O aço inoxidável é apenas uma das muitas classes de aço. Não só possui resistência e tenacidade, mas também oferece excelente resistência à corrosão, boa usinabilidade e características de soldagem. É considerado um material de usinagem CNC ideal que combina durabilidade e custo-benefício.
Este guia discutirá os diferentes tipos de aço inoxidável e focará nas classes mais comumente usadas na usinagem CNC. A seguir, apresentaremos os benefícios e desafios do uso do aço inoxidável na usinagem CNC e compartilharemos dicas práticas para superar esses desafios comuns.
O que é usinagem CNC em aço inoxidável?
A usinagem CNC de aço inoxidável é um processo de fabricação que usa ferramentas e equipamentos de corte controlados por computador para moldar peças com precisão fora de materiais de aço inoxidável.
Os aços inoxidáveis são uma família de ligas à base de ferro conhecidas por sua resistência à corrosão, resistência e durabilidade, e são amplamente utilizados em diversas indústrias. A usinagem CNC é um processo de fabricação altamente automatizado, preciso e flexível, controlado pela tecnologia de controle numérico computadorizado (CNC). Abrange uma ampla gama de operações, como corte,fresamento, torneamento, furação, mandrilamento, gravação e até EDM (usinagem por descarga elétrica).
O processo de usinagem CNC de aço inoxidável começa com a criação de um modelo de desenho auxiliado por computador (CAD) da peça desejada. Este design digital é então convertido em código legível por máquina usando software CAM (Computer-Aided Manufacturing). A máquina CNC lê o código para controlar com precisão o movimento da ferramenta de corte, a taxa de avanço, a velocidade do fuso e os parâmetros de resfriamento, permitindo assim o corte e modelagem automatizados da peça de aço inoxidável.
Tipos de aço inoxidável
Assim como existem diferentes tipos de ligas de alumínio, o aço inoxidável também é classificado em vários categorias com base em sua composição e microestrutura. Vamos primeiro dar uma olhada na tabela abaixo para obter uma compreensão preliminar:
Tipo
Composição
Classificações Comuns
Propriedades
Aplicações
Aços Inoxidáveis Austeníticos
▪ 16% a 26% de Cromo ▪ 8% a 12% de Níquel ▪ 2% a 3% de Molibdênio ▪ Normalmente menos de 0,10% de Carbono
304/304L 316/316L 303 321 347
▪ Excelente resistência à corrosão ▪ Alta ductilidade e tenacidade ▪ Excelente soldabilidade ▪ Resistência moderada à fissuração por corrosão sob tensão ▪ Não magnético / magnético fraco ▪ Não tratável termicamente
▪ Indústria alimentícia e de bebidas ▪ Indústrias químicas e farmacêuticas ▪ Equipamentos médicos ▪ Sistemas de exaustão automotivos ▪ Utensílios de cozinha e talheres ▪ Componentes arquitetônicos
Aços Inoxidáveis Ferríticos
▪ 10,5% a 30% de Cromo ▪ Normalmente sem Níquel ▪ 1% a 2% de Molibdênio ▪ Menos de 0,08% de Carbono
430 409 434 439 446
▪ Boa resistência à corrosão ▪ Baixa tenacidade a baixas temperaturas ▪ Baixa soldabilidade ▪ Alta resistência à fissuração por corrosão sob tensão ▪ Magnético ▪ Não tratável termicamente ▪ Custo-benefício ▪ Resistência a altas temperaturas
▪ Sistemas de exaustão automotivos, silenciadores ▪ Trocadores de calor ▪ Eletrodomésticos ▪ Utensílios de cozinha ▪ Fornos industriais e câmaras de combustão ▪ Revestimentos, telhados
Aços Inoxidáveis Martensíticos
▪ 12% a 18% de Cromo ▪ Normalmente sem Níquel, às vezes 2% a 4% ▪ 0% a 1% de Molibdênio ▪ 0,1% a 1,2% de Carbono
410 416 420 440C
▪ Resistência moderada à corrosão ▪ Capacidade de endurecimento ▪ Alta dureza e resistência ao desgaste ▪ Normalmente magnético ▪ Tratável termicamente
▪ Ferramentas de corte ▪ Lâminas ▪ Componentes de válvulas ▪ Instrumentos médicos ▪ Rolamentos
Aços Inoxidáveis Duplex
▪ 18% a 30% de Cromo ▪ 1% a 9,5% de Níquel ▪ 0,1% a 5% de Molibdênio ▪ Normalmente sem Carbono
2205 2507
▪ Excelente resistência à corrosão ▪ Alta resistência e ductilidade ▪ Alta resistência à fissuração por corrosão sob tensão ▪ Normalmente magnético ▪ Tratável termicamente
▪ Equipamentos para petróleo e gás ▪ Engenharia química e marinha ▪ Equipamentos e recipientes para processamento de alimentos ▪ Construção e pontes
Aços Inoxidáveis de Endurecimento por Precipitação
Elementos de liga como titânio, cobre, fósforo ou alumínio em quantidades mínimas.
