de aço inoxidável, suas vantagens e os potenciais desafios de usinagem.
O que é torneamento de aço inoxidável?
Torneamento cônico
O torneamento é um tipo de processo de usinagem CNC usado para criar formas axialmente simétricas (cilíndricas, cônicas, esféricas, etc.) e detalhes de superfície. Pode ser utilizado com todos os tipos de aço inoxidável, incluindo aços-ferramenta temperados.
Os fabricantes utilizam tornos CNC ou centros de torneamento para operações de torneamento. Eles proporcionam alta velocidade de usinagem, precisão rigorosa, acabamento e repetibilidade em múltiplos lotes. Consequentemente, o torneamento é técnica e economicamente viável para todos os volumes de produção.
" No torneamento, a peça de aço inoxidável fixada ao eixo do cabeçote gira em alta rotação e a ferramenta fixada ao porta-ferramentas se move para dentro. longitudinal ou transversal direção para moldar a peça de trabalho."
As peças torneadas em aço inoxidável mais comuns incluem eixos de transmissão, cilindros hidráulicos, componentes de bombas de combustível, parafusos e buchas.
O aço inoxidável é difícil de tornear?
Sim, o aço inoxidável é difícil de tornear, comparado a muitos materiais para usinagem CNC. No entanto, não é tão difícil quanto o Inconel e as ligas de titânio. É possível tornear aços em CNC para produzir uma variedade de peças de alto desempenho.
Consequentemente, a usinabilidade exata (ou o nível de dificuldade de torneamento) depende das classes específicas de aço inoxidável. Por exemplo, os aços inoxidáveis 303 e 304 são mais fáceis de usinar do que o aço inoxidável PH 17-4.
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O processo de torneamento de aço inoxidável
O processo de torneamento de aço inoxidável envolve uma série de etapas que devem ser executadas com cuidado. Começa com a criação de um projeto de engenharia para a peça desejada, seguido por programação, preparação, torneamento e pós-processamento.
Vamos analisar cada etapa brevemente.
- Design de engenharia: Crie um projeto de engenharia detalhado das peças de aço inoxidável que você deseja usinar, com forma, orientação, dimensões, tolerâncias e outras variáveis bem definidas.
- Seleção de Material: Escolha um grau de usinagem de aço inoxidável adequado com base nos requisitos da sua aplicação.
- Programação CAM: Gere um programa CNC para o projeto que você criou usando um software CAM adequado.
- Configuração da máquina: Prenda o material de trabalho e posicione a ferramenta na máquina; recomenda-se um suporte com mínima saliência.
- Operações de torneamento: Ligue a máquina e monitore todas as operações de torneamento.
- Pós-processamento: Executar lixamento, jateamento com microesferas, polimento, revestimento ou outras operações, se necessário.
Quais são os tipos de aço inoxidável usados na usinagem CNC?
Austenítica, martensítica, ferrítica, endurecimento por precipitação e duplex são as cinco principais estruturas. tipos de aço inoxidável Utilizados em torneamento CNC. Se analisarmos as classes de aço, 303, 304, 316, 416, 430 e PH 17-4 são as mais populares.
Aços Inoxidáveis Austeníticos
Aço inoxidável austenítico
O aço inoxidável austenítico não é magnético e contém cromo, níquel e manganês como principais elementos de liga, com carbono presente em quantidades muito pequenas.
Seu nome deriva de sua estrutura cristalina cúbica de faces centradas (FCC), chamada austenita, que proporciona excelente ductilidade e boa tenacidade.
Embora todos os aços inoxidáveis das classes AISI 200 e 300 pertençam ao grupo dos aços inoxidáveis austeníticos, as classes 303 e 316 são as mais utilizadas na usinagem.
Usinagem de aço inoxidável 303
Comparado a outros aços inoxidáveis, o 303 apresenta boa usinabilidade. De fato, o 303 é considerado o aço inoxidável mais fácil de usinar para qualquer operação de torneamento.
Usinagem de aço inoxidável 316
O aço 316 contém cerca de 2 a 3% de molibdênio adicional, o que proporciona maior resistência à corrosão. No entanto, isso também aumenta a tenacidade e a taxa de endurecimento por deformação, tornando o torneamento do aço inoxidável mais difícil em comparação com o aço inoxidável 303.
