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Materiais industriais e suas propriedades de usinagem

Confira nesse artigo os principais materiais para usinagem, suas propriedades e aplicações, para auxiliar na sua decisão do material a escolher.

Postado em
23/5/2024

A usinagem é essencial na indústria moderna, possibilitando a criação de peças precisas a partir de diversos tipos de matéria-prima. 

Escolher o material certo é fundamental para garantir a eficiência do processo, a qualidade do produto final e a durabilidade das ferramentas de corte. 

Cada tipo de matéria-prima tem características únicas que influenciam diretamente sua usinabilidade, ou seja, a facilidade com que pode ser trabalhada.

Neste artigo, vamos explorar os principais materiais usados na usinagem, discutindo suas propriedades e como essas características afetam o processo de fabricação. 

Desde os aços mais comuns até materiais mais desafiadores, como titânio e compósitos, forneceremos informações valiosas para ajudar você a tomar decisões informadas na sua produção.

Nosso objetivo é oferecer uma visão completa sobre as diferentes opções de matéria-prima e suas propriedades de usinagem, ajudando você a escolher a mais adequada para sua aplicação específica. 

Seja você engenheiro, operador de máquinas ou gestor de produção, este guia servirá para otimizar seus processos e aumentar a eficiência da sua linha de produção.

Conheça o conceito de usinagem

A usinagem é um processo de fabricação que remove material de uma peça bruta para criar um produto final com dimensões e formas precisas. 

Realizado com ferramentas de corte, essa etapa pode ser manual ou automatizado, usando máquinas como tornos, fresadoras e centros de usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado). 

É fundamental na produção de componentes para várias indústrias, incluindo automotiva, aeroespacial, eletrônica e médica.

Diversos métodos são empregados nesse processo, cada um adequado para diferentes operações e materiais. Os mais comuns incluem torneamento, fresamento, furação e retificação. 

No torneamento, a peça gira enquanto uma ferramenta de corte a ajusta. No fresamento, uma ferramenta rotativa remove material à medida que se move ao longo da peça. 

A furação cria furos com brocas, enquanto a retificação usa um rebolo abrasivo para um acabamento preciso.

A escolha da usinagem depende de fatores como o tipo de material, a forma e as dimensões desejadas do produto final, além das tolerâncias necessárias. 

Esse processo é valorizado por sua capacidade de produzir peças com alta precisão e acabamento de qualidade, essencial para aplicações onde a precisão é crucial. 

Além disso, permite a fabricação de peças complexas, que seriam difíceis ou impossíveis de produzir por outros métodos como fundição ou moldagem.

Como a escolha do material afeta a produção?

A escolha do material é crucial na usinagem, influenciando diretamente a eficiência, qualidade e custo da produção. 

Cada material tem propriedades físicas e mecânicas específicas que afetam a facilidade de usinagem, a vida útil das ferramentas, o tempo de produção e a qualidade final do produto.

O aço carbono é amplamente utilizado devido à sua durabilidade e facilidade de corte. Porém, diferentes graus de aço carbono variam em dureza e resistência, impactando a velocidade de corte e o desgaste das ferramentas. 

Aços com alto teor de carbono são mais duros e resistentes, mas exigem ferramentas mais robustas e ajustes precisos para evitar desgaste prematuro e garantir um bom acabamento.

O alumínio, conhecido por sua leveza e excelente usinabilidade, permite altas velocidades de corte e menor desgaste das ferramentas, resultando em tempos de produção mais curtos e custos operacionais reduzidos. 

No entanto, é mais suscetível a deformações e danos, requerendo cuidados na fixação e manipulação das peças.

Materiais exóticos como o titânio e superligas apresentam desafios maiores. O titânio, com alta resistência à tração e baixa condutividade térmica, pode causar acúmulo de calor na ferramenta e desgaste acelerado. 

Processar esses materiais demanda técnicas avançadas, lubrificantes especializados e ferramentas de alta qualidade para manter a eficiência e precisão.

Além das propriedades físicas e mecânicas, a escolha do material também afeta os requisitos de pós-processamento e acabamento. Plásticos e compósitos podem precisar de tratamentos específicos para melhorar a resistência ao desgaste ou a aparência estética do produto final. 

Considerar todos esses fatores é essencial para otimizar a produção e garantir que o produto final atenda às especificações desejadas.

