Maquinação CNC de aço inoxidável: O tipo, os desafios e as soluções

Tipos de aço inoxidável

Aço inoxidável austenítico

O aço inoxidável austenítico é normalmente utilizado. São conhecidos por não enferrujarem, serem flexíveis e fáceis de soldar. Não é magnético e não pode ser endurecido por aquecimento. Os aços austeníticos são os tipos 304 e 316. Muitos tipos diferentes de ferramentas utilizam estes aços, como motores a gás para fábricas e edifícios.

Aço inoxidável ferrítico

Os aços inoxidáveis ferríticos têm cerca de 12% de crómio e são magnéticos devido à sua estrutura de grão cúbica centrada no corpo. Têm uma menor resistência à corrosão e ao calor do que os aços austeníticos, mas são mais resistentes à fissuração por corrosão sob tensão. Os aços ferríticos, tais como os tipos 430 e 446, são amplamente utilizados em peças de automóveis e aparelhos de cozinha.

Aço inoxidável martensítico

Os aços inoxidáveis martensíticos são conhecidos pela sua grande dureza e resistência, que podem ser melhoradas com tratamento térmico. Normalmente, têm uma pior resistência à corrosão do que os aços austeníticos e ferríticos. Os aços martensíticos, tais como os tipos 410 e 420, são utilizados em cutelaria, ferramentas cirúrgicas e válvulas devido às suas propriedades de endurecimento e têmpera.

Aço inoxidável duplex

Os aços inoxidáveis duplex têm uma composição que é uma mistura de fases austeníticas e ferríticas. Isto torna-os mais fortes e melhores na resistência à fissuração por corrosão sob tensão. Além disso, eles contêm menos molibdénio e níquel do que os tipos austeníticos, o que os torna mais baratos. Os tipos duplex, como o 2205 e o 2507, são utilizados na indústria do petróleo e do gás, em processos químicos e na indústria naval.

Aço inoxidável de endurecimento por precipitação

Os aços inoxidáveis de endurecimento por precipitação (aços PH) distinguem-se pela sua elevada resistência e excelente resistência à corrosão. O tratamento térmico pode ser utilizado para os endurecer e aumentar o seu limite de elasticidade. Os tipos comuns de PH incluem o 17-4 PH e o 15-5 PH, que são utilizados em componentes aeroespaciais, equipamento de petróleo e gás e reactores nucleares devido à sua grande durabilidade e fiabilidade.

Escolhendo o grau certo de ligas de aço inoxidável

Grau SS 17-4

O aço inoxidável de grau 17-4 é um aço inoxidável martensítico com elevada resistência e excelente resistência à corrosão. Contém até 30% de crómio, o que o torna mais durável. A capacidade desta liga para tolerar ambientes hostis e situações de elevada tensão torna-a perfeita para utilização em petróleo e gás, turbinas de aviões e reactores nucleares.

SS303

O SS303 é um aço inoxidável austenítico que é muito fácil de trabalhar. Não é muito caro e não enferruja, pelo que muitas pessoas o utilizam para fazer porcas, parafusos, parafusos, peças de avião e equipamento elétrico. Mas não pode ser utilizado no ambiente marinho e o seu aquecimento não o torna mais duro.

SS304

O SS304 é um dos tipos de aço inoxidável mais populares disponíveis. Oferece excelente soldabilidade, maquinabilidade e resistência à corrosão. Isto torna-o útil para uma vasta gama de aplicações, incluindo arquitetura, permutadores de calor, equipamento de manuseamento de alimentos e peças para automóveis. Apesar da sua flexibilidade, o SS304 está sujeito a fissuração por corrosão sob tensão em algumas condições.

SS416

O SS416 é considerado o aço inoxidável mais maquinável. Tem uma resistência moderada à corrosão e uma elevada maquinabilidade, o que o torna ideal para porcas, parafusos, veios, engrenagens, válvulas e bombas. No entanto, pode ser mais adequado para ambientes marinhos ou saturados de cloro, além de ter uma melhor soldabilidade.

Vantagens do aço inoxidável na maquinagem CNC

Alta resistência à tração

A elevada resistência à tração significa que o aço inoxidável pode suportar fortes forças de tração ou de flexão sem se partir. Esta caraterística é muito importante para objectos que serão dobrados e enrolados muitas vezes ao longo da sua vida. O aço inoxidável é mais forte do que o aço macio, o latão e os metais de alumínio. Isto torna-o uma óptima escolha para peças que precisam de ser fortes e durar muito tempo.

