Visualizações: 105 Autor: Editor do site Horário de publicação: 31/10/2025 Origem: Site
Menu Conteúdo
● Compreendendo os desafios da usinagem multimateriais
● Seleção de ferramentas e estratégias de otimização
● Técnicas Avançadas: Simulação e Monitoramento em Processo
● Estudos de caso: aplicações do mundo real
O pessoal da engenharia de produção sabe que multimateriais A usinagem CNC é uma virada de jogo atualmente. Estamos lidando com peças feitas de diversas ligas combinadas para equilibrar resistência, peso e outras propriedades. Pense em componentes aeroespaciais onde o titânio encontra o alumínio para lidar com o calor sem massa extra, ou em peças automotivas que combinam aço e bronze para resistência ao desgaste de um lado e anticorrosão do outro. Esses híbridos oferecem desempenho que materiais únicos não conseguem igualar. O problema começa quando sua máquina CNC atinge a fronteira entre as ligas. O desgaste da ferramenta dispara, os acabamentos ficam ásperos e a precisão é prejudicada. Definir estratégias de ferramentas corretas para esses materiais é crucial para evitar falhas e manter a produção tranquila.
Considere uma configuração típica: um tarugo de titânio com um gradiente de Ti-5553 na base para durabilidade até Ti-64 na parte superior para facilitar o corte. Seu fuso funciona a 2.000 RPM com fluxo de refrigeração, mas cruzar a linha de ligação aumenta as forças de corte em 30% à medida que a dureza aumenta de 300 para 350 HB. A vibração aparece, o desgaste aumenta rapidamente e o raio da aresta na pastilha cresce muito rápido. Isso acontece em oficinas reais: as vibrações marcam a superfície, as tolerâncias diminuem. Já vi isso em primeira mão em empregos em que ignorar essas mudanças leva ao retrabalho ou ao desperdício.
Este tópico está em alta no momento porque os métodos aditivos permitem construções complexas, levando a mais usinagem híbrida . As operações CNC geralmente seguem a deposição, mas os caminhos da ferramenta precisam ser adaptados para diferenças térmicas, variações de cavacos e possível corrosão nas junções. Você não pode confiar no código padrão; abordagens adaptativas são fundamentais. Abordaremos os principais problemas, escolhas de ferramentas, ajustes de parâmetros com exemplos como misturas de titânio e combinações de aço-níquel, além de auxílios de simulação. Ao final, você terá maneiras práticas de lidar com esses desafios de maneira eficaz. Vamos entrar no assunto.
O trabalho CNC multimaterial apresenta obstáculos únicos porque a remoção de material não é uniforme. Cada liga possui características distintas: o alumínio 6061 corta facilmente em altas velocidades, mas acumula-se nas ferramentas; o titânio corrói as pastilhas devido à baixa transferência de calor e reatividade; O Inconel endurece rapidamente e resiste às taxas padrão. Combiná-los cria zonas onde os comportamentos entram em conflito – mudanças bruscas na resistência ou na resposta ao calor que dobram as peças durante os cortes.
Veja um suporte aeroespacial: base Ti-6Al-4V para resistência, parte superior Al-7075 para leveza. À medida que a fresa atravessa, o alumínio esfria rapidamente, mas o titânio retém o calor, enfraquecendo a ferramenta enquanto as cargas aumentam. A deflexão se torna inconsistente. Num Haas VF-2, sem alterações de avanço, as vibrações a 150 Hz tornam as tolerâncias apertadas frouxas.
As interfaces são o problema central. Coladas por sinterização ou revestimento, essas áreas apresentam estruturas mistas – grãos alterados ou fases duras. Em materiais graduados, as mudanças são sutis, mas as ferramentas exigem estabilidade.
Por exemplo, em tarugos de titânio que misturam Ti-64, Ti-6242, Ti-5553 e Beta C, o corte ao longo dos pares mantém forças a 200 N, mas através deles aumenta para 300 N devido às mudanças de fase. As superfícies ficam ásperas de 1,2 µm Ra a 3,5 µm, com danos até 50 µm de profundidade afetando as inspeções. Isso vem de testes de torneamento em peças sinterizadas a 1000°C, mostrando que a direção é importante.
Outro exemplo: caixas de baterias EV com aço-alumínio. O aço 4140 precisa de ferramentas revestidas em velocidades lentas contra o endurecimento; o alumínio precisa de alta hélice sem revestimento a 10.000 RPM. Na cruz, o desgaste funciona como bastões de alumínio em locais desgastados pelo aço. Algumas operações fazem uma pausa para limpeza de cavacos, mas rampas de caminho proativas funcionam melhor.
O calor varia enormemente – 0,52 J/g°C do titânio versus 0,9 do alumínio – causando arcos de 0,02 mm. Lado mecânico: materiais frágeis lascam de forma limpa; cordas dúcteis, ferramentas de enterrar.
Nos implantes CoCrMo-Ti-6Al-4V, o torneamento apresenta 15% mais lascas deixando o cobalto. A 150 m/min e 0,2 mm/rot, os ciclos de bicadas ajudam.
