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
| Fator | Baixo teor de carbono | Carbono médio | Alto teor de carbono | Aço de liga leve | Aço inoxidável |
|---|---|---|---|---|---|
| Força | Moderado | Elevado | Muito elevado | Muito elevado | Elevado |
| Maquinabilidade | Elevado | Moderado | Baixo | Baixo-Moderado | Baixo |
| Resistência à corrosão | Baixo | Baixo | Baixo | Moderado | Muito elevado |
| Custo | Baixo | Médio | Médio | Elevado | Elevado |
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.
