Vou prefaciar este artigo dizendo que não sou um especialista nisto! Muitas ferramentas de corte caras já cumpriram o seu fim enquanto eu as “usei” para usinar alumínio. Há uma tonelada de boas informações do mundo dos maquinistas na internet sobre o corte do alumínio. Quase tudo isso é feito com verdadeiras fresas de metal e centros de usinagem. Até mesmo um moinho de metal bem pequeno é muito mais rígido e menos propenso à vibração do que um roteador de trabalho pesado. Esta é uma discussão sobre como obter resultados decentes e não bagunçar as coisas enquanto se usa uma ferramenta que é ok mas não ideal para um trabalho.

Os cinco grandes desafios que tive com o corte de alumínio várias tupias que tive são:

• Selecção de liga
• Rigidez da máquina
• Selecção de caminho / estratégia
• Alimentos e velocidades
• Desincrustação/arrefecimento de chips
• texturização

A classificação de cada uma delas fará uma enorme diferença no seu sucesso!

Segurança!

Primeiro um pouco sobre segurança – porque cortar metal traz algumas preocupações reais que você não tem enquanto corta madeira ou plástico! Há uma razão pela qual os centros de usinagem de metal comercial têm caixas. Os cavacos voadores e o líquido de refrigeração fazem uma grande confusão e também representam um perigo real para os operadores. A internet está cheia de vídeos de máquinas que atiram peças para fora dos visores e cortadores travando e indo voando. Com a usinagem de metais, os pedaços são mais pesados, afiados e mais quentes. Use sempre óculos de segurança durante a usinagem de alumínio!

Prender o seu material com segurança é muito importante. Devido à resistência do alumínio e ao aumento das forças de corte, as peças pequenas e os cortes podem ser atirados com grande força e velocidade – o que é super assustador. Não é irracional montar um escudo ou uma cortina para se proteger!

Selecção de liga: Que tipo de alumínio?

Alumínio é mais frequentemente ligado a outros metais para realçar propriedades específicas. Uma visão geral pode ser encontrada aqui: Ligas de Alumínio 101. Geralmente, as melhores ligas de usinagem são as da série 6xxx. Isto é bom porque elas são muito comuns e fáceis de obter. A maior parte da extrusão é de liga 6xxx. A “xxx” significa que existem muitos subtipos de alumínio da série 6. A 6061 é muito comum e é uma boa opção para a usinagem. Eu já usinei chapa série 5xxx – uma vez quando um cliente me trouxe – e foi um desastre em um roteador. Muito gomoso e propenso a carregar as fresas. Lição aprendida. Se for possível, ater-se às ligas série 6xxx.

Tratamento térmico (para aquelas ligas onde funciona) também afeta a dureza do material. Tratamento térmico é mostrado como um número que segue a letra “T” – como “6061-T6”. Geralmente as ligas tratadas termicamente serão melhores (mais duras e menos gomadas) para a usinagem. O material não tratado termicamente será designado “T3” ou “T4” e o material tratado termicamente (ou envelhecido) será “T5” ou “T6” – sendo tudo o resto igual, se você quiser usiná-lo, certifique-se de obter material tratado termicamente. O material tratado termicamente também é um pouco mais forte. Qualquer pessoa que venda metal estará muito mais consciente dos detalhes do que eu – por isso pergunte antes de comprar.

Se eu tivesse que escolher algo para usinar, seria “6061-T6” para coisas de uso geral ou “Mic-6” placa fundida para coisas que têm que ser estáveis ou beneficiar de estoque inicial plano. Mic-6 é uma designação de produto da Alcoa, mas o nome é frequentemente usado como “Kleenex” ou “Xerox” para significar apenas “placa fundida”. Ela é fundida em uma chapa em vez de extrudada, para que tenha o mínimo de tensão interna e não empenar quando usinada. Também vem moído super plano – mas é mais caro!