Tipos de aço utilizados na usinagem

Agora que mostramos o conceito de usinagem e como a escolha dos materiais influência na produção, vamos detalhar as características e aplicações dos diferentes tipos de materiais.

Aço carbono

O aço carbono é amplamente empregado na usinagem devido à sua composição principal de ferro e carbono, com adição de pequenas quantidades de outros elementos. 

Aço inoxidável

O aço inoxidável é conhecido por sua excelente resistência à corrosão, devido ao alto teor de cromo. 

Existem várias classes, cada uma com características distintas:

  1. Aços austeníticos (Série 300):
    • boa usinabilidade;
    • alta resistência à corrosão;
    • utilizados em equipamentos de processamento de alimentos, utensílios de cozinha e aplicações médicas.
  2. Aços martensíticos (Série 400):
    • alta dureza e resistência ao desgaste;
    • menor resistência à corrosão em comparação aos austeníticos;
    • usados em facas, lâminas e peças de válvulas.
  3. Aços ferríticos:
    • boa resistência à corrosão e usinabilidade;
    • menor custo em comparação aos austeníticos;
    • utilizados em sistemas de escapamento de automóveis e equipamentos de lavagem.

Aço ferramenta

O aço ferramenta é especialmente desenvolvido para a fabricação de ferramentas de corte, moldes e matrizes. 

Reconhecido por sua elevada dureza, resistência ao desgaste e habilidade de manter uma borda de corte afiada, esse tipo de aço é crucial na indústria. 

Ele se divide em várias categorias:

  1. Aço de alto carbono e alto cromo:
    • excelente resistência ao desgaste;
    • utilizado em matrizes de corte e ferramentas de corte;
    • exige técnicas de usinagem específicas devido à sua alta dureza.
  2. Aços rápidos (HSS):
    • mantêm a dureza em altas temperaturas;
    • usados em brocas, fresas e ferramentas de torneamento;
    • podem ser usinados a altas velocidades de corte.
  3. Aço de trabalhos a quente:
    • resistente a altas temperaturas e choques térmicos;
    • utilizado em moldes de fundição e ferramentas de forjamento;
    • requer ferramentas de corte robustas e refrigeração adequada durante a usinagem.

Vale ressaltar que a escolha do tipo de aço certo para a usinagem depende da aplicação específica, das exigências de resistência e durabilidade, e das condições de usinagem. 

Compreender as propriedades e vantagens de cada tipo de aço é essencial para otimizar o processo produtivo e garantir a qualidade do produto final. 

Essa abordagem proporcionará estratégias mais robustas e exigirá menos investimentos, dependendo das necessidades de cada indústria.

Como ele é aplicada na usinagem?

A seguir, trouxemos algumas das aplicações mais comuns do aço na usinagem em diversas indústrias. Confira!

Indústria automotiva

Na indústria automotiva, o aço é um material fundamental para a fabricação de uma ampla gama de componentes. Algumas das principais aplicações incluem:

  1. Eixos e engrenagens:
    • aços de médio e alto carbono são usados para fabricar eixos e engrenagens devido à sua resistência e durabilidade;
    • a usinagem precisa desses componentes é crucial para garantir o funcionamento eficiente e seguro dos veículos.
  2. Blocos de motor e componentes de transmissão:
    • aços de baixa e média liga são frequentemente usados para blocos de motor, cabeçotes e outros componentes críticos;
    • a usinagem de precisão garante a conformidade com especificações rigorosas e a longevidade das peças.
  3. Sistemas de suspensão e chassi:
    • aços de alta resistência são usados em sistemas de suspensão e componentes de chassi para suportar cargas e impactos;
    • a usinagem permite a criação de componentes com formas complexas e tolerâncias apertadas.

Indústria aeroespacial

A usinagem de aço na indústria aeroespacial requer precisão extrema e materiais de alta qualidade para garantir a segurança e o desempenho das aeronaves. 