17-4 PH 15-5 PH
▪ Alta variabilidade (ajustada para resultados específicos) ▪ Alta resistência ▪ Boa tenacidade e ductilidade ▪ Boa resistência à corrosão ▪ Tratável termicamente
▪ Componentes estruturais de aeronaves ▪ Defesa e militares ▪ Instrumentos cirúrgicos e implantes ortopédicos ▪ Peças automotivas de alto desempenho ▪ Sistemas hidráulicos, eixos e engrenagens
Aço Inoxidável Austenítico
O aço inoxidável austenítico é o tipo mais comum, sendo as séries 300, como 304 e 316, seus representantes de destaque. Seu alto teor de cromo e níquel proporciona excelente resistência à corrosão, soldabilidade e facilidade de esterilização. No entanto, essas classes são mais desafiadoras para usinar devido à sua tenacidade e tendência ao endurecimento, o que aumenta o desgaste da ferramenta e a geração de calor. Dentre as séries 300, a classe 303 é uma exceção, pois a inclusão de enxofre ou selênio melhora sua usinabilidade.
Aço Inoxidável Ferrítico
O aço inoxidável ferrítico, um membro da família AISI 400, pode ter menor resistência à corrosão do que o aço inoxidável austenítico em certos ambientes com ácidos fortes ou com alto teor de cloreto. No entanto, sua resistência superior à corrosão sob tensão em condições ricas em cloreto o torna adequado para aplicações marítimas. Além disso, o aço inoxidável ferrítico normalmente requer tratamento térmico mínimo para atingir as propriedades desejadas, simplificando o processamento e a fabricação.
Aço Inoxidável Martensítico
O aço inoxidável martensítico oferece alta resistência e dureza devido ao seu maior teor de carbono, embora apresente menor resistência à corrosão em comparação com outros tipos de aço inoxidável. Uma de suas características de destaque é a capacidade de aprimorar ainda mais essas propriedades por meio de têmpera (resfriamento rápido). Este tipo de aço inoxidável é comumente usado em aplicações de alta durabilidade, como talheres, instrumentos cirúrgicos e ferramentas. Classes como 410 e 420 são frequentemente escolhidas por sua excelente usinabilidade e desempenho confiável em condições exigentes. Entre os aços inoxidáveis, o 416 é o mais fácil de usinar devido ao seu design voltado especificamente para a usinabilidade. Isso será discutido com mais detalhes na seção seguinte.
Aço Inoxidável Duplex
O aço inoxidável duplex recebe esse nome devido à sua microestrutura, que contém fases de austenita e ferrita. Esta combinação proporciona os benefícios de ambos os tipos de aço inoxidável, incluindo excelente resistência à corrosão em ambientes ácidos e de cloreto, alta resistência, boa ductilidade e forte resistência à fissuração por corrosão sob tensão. No entanto, devido à sua composição de liga especializada e processo de fabricação, o aço inoxidável duplex normalmente tem custos de produção mais elevados e pode apresentar pior usinabilidade, exigindo um controle de usinagem mais cuidadoso.
