Nas peças usinadas CNC há sempre uma escolha de seleção de material e isso depende diretamente do projeto e dos requisitos de design. Como vamos discutir usinagem de metal versus plástico, nosso foco serão as características de ambos os materiais e quais são os desafios para usinar plásticos e metais.
Ao criar peças, é necessário selecionar o material adequado. A substituição de peças que antes eram feitas de metal por plástico pode levar a produtos de maior qualidade e aumento de produtividade. Metal é bom? Ou é melhor escolher resina? Para fazer a escolha certa é preciso entender as características de cada material.
Ao compreender as propriedades dos materiais, você pode selecionar materiais que atendam aos requisitos da peça e também sejam econômicos.
Embora metais e plásticos sejam comumente referidos, suas propriedades diferem muito dependendo do material.
Usinagem de Metal vs. Plástico
Nas últimas décadas, a tecnologia na indústria de plásticos avançou e muitos materiais plásticos com excelente resistência ao calor e durabilidade foram desenvolvidos. Plásticos de engenharia altamente resistentes ao calor e plásticos de superengenharia podem agora ser usados como substitutos de peças de alta temperatura, como aquelas ao redor dos motores, que antes só eram possíveis com metal.
Embora o conceito central da usinagem CNC permaneça o mesmo, existem algumas considerações importantes ao trabalhar com materiais diferentes:
- Ferramentas: Diferentes ferramentas de corte são necessárias para metais e plásticos devido às suas propriedades variadas. Os metais exigem ferramentas mais fortes e duráveis para lidar com as maiores forças de corte envolvidas.
- Velocidades e avanços de usinagem: A velocidade e a taxa de avanço nas quais a máquina CNC opera também serão ajustadas com base na dureza do material. Quanto mais duro for o material, menor será a velocidade e o avanço. Por exemplo, o aço precisa de velocidade e avanço mais lentos em comparação ao alumínio durante a usinagem. De modo geral, os materiais metálicos precisam de velocidade e taxa de alimentação mais lentas em comparação com os plásticos. Exceto que alguns plásticos de superengenharia, como FR4 ou plásticos de engenharia mais fibra, são ainda mais duros que o metal normal, por isso precisam de velocidade e alimentação mais lentas quando esse tipo de material plástico faz processo de usinagem.
- Arrefecimento e Lubrificação: A usinagem pode gerar calor e, dependendo do material, técnicas de resfriamento como fluidos ou névoas podem ser empregadas para evitar empenamento ou derretimento.
Materiais: Metais vs. Plásticos
As propriedades fundamentais do plástico e do metal são muito diferentes. Se você tiver um conhecimento aproximado das propriedades do plástico e do metal, será mais fácil selecionar o material. Explicaremos item por item as características dos plásticos e metais, bem como as diferenças nos métodos de processamento.
Proporção
Se o plástico comum for 1, o alumínio é 2 a 3 vezes mais pesado e o ferro e o cobre são 8 a 9 vezes mais pesados.
As propriedades dos materiais plásticos, que são mais leves que os metais, são úteis para reduzir o peso dos automóveis e melhorar a eficiência do combustível.
Condutividade elétrica
O aço conduz eletricidade, mas o plástico basicamente não, o que o torna adequado para a fabricação de peças isolantes. Por outro lado, o plástico é facilmente carregado com eletricidade e, portanto, atrai poeira.
Além disso, alguns plásticos são chamados de “plásticos condutores” que conduzem eletricidade.
Resistência ao calor
As resinas de uso geral têm menor resistência ao calor do que os metais. Portanto, de modo geral, não é adequado para uso como peças utilizadas em ambientes de alta temperatura, como ao redor de motores de automóveis. No entanto, à medida que os plásticos de engenharia se desenvolvem, cada vez mais plásticos de engenharia, como PEEK, PBS e fibra, podem ser usados como peças de alta temperatura ao redor dos motores para serem substituídos por metal.
Resistência ao Impacto
Geralmente, o metal tem maior resistência ao impacto do que o plástico. No entanto, também existem materiais plásticos cuja resistência foi aumentada pela adição de elementos como fibra de vidro. Plásticos altamente resistentes a impactos também têm sido usados como materiais para pára-choques de automóveis.
Resistência química
Com exceção de alguns tipos, os metais são suscetíveis à oxidação e à ferrugem. Por outro lado, os plásticos têm a característica de serem sensíveis a solventes orgânicos, mas existem tipos que apresentam alta resistência química. Mesmo que as peças metálicas exijam proteção contra ferrugem, os plásticos não precisam de proteção contra ferrugem, pois não enferrujam.
Alto grau de liberdade na forma
As resinas de uso geral têm baixo ponto de fusão, o que as torna mais fáceis de moldar do que os metais.
Além disso, possui características adequadas para produção em massa, podendo reduzir os custos de produção do produto.