Algumas aplicações incluem:

  1. Estruturas de fuselagem:
    • aços inoxidáveis e de alta resistência são usados em estruturas de fuselagem e componentes estruturais;
    • a usinagem de alta precisão é essencial para garantir a integridade estrutural e a segurança.
  2. Trem de pouso:
    • componentes do trem de pouso são frequentemente feitos de aços de alta resistência devido à necessidade de suportar altas cargas e impactos durante a decolagem e pouso;
    • a usinagem precisa é crucial para a confiabilidade e durabilidade desses componentes.
  3. Componentes de motores:
    • aços ferramenta e superligas de aço são usados em componentes de motores devido à sua capacidade de manter a resistência em altas temperaturas;
    • a usinagem desses materiais requer técnicas avançadas e ferramentas especializadas.

Indústria de ferramentas e moldes

A produção de ferramentas e moldes é outra área onde o aço desempenha um papel crucial devido à sua durabilidade e resistência ao desgaste:

  1. Ferramentas de corte:
    • aços rápidos (hss) e aços de alta dureza são usados para fabricar brocas, fresas, lâminas e outras ferramentas de corte;
    • a usinagem precisa é necessária para garantir que as ferramentas mantenham um corte afiado e eficiente.
  2. Moldes e Matrizes:
    • aços ferramenta são usados na fabricação de moldes de injeção, matrizes de estampo e outros equipamentos de moldagem;
    • a usinagem de alta precisão garante a produção de peças com formas complexas e acabamentos de alta qualidade.

Equipamentos industriais

Na fabricação de equipamentos industriais, o aço é amplamente utilizado devido à sua robustez e capacidade de suportar condições adversas:

  1. Máquinas e equipamentos pesados:
    • aços de alta resistência são usados em componentes de máquinas, como engrenagens, eixos e estruturas;
    • a usinagem precisa garante o desempenho eficiente e a longa vida útil dos equipamentos.
  2. Equipamentos de processamento e manufatura:
    • aços inoxidáveis são usados em equipamentos que requerem resistência à corrosão, como tanques de processamento e linhas de produção;
    • a usinagem desses componentes deve garantir superfícies lisas e conformidade com especificações rigorosas.
Conheça nosso case de sucesso: Portuense - Indústria de alimentos!

Alumínio - características, propriedades e aplicações 

o alumínio é um dos materiais mais populares na usinagem devido às suas características únicas e à versatilidade que oferece em várias aplicações industriais. 

Esse é um metal leve é conhecido por sua facilidade de usinagem, alta resistência à corrosão e excelente relação resistência/peso. 

Vamos explorar um pouco mais sobre esse assunto, mostrando as principais características e aplicações desse material. 

Características do alumínio

  1. Leveza:
    • O alumínio é aproximadamente um terço do peso do aço, tornando-o ideal para aplicações onde a redução de peso é crucial, como na indústria aeroespacial e automotiva.
  2. Condutividade térmica e elétrica:
    • possui excelente condutividade térmica e elétrica, o que o torna adequado para componentes eletrônicos e aplicações de dissipação de calor.
  3. Resistência à corrosão:
    • forma uma camada de óxido protetora que resiste à corrosão, aumentando a durabilidade em ambientes agressivos.
  4. Ductilidade:
    • é altamente maleável, permitindo a criação de peças complexas e detalhadas através de processos de usinagem.

Propriedades de usinagem do alumínio

  1. Facilidade de corte:
    • o alumínio é relativamente macio em comparação com outros metais, facilitando o corte e a conformação durante a usinagem. Isso permite o uso de velocidades de corte mais altas e reduz o desgaste das ferramentas.
  2. Velocidade de usinagem:
    • Devido à sua maciez, o alumínio pode ser usinado a altas velocidades, aumentando a eficiência e reduz o tempo de produção.
  3. Desgaste de ferramentas:
    • a usinagem do alumínio causa menos desgaste nas ferramentas em comparação com materiais mais duros, como aço e titânio, resultando em uma vida útil mais longa das ferramentas de corte.
  4. Acabamento superficial:
    • o alumínio tende a produzir acabamentos superficiais suaves e de alta qualidade, o que é benéfico para aplicações que requerem precisão e estética.