Aço inoxidável endurecido por precipitação
Ao contrário de outros aços inoxidáveis, cuja resistência deriva do reforço por solução sólida (como nos aços inoxidáveis austeníticos) ou do trabalho a frio (como nos aços inoxidáveis ferríticos), os aços inoxidáveis endurecidos por precipitação ganham resistência através da formação de compostos intermetálicos como cobre, alumínio, ou titânio durante o tratamento térmico. Após passarem pelo tratamento térmico de endurecimento por precipitação, os aços inoxidáveis PH podem atingir níveis de resistência comparáveis aos aços estruturais de alta resistência, com limites de escoamento normalmente 3-4 vezes maiores que os dos aços inoxidáveis austeníticos.
Melhores classes de aço inoxidável para usinagem CNC
Aqui estão algumas das melhores classes de aço inoxidável comumente escolhidas para usinagem CNC:
Aço Inoxidável 303
O aço inoxidável 303, também chamado de aço inoxidável de usinagem livre, é o tipo mais usinável dentro da família austenítica. Aprimorado com enxofre e fósforo, oferece melhor usinabilidade e desempenho de corte. Essas adições permitem velocidades de corte e taxas de avanço estáveis durante a usinagem em alta velocidade. O 303 é amplamente utilizado na usinagem CNC por atingir requisitos rigorosos de precisão em peças complexas, como componentes mecânicos de precisão, rolamentos, válvulas, parafusos e porcas. Embora sua resistência à corrosão não seja tão forte quanto 304 ou 316, o aço inoxidável 303 ainda oferece resistência à corrosão suficiente para muitas aplicações gerais. É adequado para ambientes internos e componentes onde não é necessária extrema resistência à corrosão.
Aço inoxidável 304
304 é o aço inoxidável mais versátil e amplamente utilizado em ferramentas de usinagem. Com excelente resistência à corrosão, funciona de forma confiável em diversos ambientes, desde processamento de alimentos até fabricação de produtos químicos. Embora menos usinável que o grau 303, o aço inoxidável 304 equilibra boa usinabilidade com a capacidade de atender a requisitos de alta precisão e formatos complexos. Ele também oferece excelente soldabilidade e suporta métodos comuns, como soldagem a arco e soldagem com fio de enchimento, o que garante versatilidade para diversas necessidades de conexão.
Aço Inoxidável 316
Depois do grau 304, o grau 316 é o segundo aço inoxidável mais utilizado e versátil. Normalmente contém cerca de 2–3% de molibdênio (Mo), o que lhe confere resistência superior à corrosão por picadas e fendas em ambientes exigentes, como água do mar e produtos químicos agressivos, em comparação com 304. Portanto, é particularmente comum em indústrias de alta exigência, como engenharia naval e dispositivos médicos. Além disso, oferece excelente conformabilidade e soldabilidade. Quando combinado com usinagem CNC, pode produzir componentes complexos e de alta precisão.
Aço Inoxidável 416
Conforme mencionado anteriormente, o 416 é o aço inoxidável mais fácil de usinar, principalmente devido ao seu alto teor de enxofre. O enxofre forma inclusões de sulfeto no aço, que atuam como “quebra-cavacos” para ajudar as ferramentas de corte a penetrar suavemente e remover cavacos com eficiência, reduzindo as forças de corte e o desgaste da ferramenta. Além disso, o 416 tem menor tendência a endurecer, permitindo um corte mais suave e consistente, ao mesmo tempo que minimiza a tensão nas ferramentas. Após o tratamento térmico, atinge alta dureza e boa resistência ao desgaste, garantindo a confiabilidade de componentes que requerem operação contínua e de alto volume, como rolamentos e válvulas.
Aço inoxidável 17-4 PH
O aço inoxidável 17-4 PH combina alta resistência com resistência à corrosão. Através do endurecimento por precipitação, atinge propriedades mecânicas comparáveis às ligas de aço de alta resistência, mantendo a resistência à corrosão do aço inoxidável. Seu processo de tratamento térmico permite um ajuste flexível de resistência: o material pode primeiro ser usinado CNC em um estado usinável de recozimento em solução e depois envelhecido para atingir a dureza desejada. Com padrões de materiais bem estabelecidos e ampla experiência industrial, o 17-4 PH é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial, de defesa, de petróleo e gás e de equipamentos químicos. É uma escolha comum para componentes de alta resistência e alta confiabilidade na produção em larga escala.