Estabilidade a baixas temperaturas

Alguns tipos específicos de aço inoxidável são estáveis mesmo a baixas temperaturas. Os aços austeníticos, por exemplo, mantêm uma dureza e uma resistência à tração excepcionais abaixo dos 0 graus Celsius. Isto torna o aço inoxidável adequado para utilização em condições criogénicas. No entanto, nem todos os tipos de aço inoxidável têm esta caraterística, pelo que é fundamental selecionar o tipo adequado às suas necessidades específicas.

Resistência à corrosão

O facto de o aço inoxidável não enferrujar é uma das suas melhores qualidades. Não enferruja nem mancha, mesmo quando exposto à água, a produtos químicos e a temperaturas altas ou baixas. Como o aço inoxidável contém crómio, que forma uma camada protegida na parte superior, é forte. Por isso, o aço inoxidável é ótimo para utilização tanto no interior como no exterior, porque dura muito tempo e não precisa de muita manutenção.

Desafios na maquinagem CNC de aço inoxidável

Problemas de sobreaquecimento

O aço inoxidável tem baixa condutividade térmica, pelo que aquece rapidamente durante a maquinagem. Esta rápida acumulação de calor pode danificar tanto o aço inoxidável como as ferramentas utilizadas. O sobreaquecimento pode causar desgaste da ferramenta, diminuição da precisão e, possivelmente, distorção do material. A gestão eficaz do calor é fundamental para manter a qualidade dos artigos maquinados.

Dificuldade de acabamento da superfície

Conseguir o acabamento de superfície adequado em componentes de aço inoxidável pode ser difícil. Ao contrário de outros metais, o acabamento da superfície do aço inoxidável afecta não só a sua aparência, mas também a sua resistência à corrosão, caraterísticas eléctricas e soldabilidade. A escolha dos processos de acabamento corretos e a manutenção da precisão são fundamentais para garantir que o produto acabado satisfaz as normas exigidas.

É necessário um elevado nível de conhecimentos técnicos

A maquinagem do aço inoxidável requer competências técnicas avançadas e conhecimentos. Uma ferramenta de corte, velocidade ou técnica incorrecta pode danificar rapidamente o material. A capacidade do aço inoxidável para trabalhar arduamente e a sua durabilidade fazem dele um material difícil de maquinar. Assim, é necessário pessoal e equipamento com formação para produzir resultados óptimos.

Superar os desafios na maquinagem de aço inoxidável

Escolhendo as ferramentas certas

A escolha das ferramentas corretas é fundamental para uma maquinação de aço inoxidável bem sucedida. As fresas de topo e as brocas de alta qualidade, como as compostas por aço rápido de molibdénio ou tungsténio (HSS), podem suportar o stress da operação com pouco desgaste. Estas ferramentas também aumentam o polimento da superfície. Evite utilizar ferramentas que se desgastam rapidamente, uma vez que reduzem a velocidade de maquinagem e aumentam as despesas de fabrico.

Gestão da produção de calor

A gestão do calor é fundamental para evitar problemas na máquina. Para gerir eficazmente o calor, reduza a velocidade de corte e aplique líquidos de refrigeração. Os líquidos de refrigeração ajudam a dispersar o calor e a manter o material intacto. Se o material começar a sobreaquecer durante a maquinagem, é melhor parar e deixar arrefecer antes de continuar. Este método melhora a precisão e evita danos.

Gerir a formação de aparas

A formação de aparas pode ser um grande problema quando se corta aço inoxidável. A utilização de ciclos de picagem e de quebra de limalha melhora a formação de limalha e evita limalhas longas e fibrosas. A inspeção regular das ferramentas quanto ao desgaste também é importante, uma vez que as ferramentas gastas produzem mais limalhas. A implementação destes princípios pode aumentar a eficiência do processo de maquinagem, melhorando também a qualidade do produto acabado.

Problemas e soluções comuns na maquinagem de aço inoxidável

Sobreaquecimento

Devido à sua fraca condutividade térmica, o aço inoxidável é propenso a sobreaquecer durante a maquinagem. Isto pode causar desgaste da ferramenta e deformação do material. Para evitar o sobreaquecimento, monitorize a temperatura da peça de trabalho e utilize líquidos de refrigeração adequados. A redução da velocidade de corte e a utilização de ferramentas afiadas também podem ajudar a reduzir a acumulação de calor.