Aplicações comuns do alumínio na usinagem

  1. Indústria aeroespacial:
    • componentes estruturais, como fuselagens, asas e partes de motores, são frequentemente usinados a partir de ligas de alumínio devido à combinação de leveza e resistência;
    • a usinagem precisa garante que as peças atendam às especificações rigorosas e suportem as condições extremas do voo.
  2. Indústria Automotiva:
    • peças como blocos de motor, cabeçotes de cilindro e componentes de transmissão são usinados a partir de alumínio para reduzir o peso e melhorar a eficiência de combustível;
    • a capacidade de usinar peças complexas com alta precisão é essencial para o desempenho e a segurança dos veículos.
  3. Componentes eletrônicos:
    • o alumínio é amplamente usado em dissipadores de calor, carcaças e outras partes eletrônicas devido à sua excelente condutividade térmica e elétrica;
    • a usinagem de precisão permite a criação de componentes com tolerâncias apertadas e acabamentos de alta qualidade.
  4. Construção civil:
    • estruturas e elementos arquitetônicos, como janelas, portas e fachadas, são frequentemente fabricados a partir de alumínio;
    • a resistência à corrosão e a facilidade de usinagem permitem criar peças duráveis e esteticamente agradáveis.
  5. Indústria de Embalagens:
    • O alumínio é utilizado na fabricação de embalagens leves e duráveis, como latas de bebidas e recipientes de alimentos.
    • A usinagem permite a produção de embalagens com formas precisas e acabamento suave, garantindo a qualidade do produto final.

Titânio - características, propriedades e aplicações 

O titânio é um material altamente valorizado em várias indústrias devido à sua combinação única de propriedades, incluindo alta resistência, baixa densidade e excelente resistência à corrosão. 

No entanto, ele apresenta desafios específicos que exigem técnicas avançadas e ferramentas especializadas. 

Separamos as características, propriedades e aplicações do titânio na usinagem para você conferir. São eles:

Características do titânio

  1. Alta resistência:
    • O titânio possui uma das mais altas relações resistência-peso entre os metais, tornando-o ideal para aplicações que requerem materiais leves, mas extremamente fortes.
  2. Baixa densidade:
    • com aproximadamente 60% da densidade do aço, o titânio oferece uma significativa redução de peso sem comprometer a resistência estrutural.
  3. Resistência à corrosão:
    • forma uma camada de óxido protetora que resiste à corrosão, mesmo em ambientes severos, como água salgada e ácidos.
  4. Biocompatibilidade:
    • é biocompatível, o que significa que não é rejeitado pelo corpo humano, tornando-o ideal para aplicações médicas, como implantes.

Propriedades de usinagem do titânio

  1. Tendência a se deformar:
    • o titânio tem uma baixa condutividade térmica, o que pode causar acúmulo de calor na área de corte, levando à deformação do material e desgaste acelerado das ferramentas.
  2. Desgaste acelerado de ferramentas:
    • a alta resistência e a tendência a endurecer sob condições de usinagem (endurecimento por trabalho) resultam em um desgaste significativo das ferramentas de corte.
  3. Necessidade de velocidades de corte baixas:
    • para evitar superaquecimento e desgaste prematuro das ferramentas, é necessário usinar o titânio a velocidades de corte mais baixas e com a aplicação de refrigerantes adequados.
  4. Requisitos de ferramentas especiais:
    • ferramentas de corte feitas de materiais como carboneto de tungstênio e revestimentos de diamante são frequentemente usadas para aumentar a vida útil das ferramentas e melhorar a eficiência de usinagem.

Aplicações comuns do titânio na usinagem

  1. Indústria aeroespacial:
    • o titânio é amplamente utilizado em componentes de aeronaves, como fuselagens, asas, trem de pouso e motores, devido à sua alta resistência e leveza;
    • a usinagem precisa desses componentes é crucial para atender às rigorosas especificações de segurança e desempenho da indústria aeroespacial.
  2. Medicina (implantes):
    • a biocompatibilidade do titânio o torna ideal para implantes médicos, incluindo próteses ortopédicas, placas, parafusos e dispositivos dentários;
    • a usinagem de alta precisão garante que os implantes atendam aos requisitos específicos de cada paciente, proporcionando conforto e funcionalidade.
  3. Indústria química e de processamento:
    • Equipamentos como trocadores de calor, reatores e tubos em plantas químicas são frequentemente feitos de titânio devido à sua resistência à corrosão em ambientes agressivos;
    • A usinagem precisa é necessária para fabricar componentes complexos e duráveis que suportem condições extremas.
  4. Indústria automotiva:
    • em veículos de alto desempenho, como carros de corrida, o titânio é usado para componentes como válvulas, molas de suspensão e sistemas de escape, devido à sua combinação de leveza e resistência;
    • a usinagem precisa desses componentes é essencial para otimizar o desempenho do veículo.
  5. Indústria militar e de defesa:
    • o titânio é usado em veículos blindados, equipamentos de proteção e componentes de armamento devido à sua alta resistência e durabilidade;
    • a usinagem precisa garante que os componentes atendam às rigorosas exigências de resistência e confiabilidade.

