Materiais de usinagem CNC: como sua escolha de material determina tolerâncias, vida útil da ferramenta e custo da peça

Materiais de usinagem CNC: como sua escolha de material determina tolerâncias, vida útil da ferramenta e custo da peça

Você especificou 6061-T6, desenhou uma parede de 0,6 mm no fundo do bolsão e definiu o nivelamento em 0,05 mm. DFM volta:alívio de estresse necessário antes da passagem final; a parede pode se mover durante a liberação de fixação.O material não causou esses problemas por si só,-mas estabeleceu as condições-limite que os tornaram inevitáveis.

Isso é o quemateriais de usinagem cnca seleção na verdade é: você não está escolhendo uma folha de especificações, você está escolhendo um conjunto de restrições que acompanha a peça em cada configuração, em cada troca de ferramenta e em cada linha do relatório de inspeção. Acerte cedo e a peça quase se usinará sozinha. Se errar, você estará redefinindo o preço-no meio do caminho.

É assim que pensamos sobre a escolha material emPrecisão MÉDIA-em ligas de alumínio, tipos de titânio, famílias de aço inoxidável e plásticos de engenharia que passam diariamente por nossa loja.

Os engenheiros das cinco famílias de materiais de usinagem CNC alcançam o primeiro lugar

As classificações de usinabilidade existem em um espectro, assim como o custo. A tabela abaixo mapeia as famílias que usinamos com mais frequência em relação às variáveis ​​que importam no seu desenho.

Índice de usinabilidade referenciado a 160 HB de aço-para usinagem livre=100%.

Uma distinção que a tabela não mostra: “alcançável” e “repetível em um lote” não são o mesmo número. Atingir ±0,002 mm em uma única peça de alumínio é simples no ambiente certo. Mantê-lo em 80 peças com fixação padrão e variações de temperatura ambiente é um problema de projeto de processo, não uma lacuna de capacidade.

Usinagem CNC de alumínio versus titânio: onde realmente reside a compensação-

O mais comumseleção de materiais de usinagem cncA decisão que vemos dos clientes aeroespaciais e médicos é esta. Os engenheiros comparam instintivamente os números de resistência à tração, mas não é aí que reside a diferença de custo.

Usinagem cnc de alumínio vs titâniose resume a três fatores interligados: velocidade de corte, gerenciamento de calor e estratégia de engajamento da ferramenta.

Com 6061-T6 ou 7075-T651, você opera velocidades de fuso acima de 10.000 RPM, realiza engates radiais agressivos e lava cavacos rapidamente com ar ou líquido refrigerante. O material não retém calor na zona de corte.

Com Ti-6Al-4V, você faz o oposto. As velocidades de superfície normalmente ficam entre 40–80 m/min – aproximadamente um quinto do que você correria no 6061. O motivo não é apenas a dureza; é a condutividade térmica. O titânio conduz calor a aproximadamente 7 W/m·K versus 167 W/m·K do alumínio. O calor permanece na aresta de corte e não no cavaco. Isso degrada o metal duro rapidamente se seus parâmetros ou pressão do líquido refrigerante estiverem mal calibrados.

Veja como definimos a decisão de fresamento trocoidal versus mergulho-em operações de abertura de bolsões-uma decisão que raramente aparece nas folhas de especificações, mas que afeta diretamente o tempo de ciclo e a vida útil da ferramenta emmateriais de usinagem cnc:

Fresamento trocoidal (alta-eficiência)é preferido para bolsas de titânio com largura superior a ~15 mm. O engate radial ocorre em 10–15% do diâmetro da ferramenta com alta profundidade axial e refrigeração por inundação de 60+ bar. O arco de contato consistente evita o atrito e a aresta acumulada que mata as pastilhas de metal duro.

Fresamento em mergulhoassume o controle quando a proporção entre profundidade-e{1}}largura do bolsão excede aproximadamente 3:1 ou quando a rigidez da peça é insuficiente. As forças de corte axiais são menores que as radiais-isso é importante quando você tem 40 mm de profundidade e a peça já está desviando no acessório.

Para o seuseleção de materiais de usinagem cnc: se um recurso de titânio combinar bolsões mais profundos que 25 mm com paredes mais finas que 3 mm, sinalize-o antes de congelar o projeto. Essas combinações exigem operações re-sequenciadas e etapas intermediárias de alívio de estresse que não são visíveis em uma estimativa de tempo de ciclo padrão.