Desgaste de ferramentas

O aço inoxidável é um material rígido que pode resultar num desgaste rápido da ferramenta. Ferramentas de alta qualidade e longa duração, como o aço rápido (HSS) ou carbonetos cimentados, podem aumentar a vida útil da ferramenta. Inspecionar e substituir regularmente as ferramentas gastas é fundamental para manter a precisão da maquinação e evitar falhas no produto acabado.

Controlo do chip

A formação de aparas pode ser um problema quando se corta aço inoxidável, uma vez que produz aparas longas e fibrosas que podem encravar a máquina. A implementação de ciclos de debicagem e de ferramentas de quebra de limalha pode ajudar na gestão da limalha. Assegurar sistemas de evacuação de aparas adequados promove um funcionamento suave e reduz os danos na máquina.

Soluções para uma maquinagem CNC eficaz em aço inoxidável

Seleção de materiais de ferramentas adequados

A seleção dos materiais de ferramenta adequados é fundamental para cortar eficazmente o aço inoxidável.

Aço de alta velocidade (HSS)

As ferramentas de aço rápido são resistentes e suportam temperaturas elevadas sem perder a dureza. São adequadas para uma variedade de processos de maquinagem, como a perfuração e a fresagem.

Carbetos Cimentados

As ferramentas de carboneto cimentado são uma óptima opção ao HSS quando são necessários avanços ou velocidades mais elevados. Estas ferramentas produzem um polimento superior e têm uma vida útil mais longa, tornando-as perfeitas para ambientes de alta produção.

Otimização da geometria da ferramenta

A geometria da ferramenta é crucial para a eficiência das operações de maquinagem.

Ferramentas de desbaste

As ferramentas de desbaste destinam-se a remover rapidamente grandes quantidades de material. Apresentam um design robusto que pode suportar as elevadas tensões encontradas durante as fases iniciais de maquinagem.

Ferramentas de acabamento

Finishing tools have finer geometry, which results in better surface finishes. They are utilized in the final stages of machining to obtain the required precision and beauty.

Ferramentas de entalhar

As ferramentas de corte de ranhuras são concebidas para criar ranhuras em materiais. Têm um design único que permite uma rápida evacuação das aparas e um corte de precisão.

Ferramentas de fresagem de alta eficiência

As ferramentas de fresagem de alta eficiência são concebidas para aumentar a produção, preservando a precisão. Proporcionam taxas de corte mais elevadas e acabamentos de superfície superiores.

Controlo dos parâmetros de corte

O controlo adequado dos parâmetros de corte é crucial para uma maquinação bem sucedida.

Velocidade de corte (SFM)

A manutenção da velocidade de corte adequada promove uma remoção eficiente do material, reduzindo o desgaste da ferramenta. Ajuste a velocidade consoante a dureza do material e o tipo de operação.

Taxa de alimentação

Para alcançar um equilíbrio entre a eficiência de corte e a vida útil da ferramenta, defina a taxa de avanço. Uma taxa de avanço mais elevada pode aumentar a produtividade, mas também pode aumentar o desgaste da ferramenta se for utilizada incorretamente.

Profundidade do corte

A profundidade de corte deve ser determinada de modo a que não seja aplicada uma força excessiva à ferramenta ou ao material. Trata-se de alcançar um equilíbrio que permite uma remoção eficiente do material sem pôr em risco a integridade da ferramenta.

Utilização de líquidos de refrigeração

Os líquidos de refrigeração desempenham um papel vital na gestão da produção de calor durante a maquinagem. Eles ajudam a:

• Reduzir o atrito entre a ferramenta de corte e o material.
• Reduzir a temperatura da zona de corte.
• Melhorar a vida útil da ferramenta minimizando o desgaste.
• Melhorar o acabamento da superfície, evitando o sobreaquecimento e a deformação do material.

Prevenção da deformação da peça

Para evitar a deformação da peça de trabalho, é essencial

• Utilize configurações de ferramentas rígidas para minimizar as vibrações.
• Manter uma fixação correta para garantir que a peça de trabalho é mantida em segurança no seu lugar.
• Monitorizar e ajustar os parâmetros de corte para evitar uma força excessiva sobre a peça de trabalho.