No entanto, a forma adequada e a produtividade diferem dependendo do método de moldagem, por isso é importante selecionar um método de moldagem adequado à peça que você está fabricando.
Facilidade de colorir
Tanto a resina quanto o metal podem ser banhados ou pintados, mas o plástico pode ser moldado em um estado colorido misturando corantes com o material. Adequado para produção em massa de peças da mesma cor.
Estabilidade dimensional
Em comparação com os metais, os plásticos são mais sensíveis às mudanças de temperatura; portanto, quanto mais alta a temperatura, mais mudam suas propriedades, como a rigidez.
Custo
As resinas de uso geral estão frequentemente disponíveis a preços mais baixos do que os metais. Por outro lado, os plásticos de alto desempenho, como os plásticos de engenharia, são frequentemente mais caros que os metais.
Processo de usinagem de metais e plásticos
O processo de usinagem CNC envolve três técnicas principais para usinar metais e plásticos:
- fresagem
- Perfuração
- Passando
fresagem
Fresagem CNC baseia-se no movimento rotacional da fresa, que se move ao longo da superfície do material processado e o corta. Neste processo, a peça permanece estacionária. As fresadoras, ao contrário dos tornos, operam principalmente em superfícies planas. O trabalho é realizado por meio de uma fresa multiponto que, ao separar as camadas desnecessárias da peça, confere-lhe as dimensões, formas ou estrutura desejadas.
Perfuração
A furação CNC é possível graças ao uso de tipos especiais de brocas, mas não só. CNC perfuração às vezes usa fresadoras ou tornos para esse fim. Tudo depende do tipo de material de trabalho e do tipo de furo que queremos, ou melhor, necessitamos obter.
Graças à possibilidade de posicionamento extremamente preciso da broca em qualquer plano, é possível realizar praticamente qualquer tipo de furo com profundidade e diâmetro definidos com precisão.
Passando
Torneamento CNC é um método de usinagem que envolve reduzir o diâmetro de um objeto e dar-lhe uma forma cilíndrica ou cônica. Este processo é realizado incorporando uma ferramenta de corte. A peça de trabalho é fixada no acessório e depois submetida a alta velocidade e rotação constante. A ferramenta de corte é movida em sua direção para fornecer a força de avanço necessária. Ele se move em linha reta, cortando as camadas subsequentes.
A mesma máquina pode ser usada para usinagem de metal e plástico?
Na maioria dos cenários, sim, podemos usar as mesmas máquinas, mas há alguns fatores importantes a serem considerados, como:
Considerações Específicas do Material
Junto com fresamento, furação e torneamento, há alguns fatores adicionais a serem considerados na usinagem de metais e plásticos. Há:
- Parâmetros de corte
- Estratégias de resfriamento
- Seleção de ferramentas
Parâmetros de corte
Os parâmetros de corte definem o avanço e a velocidade para operar uma máquina CNC. Devido às características rígidas, de modo geral, os materiais metálicos precisam de velocidade e taxa de alimentação mais lentas em comparação com os plásticos. Isso ajudará a minimizar o desgaste da ferramenta e a geração excessiva de calor durante o processo de usinagem.
Estratégias de resfriamento
Para manter a vida útil da ferramenta e a integridade da peça, é crucial controlar a temperatura durante o processo de usinagem. Portanto, a seleção do refrigerante desempenha aqui um papel decisivo.
Resfriamento por inundação: É uma prática comum onde é utilizado um grande volume de refrigerante na zona de corte. Ajuda a dissipar significativamente o calor.
Resfriamento de névoa: Para usinar plásticos, a técnica de resfriamento por névoa é preferida. Neste método, usamos uma quantidade menor de refrigerante para controlar a temperatura.
Seleção de ferramentas
Que tipo de ferramenta de corte é melhor cortar metais e plásticos? Este é outro ponto vital a considerar. Como os metais são fortes, eles precisam de ferramentas mais resistentes ao desgaste, como o metal duro. Por outro lado, para usinar plásticos, podemos utilizar ferramentas de aço ou diamantadas.
Níveis de dificuldade: Metais vs. Plásticos
Há uma percepção geral de que a usinagem de metais é mais desafiadora em comparação com os plásticos, mas o plástico é mais difícil de usinar. É devido às tolerâncias de precisão que são bastante difíceis de controlar. A razão é que existe uma tensão interna do próprio plástico; como resultado, é provável que ocorram deformações e rachaduras, o que eventualmente leva a produtos fora da tolerância ou descartados.
Para resolver esse problema, os engenheiros precisam de mais experiência no processamento de plástico para que possam gerenciar todos os detalhes operacionais. Os engenheiros da Boyi Technology têm mais de 10 anos de experiência trabalhando no processamento de plásticos. Eles sabem profundamente como controlar bem o processo e produzir peças plásticas exclusivas e de alta qualidade para nossos clientes.