Aços inoxidáveis martensíticos
Os aços inoxidáveis martensíticos estão disponíveis com baixo e alto teor de carbono, e os graus de usinagem, como o SS 416, contêm fósforo e enxofre para melhor usinabilidade. Embora o grau martensítico ofereça maior resistência do que o grau austenítico, apresenta menor resistência à corrosão.
Aços inoxidáveis ferríticos
aço inoxidável ferrítico
Os aços inoxidáveis ferríticos caracterizam-se por um alto teor de crómio e um teor mínimo de carbono na sua composição. Consequentemente, não podem ser endurecidos por tratamento térmico, mas podem ser recozidos, sendo, portanto, economicamente viáveis.
O aço inoxidável 430 é o tipo ferrítico mais comum usado em usinagem. Ele oferece resistência moderada à corrosão, superior à dos aços martensíticos, mas geralmente inferior à dos aços austeníticos.
Aços inoxidáveis PH
17-4 PH SS
Os aços inoxidáveis de endurecimento por precipitação (PH) são conhecidos por sua alta resistência e dureza, que são alcançadas através da adição de elementos de liga como cobre e nióbio, e um processo especializado de tratamento térmico, chamado endurecimento por precipitação.
O aço inoxidável 17-4 é a liga de aço inoxidável endurecido mais comum na usinagem. Oferece boa usinabilidade com ferramentas revestidas com AlTiN e AlCrN.
Aços Inoxidáveis Duplex
Os aços inoxidáveis duplex apresentam fases microestruturais ferríticas e austeníticas, geralmente em quantidades iguais. Assim, o fabricante pode aproveitar as propriedades de dois tipos diferentes de aço com classes duplex como o 2205 e o 2507.
Algumas aplicações comuns da usinagem duplex de aço inoxidável incluem tubos para processos químicos, componentes de bombas, válvulas e conexões.
Vantagens do aço inoxidável
Os aços inoxidáveis apresentam diversas vantagens como material de fabricação, incluindo resistência, resistência à corrosão, resistência ao impacto, estabilidade térmica e superfície higiênica.
Aqui estão as cinco principais vantagens do aço inoxidável:
1. Alta resistência mecânica
Os aços inoxidáveis são resistentes e oferecem alta resistência à compressão e à tração, mantendo uma relação de peso proporcional menor do que outros tipos de aço.
2. Resistência à corrosão
Quando os aços inoxidáveis são expostos à umidade, formam uma camada protetora de óxido de cromo que ajuda a prevenir a ferrugem e a degradação.
3. Resistência a alto impacto
É um material de alta resistência a impactos, capaz de absorver cargas repentinas, choques mecânicos e vibrações sem falhar. Portanto, o aço inoxidável pode ser utilizado em peças de máquinas de alto desempenho e componentes estruturais.
4. Superfície higiênica
Primeiro, muitos tipos de aço inoxidável são seguros para o processamento de alimentos e são higiênicos. Segundo, são fáceis de limpar e manter.
5. Desempenho em temperaturas elevadas
Os aços inoxidáveis não perdem suas propriedades até aproximadamente 980°C, o que é benéfico para aplicações em altas temperaturas, como pás de turbinas a gás e peças de aeronaves.
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Problemas e desafios na usinagem de aço inoxidável
Dizer que o aço inoxidável tem boa usinabilidade não significa que ele esteja livre de problemas e desafios de usinagem. Durante o torneamento, você pode enfrentar problemas como acúmulo de calor, encruamento, deformação da peça, cavacos longos, desgaste da ferramenta e acabamento insatisfatório da peça usinada.
A seguir, vamos analisar esses desafios com mais detalhes, um por um.
Acúmulo de calor
O gerenciamento térmico é um grande desafio na usinagem de aço inoxidável. A baixa condutividade do aço inoxidável causa uma transferência de calor ineficiente da área de usinagem, levando ao acúmulo de calor à medida que a ferramenta passa várias vezes.
O calor pode causar desgaste da ferramenta e também afetar a resistência e a dureza da peça. Portanto, utilize água, óleo ou fluidos de corte semissintéticos.