Cortando Cargas

Você pode testar como a sua máquina é (des)rígida obtendo um indicador de discagem e colocando-o para ler a deflexão em algum eixo em algum lugar perto da cabeça. Pegue a máquina (eixo-árvore fora) e puxe-a com toda a força que você ousar. A menos que você tenha uma máquina realmente robusta, ela se moverá muito. Eu tinha uma máquina que cortava madeira muito bem e com precisão, mas que defletia .06″ (1.5mm) apenas com a pressão que eu podia fazer com as mãos. A verdade é que – se você estiver fazendo direito – um cortador fazendo uma usinagem normal cria muito menos carga na máquina do que você imagina! Combine isso com o software nos controles da máquina que é projetado para controlar as acelerações graciosamente – e uma máquina bem frouxa pode fazer cortes muito precisos.

Quando você faz o salto de cortar madeira (densidade até 50lbs/pé cúbico) para alumínio (cerca de 170lbs/pé cúbico) você está cortando algo quatro vezes mais denso. Como você esperaria que as cargas de corte subissem muito se você pegasse o mesmo cortador na mesma velocidade – então não faça isso!

Para saber mais sobre usinagem de alumínio com máquinas leves, veja este excelente vídeo de NYCCNC: Shapeoko Feeds & Velocidades e Dicas de Usinagem!

Estratégias de Corte

Com uma máquina disquete você tem que manter as cargas na ferramenta baixas e uniformes ou ela deixará uma superfície feia. Os pacotes CAM modernos têm estratégias elegantes de percurso de ferramentas para manter uma carga consistente da fresa. Para o desbaste, estas estratégias (chamadas “Adaptativas” para produtos Autodesk, “Dinâmicas” para Mastercam, etc.) são muito eficazes e darão resultados muito melhores. Isto é especialmente notável em cantos ou bolsas onde as estratégias tradicionais forçam a fresa a tomar uma enorme direita de boca à medida que muda de direcção!

A profundidade axial de corte (a profundidade das flautas da sua fresa) também é importante. Se você tem um fuso de baixa potência com muitas RPM, você pode achar que é melhor se mover mais rápido, mas fazer um corte com menos profundidade que a profundidade total com uma estratégia de corte “Adaptativa”. A limpeza do cavaco será mais fácil e você poderá obter uma melhor confiabilidade do processo, ao custo de apenas um pouco de velocidade.

Para operações de acabamento, especialmente as 3D com uma fresa de topo – uma abordagem de “pré-acabamento” ajudará realmente a tornar a superfície final agradável. Para fazer isso, basta fazer um conjunto de operações que são as mesmas que seus caminhos de acabamento, mas que deixam um pouco de material (.02″ / 0.5mm) e usar um step-over maior em 2 a 4X. Estes caminhos vão deixar uma camada muito uniforme de material para as operações de acabamento final a remover. Nos cantos, isso reduzirá o volume de material que precisa ser removido e eliminará passos de uma passagem de desbaste que podem colocar uma carga desigual na sua fresa. Tentar muscular através de um desbaste escalonado com uma fresa de acabamento pode fazer com que o bit (ou máquina) desvie os passos do desbaste para a peça acabada.

Para saber mais sobre as abordagens básicas de usinagem 3D, confira o meu artigo: INTRODUÇÃO A SUPERFÍCIES DE MÁQUINA CNC

Fins e Velocidades

Há fórmulas para calcular a gama correcta de parâmetros de corte para uma dada ferramenta num determinado material e os maquinistas colocam um grande esforço no cálculo de “avanços e velocidades”. A maioria dos fornecedores de ferramentas terá orientações específicas que são muito úteis. Aqui estão alguns bons recursos para ajudar com isto:

• Harvey Tool Blog: Velocidades e Feeds 101
• NYC CNC: Velocidades & Tutorial de Feeds para Máquinas CNC! WW164

Aqui está uma rápida visão geral do que você precisa saber para escolher uma taxa de alimentação e RPM razoável para a sua situação (Desculpe, ainda sem métrica!) :