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Maior dificuldade:
Embora os metais sejam geralmente mais duros, a usinagem de plásticos pode ser muito desafiadora devido às suas propriedades. Aqui está o porquê:
- Sensibilidade ao Calor: Os plásticos têm pontos de fusão mais baixos em comparação aos metais. Um pequeno aumento na temperatura pode deformar as peças.
- Propriedades de materiais variadas: Para obter os melhores resultados, é fundamental escolher o melhor material plástico. Isso o ajudará a fazer uma peça perfeita sem deixar nenhum problema.
Desafios de precisão em metais e plásticos:
É muito difícil manter a tolerância rígida em plásticos em comparação com metais no processo de usinagem CNC. Isto se deve a dois motivos principais:
- Deformação de Materiais
- Efeitos de usinagem
Disponibilidade limitada:
Nem todas as empresas de usinagem CNC fornecem usinagem CNC de plástico devido à falta de conhecimento técnico.
Necessidades de pós-processamento:
As peças plásticas necessitam de acabamento manual, o que requer habilidade e tecnologia para oferecer ótimos resultados. Por outro lado, os metais são materiais fáceis para acabamento superficial. No processo de corte, há chances de pequenas rebarbas nas peças. Essas rebarbas são removidas utilizando técnica de acabamento manual.
Para obter mais informações sobre o que é rebarbação, consulte este recurso.
Aplicações Usinagem CNC com Metal e Plástico
| Característica | Usinagem de Metal | Usinagem de Plástico |
| Aplicações típicas | Componentes do motor (pistões, válvulas) Peças aeroespaciais (componentes de asa, trem de pouso) Implantes médicos | Protótipos e peças de baixo volume Consumidor (telefones, laptops) Dispositivos médicos |
| Propriedades materiais enfatizadas | Forte e resistente ao calor | Leveza: |
| Técnicas de usinagem central | Fresamento, Furação, Torneamento | Fresagem, Perfuração |
| Parâmetros de corte | Velocidades mais lentas, taxas de avanço mais baixas | Velocidades mais altas, taxas de avanço mais altas |
| Estratégias de resfriamento | Resfriamento por inundação (alto fluxo de refrigerante) comum Para aço de alta dureza, use resfriamento a ar devido ao efeito e à consideração de custo | Resfriamento por névoa Resfriamento por inundação (alto fluxo de refrigerante) |
| Seleção de ferramentas | Carboneto, aço rápido | Aço de alta qualidade, revestido de diamante |
| Dificuldade | Mais desafios | Difícil devido à sensibilidade ao calor |
| Tolerâncias de precisão | Mais fácil de obter tolerâncias restritas | Dificuldade em tolerâncias apertadas |
| Pós-processamento | Menos acabamento manual | Rebarbação e limpeza frequentemente necessárias |
Conclusão
No entanto, recentemente, surgiram materiais de resina, como plásticos de engenharia e plásticos de superengenharia, que apresentam excelente resistência ao calor e durabilidade. A resina também é usada em peças sujeitas a altas temperaturas e a substituição do metal está progredindo.
Agora é possível usar substitutos metálicos para peças em sistemas de motores, como trens de força de automóveis, transmissões e sistemas de gerenciamento térmico, que antes eram considerados impossíveis de substituir.
Usinagem de precisão com tecnologia Boyi
Tecnologia Boyi é uma empresa líder no fornecimento de soluções completas para metais e plásticos Serviços de usinagem CNC. Dispomos de máquinas CNC de última geração para operações de fresagem e torneamento. Além disso, ao incorporar máquinas de 5 eixos, podemos produzir peças complexas com maior precisão.
Simultaneamente, temos funcionários experientes com décadas de experiência em moldagem por injeção. Não há necessidade de terceirizar nada; do projeto ao acabamento da superfície nós fornecemos tudo com um tempo de resposta rápido.
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Perguntas Frequentes
A usinagem CNC de plástico é mais barata que a de metal. Isso ocorre porque o plástico é menos duro e precisa de menos energia e ferramentas. O desperdício de material também é baixo em comparação com a usinagem de metal.
A escolha do material depende diretamente dos requisitos do projeto e da aplicação. O alumínio é um dos materiais de usinagem mais populares porque é fácil de cortar e modelar. No entanto, para aplicações de alta resistência, como aeroespacial, aço e titânio são considerados uma opção melhor.
Escolher o plástico em vez da usinagem de metal oferece diversas vantagens. Por exemplo, os plásticos são mais leves em comparação com o metal. Esse recurso os torna ideais para aplicações sensíveis ao peso. Simultaneamente, alguns plásticos apresentam excelente resistência química e de isolamento.
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Este artigo foi escrito por engenheiros da equipe da BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen é engenheiro e especialista técnico com 20 anos de experiência em prototipagem rápida e fabricação de peças metálicas e plásticas.