Capacidade de tolerância por material: o que os números realmente significam

A surpresa para muitos engenheiros de design:o alumínio é mais difícil de manter tolerâncias rígidas do que sua classificação de usinabilidade implica, porque usina muito rápido e se expande com muita liberdade. O CTE do alumínio gira em torno de 23,6 µm/m·K. Em uma peça de 100 mm com uma oscilação ambiente de 10 graus durante uma operação longa, isso representa aproximadamente 24 µm de desvio dimensional-já 5× um orçamento de tolerância de ±0,005 mm apenas da temperatura.

Nosso fluxo de trabalho padrão para peças de alumínio com espessura superior a ±0,005 mm: desbaste → estabilização de temperatura (20 a 30 minutos em uma zona controlada) → semi-acabamento → estabilização novamente → acabamento. Essa retenção entre o desbaste e o semi{5}}acabamento é onde a tensão residual da laminação anterior da placa começa a ser aliviada. Ignore-o sob pressão do cronograma e você obterá uma peça que mede corretamente na CMM e sai da tolerância uma hora depois de esfriar.

Essa etapa de estabilização entre o desbaste e o semiacabamento-e não os parâmetros de corte-é a causa raiz mais comum do retrabalho de alumínio em trabalhos com-tolerâncias estreitas.

Para eixos longos e finos com L/D > 20 em aço inoxidável ou titânio, nossas células de torneamento suíço-passam uma bucha guia imediatamente atrás da zona de corte, com o fuso principal e o apoio-seguidor coordenados com uma distância de 0,005 mm um do outro. Sem essa relação estabelecida, a peça dobra no vão sem suporte sob pressão de corte e você perde arredondamento e cilindricidade antes de atingir a metade do comprimento.

Usinagem CNC em aço inoxidável: acabamento superficial e gerenciamento de ferramentas

Acabamento de superfície de usinagem cnc de aço inoxidávelos requisitos geralmente determinam mais a sequência do processo do que as tolerâncias dimensionais. 316Os instrumentos cirúrgicos L carregam Ra legendas menores ou iguais a 0,4 µm com zero-critérios de rebarbas. 17-4Acessórios aeroespaciais PH precisam de tolerâncias restritaseuma textura de superfície específica para suportar PVD ou adesão de anodização dura.

O comportamento que dificulta a inox é o endurecimento por trabalho. 316L endurece rapidamente se a ferramenta parar, a taxa de avanço cair abaixo do limite ou a pastilha estiver desgastada. Depois que a superfície endurece, as passagens subsequentes envolvem o material com uma dureza maior do que a inicial. Isto provoca a quebra da ferramenta e umacabamento de superfície de usinagem cnc de aço inoxidávelisso é quase impossível de recuperar sem adicionar um passe não planejado.

Nossos controles de processo para componentes de precisão em aço inoxidável:

Manter inclinação positiva nas pastilhas de acabamento-inclinação negativa em ferramentas desgastadas causa atrito antes do corte. Nunca pare uma ferramenta rotativa em contato com uma superfície inoxidável. Use metal duro-revestido com PVD para passes de acabamento; sem revestimento para desbaste em 17-4PH H900 para preservar a geometria da borda. Para Ra menor ou igual a 0,2 µm, adicione uma passagem de microacabamento com profundidade axial menor ou igual a 0,05 mm com fluxo de líquido refrigerante.

Uma dependência posterior que vale a pena monitorar: muitos componentes médicos inoxidáveis ​​passam por eletropolimento após a usinagem. Se a superfície pré-EP estiver acima de Ra 0,8µm, o eletropolimento normalmente não a levará a uma especificação Ra 0,1µm-a química remove o material uniformemente, ela não preenche os picos. Oacabamento de superfície de usinagem cnc de aço inoxidáveldeve estar fechado antes que a peça saia da máquina.

O que as análises do DFM capturam e as folhas de dados de materiais não

As folhas de dados de materiais informam o que um materialé. Uma revisão do DFM informa o que acontece quando você tenta cortá-lo em sua geometria específica com suas chamadas específicas.

NoPrecisão MÉDIA, o material é o primeiro filtro em qualquer revisão de arquivo STEP-mas é sempre lido em relação à geometria e à pilha de tolerância juntas. Um furo com-tolerância restrita em alumínio é rotina. Esse mesmo furo com parede de 0,8 mm de um lado é um problema diferente de fixação e sequenciamento.