Benefícios do aço inoxidável na usinagem CNC
Independentemente do tipo de aço inoxidável, sua ampla popularidade para usinagem vem principalmente de um equilíbrio único de propriedades. Abaixo está um resumo conciso das principais vantagens:
Aparência
O aço inoxidável usinado em CNC oferece naturalmente uma aparência brilhante e atraente que pode ser aprimorada por meio de polimento, escovação ou passivação. Quando devidamente acabadas, as peças de aço inoxidável adquirem uma aparência elegante e moderna – perfeitas para eletrodomésticos de cozinha, características arquitetônicas e diversos produtos de consumo.
Resistência à corrosão
A liga de aço inoxidável tem excelente resistência à corrosão e é perfeita para aplicações expostas à umidade, produtos químicos ou água salgada. Isto se deve em grande parte ao seu teor de cromo (pelo menos 10,5%), que forma uma camada protetora de óxido que evita ferrugem e oxidação.
Alta resistência
Os aços inoxidáveis são relativamente duros, com alta resistência mecânica que pode ser aumentada ainda mais por meio de tratamentos térmicos. Essa resistência torna possível usinar componentes de paredes finas ou que suportam cargas que materiais mais fracos não conseguem suportar. Ele também permite que peças de aço inoxidável mantenham a precisão dimensional e a integridade estrutural mesmo em ambientes de alto estresse.
Projetado para melhor usinabilidade
Conforme mencionado anteriormente, as classes 303 e 416 são projetadas especificamente para maior usinabilidade, incorporando elementos como enxofre, atuando como lubrificantes durante o corte. Essas classes são derivadas de ligas de aço inoxidável comumente usadas e modificadas para melhorar a quebra de cavacos, reduzir o desgaste da ferramenta e aumentar a eficiência de corte.
Essas modificações são possíveis devido à flexibilidade de liga inerente ao aço inoxidável. A composição básica de ferro, cromo e níquel pode ser ajustada com elementos como enxofre, selênio ou molibdênio para adaptar propriedades para aplicações específicas, incluindo usinabilidade.
Higiênico e fácil de limpar
A superfície não porosa do aço inoxidável é simples de esterilizar e manter. É por isso que é um material ideal para instrumentos médicos, manipulação de alimentos e equipamentos farmacêuticos. Seu acabamento liso e resistente à corrosão também requer menos manutenção do que muitos outros metais, aumentando ainda mais seu apelo em aplicações que exigem alta limpeza.
Desafios do Aço Inoxidável na Usinagem CNC
Embora o aço inoxidável ofereça muitas vantagens, ele também apresenta vários desafios na usinagem CNC devido às propriedades e composição do material. Esses desafios incluem:
Tendência de endurecimento do trabalho
O endurecimento por trabalho é um fenômeno em que o aço inoxidável se torna mais duro durante a usinagem. Os aços inoxidáveis austeníticos são particularmente propensos ao endurecimento por trabalho, o que aumenta o desgaste da ferramenta e pode impactar negativamente a qualidade do produto acabado se não for gerenciado adequadamente.
Maiores forças de corte e desgaste da ferramenta
A tenacidade do aço inoxidável – embora benéfica para a durabilidade – normalmente exige forças de corte mais altas do que os metais mais macios. Isso pode levar a velocidades de corte mais lentas, maior consumo de energia e maior esforço nas ferramentas.
Gerenciamento de chips
Os aços inoxidáveis austeníticos geralmente produzem cavacos longos e fibrosos que são difíceis de quebrar. A má evacuação dos cavacos pode levar à parada da máquina e danificar superfícies.
Superaquecimento
O aço inoxidável tem condutividade térmica relativamente baixa, causando acúmulo de calor na zona de corte. Isto pode acelerar o desgaste da ferramenta, afetar a precisão dimensional e potencialmente danificar a peça de trabalho.
Dicas para superar desafios
Use ferramentas afiadas e resistentes ao desgaste made of carbide or coated materials.
Applyparâmetros de corte otimizados, including slower cutting speeds and higher feed rates.
Use sistemas de refrigeraçãoto dissipate heat effectively and reduce tool wear.
Employ configurações de máquinas rígidas to minimize vibrations and improve surface finish.
Select classes de usinagem livre, such as 303 or 416, for applications where machinability is a priority.