Deformação da peça
A peça de aço inoxidável pode deformar-se durante a usinagem por dois motivos: fixação excessiva ou forças de corte e avanços inadequados. Forças excessivas causam tensão interna, o que leva a microfissuras.
Endurecimento de trabalho
Altas forças de corte e atrito causam a deformação plástica da superfície do material por onde a ferramenta entra em contato, resultando em maior dureza e resistência. Aços como o 304, 201 e 316 são mais propensos a esse problema.
Desafio de Remoção de Lascas
Remoção de cavacos por usinagem
A usinagem de aço inoxidável produz cavacos longos e contínuos que podem se enrolar facilmente, dificultando sua remoção. Isso obstrui as áreas de usinagem, resultando em erros dimensionais e de acabamento. Em alguns casos, o acúmulo de cavacos pode danificar a ferramenta de torneamento.
Acabamento ruim após usinagem
Acabamentos de peças torneadas em CNC
Ferramentas e geometria de ferramentas inadequadas resultam em acabamentos superficiais deficientes em peças torneadas de aço inoxidável. Consequentemente, o endurecimento da peça degrada ainda mais o acabamento usinado, devido ao aumento da dureza.
Portanto, utilize os parâmetros de torneamento, o fluido de corte e as ferramentas de torneamento corretos. Se observar qualquer desgaste na ferramenta, substitua-a imediatamente.
Desgaste na ferramenta de torneamento
Dureza do aço inoxidável A dureza é maior do que a de outros materiais comuns para usinagem CNC; algumas classes chegam a atingir 110 HRB. Portanto, a taxa de desgaste das arestas de corte é mais rápida. Isso causa imprecisões dimensionais e uma superfície mais áspera. Para solucionar esse problema, utilize ferramentas com revestimento duro e monitore o desgaste regularmente.
Usinabilidade do aço inoxidável e fatores que afetam
Tomando como referência o aço AISI 1212, a usinabilidade do aço inoxidável varia de 30 a 70%, dependendo do tipo ou classe. Os aços inoxidáveis 303, 430 e 420 são mais fáceis de usinar do que os 304 e 316.
A seguir, vamos analisar os principais fatores que afetam a usinabilidade do aço inoxidável: dureza, condutividade térmica, tenacidade, geometria da ferramenta, desgaste da ferramenta e taxa de encruamento. .
- Dureza: Se os aços inoxidáveis tiverem maior dureza, serão mais difíceis de usinar.
- Condutividade térmica: Uma maior condutividade significa que o calor gerado nas áreas de usinagem é dissipado de forma eficaz.
- Dureza: Se o aço for muito duro, existe um risco maior de fratura e deformação durante a operação.
- Geometria da ferramenta: Para uma melhor usinabilidade durante o torneamento de aço inoxidável, uma geometria de ferramenta adequada é essencial.
- Desgaste da ferramenta: O desgaste das lâminas de corte dificulta o processo de torneamento, portanto, inspecione e substitua-as regularmente.
- Endurecimento por trabalho: Uma alta taxa de endurecimento por deformação reduz a usinabilidade do aço inoxidável.
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Resumindo
A usinagem de aço inoxidável é um processo versátil usado para produzir componentes com simetria axial para aplicações automotivas, aeroespaciais, de processamento de alimentos, médicas e outras.
Utilizar o tipo certo de ferramenta, material e geometria, juntamente com a velocidade de corte e a taxa de avanço, é essencial para alcançar precisão e acabamento. Além disso, é preciso considerar o tipo de aço inoxidável que está sendo utilizado e os desafios de usinagem associados.
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Perguntas Frequentes
O aço inoxidável é difícil de tornear?
Sim, o aço inoxidável é difícil de tornear, em comparação com o alumínio e outros materiais usinados em CNC. Isso se deve à sua alta tenacidade, rigidez e baixa condutividade.
Qual é o metal mais fácil de tornear em um torno?
O alumínio é o metal mais fácil de tornear. As ligas de alumínio oferecem excelente usinabilidade e podem ser torneadas com tolerâncias e acabamentos rigorosos.
O que significa aço inoxidável torneado?
O termo "engine turning stainless" refere-se a um processo de torneamento especializado para aço inoxidável, que produz um acabamento polido decorativo com uma aparência distinta.