Pés de Superfície por Minuto (SFM): Isto é o quão longe um ponto na superfície – digamos que a ponta de uma flauta da ferramenta viaja em um minuto. Imagine que você enrola a ferramenta ao longo de uma superfície ao lado de uma régua. O SFM é até onde a ferramenta rolaria em um minuto. Isto não é algo que nós calculamos – é mais uma métrica para dizer “quão rápido” estamos a cortar. Boas diretrizes podem ser tiradas de uma tabela fornecida por um fabricante de ferramentas – ou de diretrizes de desbaste para um material. Para ferramentas de metal duro em alumínio isto é cerca de 600-1500 – mais alto para o acabamento, mais baixo para o desbaste. Para aços inoxidáveis e outros materiais pesados, o SFM ideal pode ser inferior a 100.

Revoluções por minuto (RPM): Esta é a velocidade a que a ferramenta gira. O ponteiro dos segundos em um relógio vai 1 RPM. Esperemos que a sua ferramenta seja mais rápida. Os roteadores tipicamente têm muita gama de RPM, mas não muito torque baixo, então você provavelmente fará melhor na gama de 8.000-25.000 RPM.

Diâmetro do Cortador (D): Este é o diâmetro da parte de corte da ferramenta de corte.

Cortador Número de Dentes (T): Quantas flautas/ dentes tem a ferramenta de corte? Para o alumínio, quanto menos, melhor. Dois é quase sempre suficiente, e para o corte ou desbaste de chapa sem líquido refrigerante, as fresas de uma só flauta são fantásticas! (veja abaixo para mais)

Para fazer alguns cálculos úteis, vamos começar com um padrão de 1000 SFM para o nosso alumínio e D – o diâmetro da nossa ferramenta. Imaginemos que temos uma boa fresa de metal duro de 1/4″ com dois flúteos em espiral. Então D será .25″ e T será 2.

Usando esta fórmula, podemos calcular a RPM que vamos usar:

RPM = (3.8 x SFM) / D

15200 = (3.8 x 1000) / .25

Então temos a nossa RPM teórica! Agora podemos calcular a velocidade de execução da máquina, usando duas variáveis adicionais:

Chip-load Per Tooth (CPT): Esta é a quantidade de uma mordida que cada dente leva com a velocidade de alimentação programada. Geralmente expresso em milésimos de polegada, por exemplo, nosso cortador de metal duro de 1/4″ pode funcionar bem com um CPT de 0,002″.

Inches per Minute (IPM): Esta é a velocidade de corte – a rapidez com que o fuso se move através do material.

Então, podemos calcular a velocidade de avanço (IPM) a partir de RPM, a carga de cavacos por dente (CPT), e o número de dentes (T) na ferramenta:

IPM = RPM x CPT x T

Com a nossa velocidade de corte de 15.200 RPM e 0.002″ CPT numa ferramenta de duas flautas:

60.8 =15200 x 0.002 x 2

A nossa velocidade de avanço será de 60.8 polegadas por minuto!

Este é um bom começo – e provavelmente irá funcionar bem. A verificação com os dados publicados pelo fabricante sobre SFM e Chip-load permitirá que você use mais números específicos da ferramenta e obtenha melhores resultados. A carga de cavacos de 0.002″ que usamos neste exemplo está no lado baixo para desbaste com uma ferramenta de 1/4″, e você pode ser capaz de acionar um pouco no departamento de taxa de avanço sem problemas.

Não tente fazer as coisas correrem melhor indo muito devagar! Isso é quase tão ruim quanto ir muito rápido porque ao invés de quebrar sua fresa imediatamente – ela vai esfregar e gerar calor e chiclete – e depois quebrar. Resista à tentação de abrandar demasiado. Você quer ter certeza que os chips que saem do corte são chips reais. Pegue um calibrador e meça um – idealmente a espessura na “ponta gorda” deve ser próxima da carga de lascas por valor de dente que você escolheu.