Processos comuns de usinagem CNC em aço inoxidável
A versatilidade e durabilidade do aço inoxidável o tornam compatível com uma ampla gama de processos de usinagem CNC. Aqui estão os processos de usinagem mais comuns usados com aço inoxidável:
Fresagem CNC
O fresamento CNC é o principal método de usinagem de aço inoxidável, usando ferramentas de corte rotativas de alta velocidade para produzir formas, bolsões e contornos complexos com precisão. Devido à alta taxa de endurecimento do aço inoxidável, ferramentas e avanços padrão são muitas vezes insuficientes. Recomenda-se usar ferramentas de metal duro e adotar uma abordagem paciente, reduzindo avanços e velocidades para minimizar o desgaste da ferramenta e manter a precisão. O resfriamento adequado também é essencial para dissipar o calor e evitar danos térmicos durante a usinagem.
Torneamento CNC
O torneamento CNC é uma excelente escolha para produzir componentes cilíndricos ou redondos com tolerâncias restritas e acabamentos suaves. O processo envolve a rotação da peça de aço inoxidável enquanto ferramentas de corte estacionárias a moldam, tornando-a particularmente eficaz para usinagem de aço inoxidável austenítico. O torneamento permite uma remoção mais rápida do material, mas pode fazer com que a peça de trabalho fique presa à ferramenta de corte. Para evitar isso, é crucial minimizar o balanço da ferramenta, usar ferramentas afiadas e selecionar pastilhas com ângulos de saída positivos. Além disso, operar em velocidades de corte mais baixas ajuda a reduzir o endurecimento, garantindo precisão e eficiência.
Perfuração CNC
A perfuração CNC é comumente usada para criar furos precisos em peças de aço inoxidável, geralmente combinada com fresamento ou torneamento como parte de um processo de usinagem secundário. Este processo é empregado para produzir componentes roscados ou multifuncionais, como furos para parafusos para montagem secundária ou elementos decorativos para fins estéticos. A furação de aço inoxidável requer atenção cuidadosa na seleção da ferramenta e nos parâmetros de usinagem para obter precisão e manter a integridade da superfície.
Corte a laser CNC
O corte a laser CNC usa lasers de alta potência, como lasers de CO2 ou de fibra, para cortar ou gravar chapas de aço inoxidável e peças finas com precisão excepcional. Este processo proporciona cortes limpos com desperdício mínimo, tornando-o ideal para aplicações decorativas e estruturais. Ele pode cortar aço inoxidável de maneira eficaz, sem muito acúmulo de calor, preservando a integridade do material e garantindo resultados de alta qualidade.
Retificação CNC
A retificação CNC é um processo preciso usado para obter acabamentos ultra-suaves e tolerâncias restritas, especialmente para peças como instrumentos cirúrgicos ou componentes ópticos. Usando discos abrasivos, o desbaste melhora o acabamento superficial, remove pequenas quantidades de material para maior precisão, elimina rebarbas de soldagem e afia as arestas de corte, garantindo funcionalidade e estética.
Fio EDM (usinagem por descarga elétrica)
Para formas complexas ou tipos de aço inoxidável difíceis de usinar, a eletroerosão a fio é altamente eficaz. Ele usa descargas elétricas para cortar materiais sem estresse mecânico, o que o torna perfeito para componentes de precisão nas indústrias aeroespacial, médica e de ferramentas. Embora mais lento que os métodos convencionais, ele tem um bom desempenho na criação de geometrias complexas, embora possa ser necessário acabamento superficial adicional.
Melhores serviços de usinagem de aço inoxidável em Chiggo
Embora o aço inoxidável possa ser mais difícil de trabalhar, suas vantagens geralmente superam as dificuldades. Com sua excelente combinação de resistência, durabilidade e economia, continua sendo a melhor escolha para a produção de produtos robustos e de alto desempenho. No entanto, a usinagem de aço inoxidável exige experiência significativa para garantir resultados ideais. É por isso que os designers devem escolher uma oficina mecânica CNC confiável como a Chiggo, especializada em usinagem de aço inoxidável de alta qualidade, respaldada por anos de experiência. Se você está considerando aço inoxidável para seu próximo projeto, entre em contato com a Chiggo para obter um orçamento personalizado.