Outros materiais importantes que podem ser usados

Além do aço, alumínio e titânio, uma variedade de outros materiais desempenham um papel crucial na usinagem, cada um com suas próprias propriedades e aplicações específicas. 

A título de conhecimento, apresentamos os principais, junto com suas características e propriedades.

Ligas de níquel

  1. Características:
    • ligas de níquel, como inconel e monel, são conhecidas por sua resistência excepcional a altas temperaturas e à corrosão;
    • elas mantêm sua resistência e estabilidade estrutural em ambientes extremos, tornando-as ideais para aplicações aeroespaciais e de turbinas.
  2. Propriedades de usinagem
    • são difíceis de usinar devido à sua dureza e tendência a endurecer durante o corte (endurecimento por trabalho);
    • requerem ferramentas de corte de alta qualidade, como aquelas feitas de carboneto ou revestidas com PVD (Deposição Física de Vapor).
  3. Aplicações:
    • Componentes de motores a jato, turbinas a gás, equipamentos de processamento químico e indústrias marítimas.

Ligas de Cobre

  1. Características:
    • o cobre e suas ligas, como o latão e o bronze, são conhecidos por sua excelente condutividade térmica e elétrica;
    • eles também possuem boa resistência à corrosão e são relativamente fáceis de usinar.
  2. Propriedades de usinagem:
    • o cobre puro é macio e pode ser usinado a altas velocidades, mas pode ser pegajoso, exigindo lubrificação adequada;
    • as ligas de cobre, como o latão, oferecem melhor usinabilidade e são frequentemente usadas em aplicações que requerem acabamento superficial de alta qualidade.
  3. Aplicações:
    • componentes elétricos, trocadores de calor, conectores, e peças decorativas.

Plásticos de engenharia

  1. Características:
    • plásticos de engenharia, como PEEK (Polieteretercetona), PTFE (Politetrafluoretileno) e Nylon, oferecem uma combinação de leveza, resistência química e boas propriedades mecânicas;
    • eles são frequentemente escolhidos por sua resistência ao desgaste e baixo coeficiente de fricção.
  2. Propriedades de usinagem:some text
    • são relativamente fáceis de usinar, mas requerem ferramentas afiadas e parâmetros de corte específicos para evitar derretimento ou deformação;
    • a usinagem a seco é comum, embora em alguns casos lubrificação mínima possa ser necessária.
  3. Aplicações:
    • componentes médicos, peças de máquinas, engrenagens, mancais e isolantes elétricos.

Compósitos

  1. Características:
    • materiais compósitos, como fibra de carbono e fibra de vidro, combinam uma matriz de polímero com fibras de reforço para fornecer alta resistência e rigidez com baixo peso;
    • eles são altamente resistentes à corrosão e possuem excelente estabilidade dimensional.
  2. Propriedades de usinagem:
    • A usinagem de compósitos pode ser desafiadora devido à abrasividade das fibras, que pode causar desgaste rápido das ferramentas;
    • Requerem ferramentas de corte especiais, como aquelas com revestimento de diamante, e parâmetros de usinagem ajustados para minimizar delaminação e fraturas.
  3. Aplicações:
    • Indústria aeroespacial, automotiva, esportiva e de construção civil (painéis, tubos, componentes estruturais).

Conclusão

Exploramos diversas propriedades e aplicações de materiais comuns na usinagem, como aço, alumínio, titânio e outros. 

Cada material apresenta desafios específicos de usinagem, exigindo ferramentas especializadas e ajustes nos parâmetros de corte para garantir eficiência e precisão. 

Se sua empresa está envolvida na usinagem e busca otimizar seus processos produtivos, entender as propriedades e aplicações dos diferentes materiais é um passo crucial. 

Não deixe de acompanhar nosso blog para mais insights e informações sobre as melhores estratégias e outras tendências industriais.

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