Maquinação CNC de aço: Guia de materiais, classes e processos

A maquinagem CNC em aço é uma pedra angular do fabrico moderno, oferecendo uma resistência, durabilidade e precisão sem paralelo para componentes críticos em todas as indústrias. Este guia sintetiza os principais conhecimentos sobre a seleção de materiais, estratégias de maquinação e técnicas de pós-processamento para otimizar os seus projectos CNC em aço.

Principais tipos de aço para maquinagem CNC

A escolha da qualidade do aço tem um impacto direto na maquinabilidade, no desempenho mecânico e no custo. Abaixo estão as categorias mais utilizadas:

Aço de baixo carbono (aço macio)

• Notas: 1018, 1215, A36
• Caraterísticas:
  • Teor de carbono <0,3%, oferecendo excelente soldabilidade e formabilidade.
  • Resistência moderada (limite de elasticidade ~310-415 MPa) com elevada ductilidade.
• Aplicações: Componentes estruturais (parafusos, fixadores, suportes), quadros de automóveis e peças de máquinas em que a relação custo-eficácia é prioritária.
• Dicas de maquinagem:
  • Utilize ferramentas HSS ou de carboneto afiadas para evitar o endurecimento por deformação.
  • Utilize refrigerantes de óleo solúvel para gerir o calor durante a fresagem a alta velocidade.

Aço de carbono médio

• Notas: 1045, 1144
• Caraterísticas:
  • Teor de carbono 0,3-0,6%, equilibrando a resistência (rendimento ~450-655 MPa) e a maquinabilidade.
  • Tratável termicamente para uma maior resistência ao desgaste.
• Aplicações: Engrenagens, eixos, componentes hidráulicos e cambotas de automóveis.
• Dicas de maquinagem:
  • Prefira as fresas de topo de 2-3 canais para uma evacuação eficiente das aparas.
  • Pós-processamento com retificação para remover as rebarbas.

Aço de alto carbono

• Notas: 1095, D2
• Caraterísticas:
  • Teor de carbono >0,6%, proporcionando uma dureza excecional (até Rockwell C60) mas ductilidade reduzida.
  • Ideal para a retenção de arestas em ferramentas de corte e molas.
• Aplicações: Facas, lâminas de serra e matrizes industriais.
• Dicas de maquinagem:
  • Utilize ferramentas de metal duro ou revestidas com taxas de avanço lentas para minimizar o calor.
  • Tratamento pós-aquecimento (por exemplo, têmpera) para aliviar tensões internas.

Aço de liga leve

• Notas: 4140, 4340, 8620
• Caraterísticas:
  • Reforçado com crómio, molibdénio ou níquel para maior dureza e resistência à fadiga
  • O limite de elasticidade varia entre 55.000 psi (8620) e 122.000 psi (4340)
• Aplicações: Componentes aeroespaciais, peças para automóveis sujeitas a grandes esforços (por exemplo, veios de transmissão) e equipamento de petróleo/gás
• Dicas de maquinagem:
  • Optimize o arrefecimento com sistemas de alta pressão para gerir a distorção térmica
  • Utilize ferramentas revestidas com TiAlN para acabamento a alta velocidade

Aço inoxidável

• Notas: 304, 316, 17-4 PH
• Caraterísticas:
  • Teor de crómio ≥10,5%, proporcionando resistência à corrosão e biocompatibilidade
  • Altas taxas de endurecimento requerem ferramentas especializadas
• Aplicações: Implantes médicos, equipamento marítimo e equipamento de processamento de alimentos
• Dicas de maquinagem:
  • Utilize taxas de alimentação baixas e um fluxo constante de líquido de arrefecimento para evitar a formação de gretas
  • Utilize fresas de topo com revestimento AlTiN para melhorar a vida útil da ferramenta

Parâmetros críticos de maquinagem

1. Velocidades e avanços

• Aço de baixo carbono: 100-350 SFM (pés de superfície por minuto) com taxas de alimentação moderadas
• Aço de alto teor de carbono/ligas: Reduza as velocidades para 50-200 SFM para evitar o desgaste da ferramenta
• Aço inoxidável: Mantenha velocidades inferiores a 150 SFM com taxas de avanço elevadas para mitigar o endurecimento por trabalho

2. Seleção de ferramentas

• Ferramentas de metal duro: Essencial para os aços endurecidos (por exemplo, D2, 4340) devido à resistência à abrasão
• Aço de alta velocidade (HSS): Adequado para aços de baixo teor de carbono e protótipos
• Sistemas de refrigeração: Arrefecimento por inundação ou refrigeração através da ferramenta para ligas com elevada intensidade de calor, como o aço inoxidável 316

3. Tolerâncias e acabamento de superfície

• Tolerância padrão: ±0,005″ para componentes gerais
• Alta precisão: Alcance ±0,001″ para peças aeroespaciais ou médicas utilizando ferramentas rígidas e ambientes com temperatura controlada

Pós-processamento e tratamentos de superfície

1. Tratamento térmico

• Carburação: Melhora a dureza superficial dos aços de baixo teor de carbono (por exemplo, 1018) para engrenagens resistentes ao desgaste
• Têmpera e revenimento: Aumenta a tenacidade em aços de médio carbono como o 1045

2. Revestimentos e acabamentos

• Revestimento em pó: Oferece resistência à corrosão (0,15-0,3 mm de espessura) para peças automóveis
• Galvanoplastia: A niquelagem ou cromagem melhora a estética e a resistência ao desgaste
• Passivação: Remove o ferro livre do aço inoxidável para aumentar a resistência à corrosão

3. Retificação e polimento

• Obtenha Ra <0,8 μm para componentes médicos ou ópticos utilizando a retificação de precisão

Aplicações do sector

• Automóvel: Suportes do motor (aço 4140), engrenagens da transmissão (aço 4340)
• Aeroespacial: Lâminas da turbina (aço inoxidável 17-4 PH), trem de aterragem (liga 4340)
• Médico: Instrumentos cirúrgicos (aço inoxidável 316), implantes ortopédicos (Ti-6Al-4V com acessórios de aço)
• Energia: Corpos de válvulas (aço A514), componentes hidráulicos (aço 1045)

Orientações para a seleção de materiais

Quando escolher:

• Baixo teor de carbono: Produção em massa económica
• Aço inoxidável: Ambientes corrosivos ou higiénicos
• Aço de liga leve: Aplicações de tensão ou desgaste extremos

Tendências emergentes

• Maquinação híbrida aditiva: Combine moldes de aço impressos em 3D com acabamento CNC para geometrias complexas
• Otimização baseada em IA: Os algoritmos de aprendizagem automática prevêem o desgaste da ferramenta e optimizam os avanços para ligas como a 4140
• Práticas sustentáveis: Os tipos de aço reciclado e as máquinas CNC energeticamente eficientes reduzem o impacto ambiental

Ao alinhar as propriedades do material com as estratégias de maquinação, os fabricantes podem libertar todo o potencial do aço na engenharia de precisão. Para obter soluções personalizadas, colabore com oficinas CNC certificadas para enfrentar os desafios específicos da classe e obter resultados económicos e de elevado desempenho.