Os sinalizadores DFM que aparecem com mais frequênciamateriais de usinagem cnc:

Raios de canto subdimensionados para profundidade de bolsão.Um bolsão de 10 mm de profundidade com raio interno de 0,3 mm requer uma ferramenta com diâmetro inferior a 0,6 mm. Essas ferramentas funcionam lentamente, quebram facilmente e adicionam um tempo de ciclo desproporcional à área do bolsão. Aumentar para R1 mm-ou combinar o raio para 55–65% da profundidade do bolsão-reduz significativamente o custo do ferramental. Se o raio existir apenas para folga, abra-o.

A espessura da parede não corresponde à rigidez do material.O módulo do titânio (≈114 GPa) dá às paredes mais finas mais resistência à deflexão da força de corte- do que 6061 (≈69 GPa). Mas o comportamento térmico do titânio ainda limita a agressividade com que você pode empurrar a ferramenta perto de uma parede fina. Os dois fatores não se cancelam simplesmente.

Profundidade da rosca não ajustada para resistência do volume.1,5× diâmetro nominal é um padrão padrão. Em PEEK ou alumínio macio, 2× é um seguro barato contra extração-que não custa quase nada no tempo de ciclo.

Usinagem de 5 eixoselimina configurações que de outra forma forçariam você a comprometer a geometria. Recursos inacessíveis a partir de orientações de 3{2}}eixos geralmente são redesenhados desnecessariamente-raios simplificados, cortes inferiores removidos e linhas de divisão adicionadas. Envie-nos o PASSO antes de simplificar a peça.

Perguntas frequentes

Que raio de canto devo usar para manter os custos de ferramentas razoáveis?

Almeje raios internos maiores ou iguais a 55% da profundidade do bolsão ou ajuste para tamanhos de fresas de topo padrão (R0,5, R1, R2, R3, R4, R5, R6mm). Abaixo de R0,5mm em qualquermaterial de usinagem cncmais duro que o alumínio, você está no território de micro{0}}ferramentas-configuração separada, velocidades mais lentas e inspeção dedicada. Essa mudança radical no custo é desproporcional à área que está sendo cortada. Se o raio apertado for para folga e não funcionar, altere-o.

Você consegue segurar ± 0,005 mm em uma peça de alumínio de 100 mm sem lixar?

Sim, com desbaste-com temperatura estabilizada, projeto de fixação adequado e a sequência de estabilização descrita acima. A retificação não é necessária para a maioria dos trabalhos de alumínio de ± 0,005 mm. Abaixo de ±0,003 mm em superfícies críticas, adicionamos um furo de gabarito-ou passagem de mandrilamento de precisão-. Abaixo de ±0,001 mm, a retificação entra no processo.

O 7075-T651 é sempre a melhor escolha em relação ao 6061-T6 para peças de resistência crítica?

Não automaticamente. 7075 tem maior resistência à tração, mas menor resistência à corrosão, anodiza de maneira menos uniforme e geralmente não é soldável. Para peças que combinam tolerâncias restritas, anodização rígida e soldagem de montagem posterior, o 6061-T6 costuma ser o corretoseleção de materiais de usinagem cncmesmo que o FEA seja marginal,-um aumento na espessura da parede custa menos do que uma falha na adesão do revestimento em campo.

Qual é a espessura mínima da parede que você pode usinar com segurança em Ti-6Al-4V?

No trabalho de produção aeroespacial, paredes de 0,8 mm em Ti-6Al-4V são possíveis comusinagem CNC de precisãoquando o projeto do acessório leva em conta a vibração e o caminho da ferramenta mantém baixo engate radial por toda parte. Abaixo de 0,5 mm, a condutividade térmica do titânio se torna um problema ativo-o calor se acumula na parede, a parede desvia e a estabilidade dimensional é quebrada durante o corte. Se o seu projeto visa paredes de titânio abaixo de 0,5 mm, traga-nos para a conversa antes de o desenho ser finalizado.

Sua chamada de material também é um plano de processo. As tolerâncias necessárias, os acabamentos de superfície especificados e a geometria desenhada interagem com o material de maneiras que não aparecem em nenhuma folha de dados.

Envie-nos seu arquivo STEP para uma revisão do DFM-nossos engenheiros de processo lerão seu material, sua geometria e sua pilha de tolerâncias juntos e retornarão com uma cotaçãoeuma nota de capacidade de fabricação onde quer que seja importante.