Opções de acabamento de superfície para aço inoxidável

Polimento

O polimento é uma forma de polir as superfícies das juntas do aço inoxidável. Cria uma superfície lisa e brilhante. A maioria dos componentes de aço inoxidável tem um acabamento espelhado #3, #4, ou #8. Um acabamento espelhado é popular porque reflecte a luz e cria um aspeto polido e elegante. Os acabamentos polidos são normalmente utilizados onde a estética é importante, como em bens de consumo e artigos decorativos.

Blasting e Pickling

A decapagem e a decapagem são utilizadas para obter um acabamento mate. Este processo envolve uma limpeza mecânica através de jato de grânulos, seguida de uma limpeza química num tanque de passivação em aço inoxidável. O resultado é um aspeto moderno e industrial que pode esconder imperfeições. Este acabamento é preferido para projectos marítimos e outras aplicações expostas a condições climatéricas adversas.

Escovagem

O aço inoxidável escovado é criado através de um processo de abrasão suave, dando-lhe um aspeto distinto. O acabamento escovado é cinzento-prateado com linhas finas que atravessam a superfície. Este acabamento não reflecte a luz tanto como um acabamento polido, resultando numa aparência mais discreta e refinada. É normalmente utilizado em aparelhos, elementos arquitectónicos e design de interiores.

Gravura

A gravação é o processo de aplicação de produtos químicos na superfície do aço inoxidável para produzir padrões ou texturas. Esta técnica pode resultar em padrões complicados que são simultaneamente ornamentais e práticos. Os acabamentos gravados são amplamente utilizados em sinalética, instalações artísticas e hardware por medida. Este processo permite uma personalização criativa e pode melhorar a atratividade visual dos objectos em aço inoxidável.

Electrogalvanização

A galvanoplastia é o processo de adicionar um revestimento fino de outro metal a uma superfície de aço inoxidável utilizando uma corrente eléctrica. Este procedimento pode melhorar a resistência à corrosão e a estética do aço inoxidável. O crómio, o níquel e o ouro são metais comuns utilizados na galvanoplastia. Os revestimentos galvanizados são amplamente utilizados nas indústrias automóvel, de joalharia e de eletrónica de consumo, devido à sua maior durabilidade e apelo visual.

Factores a considerar na escolha do aço inoxidável

Resistência à tração

Ao escolher o aço inoxidável para um projeto, a resistência à tração é importante. Compreender as pressões e cargas que os componentes irão enfrentar ajuda a selecionar um material que possa suportar estas tensões sem falhar. A comparação das resistências à tração de vários tipos ajudá-lo-á a eliminar soluções inadequadas.

Requisitos de dureza

Se o seu projeto necessitar de componentes com níveis de dureza especificados, verifique se o material pode ser tratado termicamente para adquirir as qualidades necessárias. Os aços inoxidáveis austeníticos não podem ser endurecidos por tratamento térmico, o que pode restringir a sua utilização em algumas aplicações. Equilibrar a dureza com outras qualidades mecânicas é fundamental para um desempenho máximo.

Propriedades magnéticas

Para projectos que envolvam magnetismo, é fundamental compreender que os aços inoxidáveis austeníticos não são magnéticos devido à sua microestrutura. Em contrapartida, os aços inoxidáveis ferríticos e martensíticos são magnéticos. Esta diferença é importante para aplicações em componentes electrónicos e dispositivos médicos onde a interferência magnética deve ser reduzida.

Considerações sobre os custos

Embora o custo seja sempre uma consideração importante, é fundamental examinar o custo total do projeto e não apenas as despesas com materiais. Reduza a quantidade de processos de maquinagem e simplifique os desenhos dos componentes para poupar dinheiro. Para além disso, evite pedir materiais demasiado especializados ou de marca, uma vez que podem aumentar os preços e os prazos de entrega.

Conclusão

O aço inoxidável é um excelente material para maquinagem CNC porque é forte, resistente à corrosão e visualmente apelativo. A sua elevada resistência à tração, estabilidade a baixas temperaturas e capacidade de tolerar condições hostis tornam-no uma opção ideal para uma variedade de aplicações. No entanto, também apresenta dificuldades como o sobreaquecimento, o desgaste da ferramenta e a obtenção de uma qualidade de superfície adequada.

Uma vez que o corte de aço inoxidável é tão difícil, é muito importante trabalhar com uma oficina de máquinas CNC fiável e competente. Os problemas que daí advêm podem ser resolvidos por maquinistas qualificados que possuem as ferramentas e o know-how corretos. A oficina certa saberá como escolher os materiais certos, controlar as definições de corte, gerir o calor e pôr em prática medidas eficazes de controlo de aparas.