Também você deve estar “escalando o corte” por padrão – uma opção no seu software CAM. Isto tomará a parte gorda do chip primeiro e evitará esfregar e gerar calor. Confira este artigo rápido da Harvey Tool sobre a diferença entre trepar e fresamento convencional.

Cortadores

A escolha do cortador faz uma grande diferença, especialmente se você for limitado no uso de refrigerante. Muitas fresas padrão são otimizadas para uso com líquido refrigerante em um centro de usinagem fechado. Se você não estiver usando refrigerante ou apenas jato de ar, você precisará ter cuidado para não carregar suas fresas com metal esfregado ou gomado. Evite qualquer coisa com mais de duas flautas. Se você estiver terminando uma ponta esférica de três flautas pode ficar bem, mas é mais propensa a carregar. As flautas adicionais aumentam a rigidez da fresa embora possam ser úteis.

Flautas individuais são uma grande ajuda quando se corta alumínio numa fresa. Tipicamente você tem bastante RPM do fuso mas não muita rigidez, e a limpeza de cavacos é um problema. Cortadores de flauta simples são um “melhor ajuste” para este cenário. Olhe para isto – as duas flautas gomadas e a flauta simples funcionaram como um campeão!

Você também vai querer limitar o “stick-out” das suas ferramentas ao mínimo. Descubra a profundidade necessária para cortar e depois adicione um pouco de margem – talvez 0.125″ / 3mm – só para que você não o estrague. Ferramentas curtas “stub-length” são ótimas!

Clearing Chips and Cooling

Após você estar operando com “feeds e velocidades” razoáveis você vai chegar ao próximo problema – como você tira as fichas do corte, e como você mantém a fresa fria? Em um mundo ideal, os cavacos seriam bem cortados e jogados fora do corte, tirando todo o calor que o processo de corte gerava com eles. Isto não é provável de acontecer… mas você tem opções!

A sua opção menos confusa é ar comprimido – soprar as lascas para fora do corte e manter a ferramenta limpa. O ar em si não absorve muito calor, por isso só funciona para cortes leves sem bolsos profundos… idealmente com um único cortador de flauta ou com uma estratégia de maquinação que não envolva ranhuras de passagem única. Existem “pistolas de ar frio”, feitas pela Vortec e outras que funcionam bem, mas qualquer jacto de ar focado e acelerável deve funcionar ok.

Stepping up from air alone, você pode usar uma névoa de refrigeração, ou sistema de “quantidade mínima de lubrificação”. Fogbuster, Koolmist, e muitos outros são complementos comuns em roteadores CNC. Você só precisa de um reservatório e um bico e uma linha de ar comprimido para a área do fuso. Há líquido refrigerante suficiente para fornecer alguma lubrificação e para evaporar o calor de arrancamento. Ele é combinado com ar para limpar cavacos. É confuso, mas normalmente você pode montar algum tipo de sistema de drenagem para manter o líquido fora do movimento importante e dos bits elétricos. A quantidade mínima de sistemas de lubrificação é mais leve no ar e mais sobre fornecer um lubrificante para o corte e menos sobre limpar lascas. Dependendo da aplicação, isso pode ser suficiente.

Se você tiver uma máquina de trabalho pesado e ela estiver configurada para manuseá-la, o refrigerante de inundação é excelente. É o padrão para fresagem de metais em geral e alguns roteadores podem lidar com o fluxo de refrigerante em excesso fora da mesa e de volta para a bomba de refrigeração. Para trabalhos em alumínio leve a médio, provavelmente não é necessário. Em uma fresa, é improvável que seja o problema de fazer ou quebrar, pois as máquinas não são tipicamente potentes ou rígidas o suficiente para suportar cortes pesados.