As soluções começam com ferramentas adequadas ao mix. O metal duro é versátil, PCD para não ferrosos, CBN para aços. Revestimentos como TiAlN para titânio quente, DLC para alumínio pegajoso.
As geometrias se adaptam: hélice de 45° para cisalhamento suave, mas vibra com força. Hélice variável de pontes de 35° a 42°.
Nas lâminas de níquel-alumínio, uma fresa de topo com passo variável de 12 mm delimita os caminhos: 80% de engajamento em Ni, 40% em Al. A vida útil vai de 20 a 45 minutos, até 1,8 µm Ra nas soldas.
A partir do trabalho com superligas, o fresamento Inconel 718 em Hastelloy utiliza cerâmica a 40 m/min e depois metal duro. CAM como Mastercam ajusta ângulos de 5° a 15° nas mudanças.
Regra de configurações dinâmicas. SFM: 120 para Ti, 300 para Al. Avanços lentos de 20 a 30 por cento acima de 2 mm nos limites.
Torneamento Ti graduado: 100 m/min, 0,15 mm/rotação em beta; 80, 0,1 em alfa-beta, forças abaixo de 250 N. MQL com óleo reduz os danos em 25 por cento.
Fresamento de próteses de aço-Ti: seco em aço, criogênico em Ti para uma vida útil 40% mais longa. Aço 200 SFM, 80 Ti, caminhos trocoidais.
A simulação prevê, o monitoramento reage.
FEM prevê tensões. Em gradientes de Ti, o ABAQUS mostra picos de 1,5x nas ligações; os cortes trocoidais caem 18 por cento.
Para aço-bronze, bandeiras ANSYS com deflexão de 0,15 mm, confirmadas em cortes, fixadas com controle de engate.
AM híbrido: Sims orientam o DOC de 0,5 mm de rugosidade em Ti até 0,1 de acabamento em aço, 95 por cento de densidade.
Sensores nos controles de alimentação dos fusos.
Renishaw em DMG Mori para Al-Cu: reduz a alimentação em 15% a 120 Hz, 30% de ganho de vida.
IR em Ti captura pontos de 600°C e aumenta o líquido refrigerante.
Matriz multiliga: os cames transformam inundação em névoa, 22% menos desgaste.
Três exemplos ilustram.
Lâminas Inconel 718-Ti: a fluência encontra a luz. Fresamento zonado, cerâmica 30 m/min Inconel, metal duro 100 Ti. Rampas em títulos. 25% mais rápido, acabamento de 2 µm. Muda a cada 30 partes, divididas pela metade com caminhos.
Hastes CoCr-Ti: resistência compatível. Avanços variáveis 0,08 mm/rev CoCr, 0,12 Ti. Cryo evita cor. Superfícies ISO, vida útil de 50 peças.
Bandejas Steel-Al: Al skin em aço. Bolsões helicoidais, rampas. MQL. 15% menos sucata, 0,05 mm plano.
Passamos por interfaces, ferramentas, ajustes, sims e cases. À medida que as peças classificadas e híbridas crescem, as estratégias devem avançar. Simule antecipadamente caminhos de zona, use sensores. Teste em recados, observe os sucessos. Lojas que se adaptam transformam desafios em pontos fortes. Enfrente essa mistura de ligas com a configuração certa e crie peças confiáveis.
Q1: Quais são os maiores riscos ao usinar interfaces de liga em CNC?
A1: Os principais riscos são picos repentinos nas forças de corte que levam à quebra da ferramenta, acabamentos superficiais irregulares devido a comportamentos variados dos cavacos e distorções térmicas que causam empenamento da peça. Mitigue com rampas de alimentação graduais e ferramentas específicas de interface.
P2: Como seleciono revestimentos para ferramentas em trabalhos multiligas de titânio-alumínio?
A2: Para titânio, use TiAlN para resistência ao calor; para alumínio, DLC para reduzir a adesão. Os trabalhos híbridos se beneficiam de revestimentos PVD multicamadas que equilibram ambos, testados em testes em pequenos lotes.
Q3: O software de simulação pode lidar com materiais classificados funcionalmente com precisão?
R3: Sim, ferramentas como o ABAQUS modelam gradientes por meio de propriedades definidas pelo usuário, prevendo forças dentro de 10-15% dos cortes reais. Insira dados de liga de planilhas de dados para obter melhores resultados.
P4: Qual é o papel da refrigeração no gerenciamento do desgaste da ferramenta em diferentes ligas?
A4: A escolha do refrigerante é crítica – inundação para dissipadores de calor como Ti, MQL para Al pegajoso. Nas transições, mude para ésteres para evitar reações, prolongando a vida útil em até 30%.
P5: Com que frequência devo monitorar ferramentas em operações multimateriais?
A5: Contínuo com sensores em processo para vibrações/forças; verificações visuais a cada 10-20% da vida útil da ferramenta. Os controles adaptativos podem se ajustar automaticamente, reduzindo as intervenções manuais.