Flexividade

Como você vai segurar isso? Dependendo da sua máquina e das opções de refrigeração e limpeza de cavacos, você tem um monte de maneiras que você poderia fazer…

Acima você pode ver a opção mais simples – faça alguns furos onde você não estará maquinando e parafuse-os em uma folha de compensado! Aqui também coloquei alguns lençóis de plástico para proteger a cama de MDF da máquina. Esta não é uma opção pronta para a produção, mas se você tiver que fazer isso antes da hora do almoço, vale a pena tentar. Você pode ter que usar abas (provavelmente uma opção no seu software CAM) para segurar pequenas peças no lugar.

Se a sua máquina tem uma mesa de vácuo, essa é uma boa opção se você tiver capacidade suficiente de vácuo para segurar a chapa para baixo à medida que você corta mais e mais furos através dela. O vácuo é ótimo para o corte de produção, onde você pode montar uma fixação de gaxeta que só segura a peça onde ela não será cortada. Dado que o alumínio é caro e é muito difícil reindexar uma chapa que se deslocou, pode ser bom usar uma abordagem de “correia e suspensórios” e também fixar mecanicamente ou indexar chapas grandes (especialmente finas) contra batentes fixos, além de usar vácuo.

A maneira que prefiro (se possível) é realmente fixar o material para baixo com algum tipo de braçadeira de fixação de correia. Isto funciona melhor para material mais grosso. Abaixo está uma foto de mim cortando uma placa de 3/8″ em uma máquina com uma placa de alumínio grossa para uma mesa. Esta mesa tem furos roscados a cada poucos centímetros para que os grampos de correia possam ser usados. O melhor. Mesa. Sempre! Você pode ver alguns grampos de metal padrão como você veria em uma oficina mecânica, bem como um MDF feito em casa que tem maior alcance e amortece a vibração. Estou a usar um moinho de 1/4″ com jacto de ar frio.

Existem algumas outras coisas estranhas visíveis na imagem acima – primeiro, os paus de agitação da tinta deslizam por baixo da chapa a cada metro ou assim. Estes deixam-me cortar a peça sem cortar na mesa da máquina de alumínio. Eles também ajudam a tirar as lascas das ranhuras à medida que são cortadas. A outra coisa estranha é o tijolo de chumbo coberto com fita plástica. A fita de plástico é para não tocar no chumbo, e o chumbo está lá para amortecer as vibrações na placa. O operador tem que movê-la e mantê-la afastada da cabeça de corte, mas ela evita que a chapa se quebre, especialmente porque as peças grandes são cortadas quase livremente – exceto onde elas são mantidas com abas. Não é bonito, mas funcionou bem!

Você também pode usar torno como em um centro de usinagem. Eu parafusei (muito raramente) um par de torno na mesa em uma linha e os usei para segurar a extrusão para usinagem. Outras pessoas fazem isso o tempo todo e funcionou muito bem para mim também – mas minha experiência é limitada! Os maquinistas da internet têm isso coberto.

Conclusões

Agora você sabe o que eu sei. Não é abrangente, mas é um começo, e espero que poupe um cortador quebrado ou alguma outra dor de cabeça!

Links:

• NYC CNC: Feeds Shapeoko & Velocidades e Dicas de Maquinação!
• Harvey Tool: Ataque de alumínio: Um Guia de Maquinação
• Harvey Tool Blog: Velocidades e Feeds 101
• NYC CNC: Velocidades & Tutorial de Feeds para Máquinas CNC! WW164

Nota:

Este artigo contém informação que reflecte as minhas opiniões – Não faço promessas sobre a sua utilidade! Pode conter erros (por favor me avise se encontrar alguns!) e incluirá preconceitos baseados na minha limitada experiência. Se você não concordar com alguma coisa aqui, por favor entre em contato. Isto não é apenas para eu compartilhar o que sei, mas para aprender com os outros. Terei prazer em inserir informações adicionais e opiniões diferentes para que os leitores estejam mais conscientes da diversidade de respostas “certas”!

Mudar Log:

Atualizado: 12/5/19 – Tratamento térmico e Miro 6, corte por escalada, aviso lento e correção de erros de cálculo.

Atualizado: 1/9/21 – Cortadores adicionados, secções de estratégias, links.