Peças torneadas em CNC: como a seleção de materiais impacta o custo, a precisão e a eficiência da produção.

Para peças torneadas em CNC , é importante observar que a escolha do material tem um impacto significativo nos custos, nas limitações de precisão e na eficiência da linha de produção. Uma pequena alteração no material pode resultar em uma vida útil imprevisível das ferramentas de torno CNC, um aumento exponencial de peças refugiadas ou um prazo de entrega imprevisível.

Ao procurar um fornecedor confiável de peças torneadas por CNC, ele tem a capacidade de usinar sua peça ou oferece um consultor especializado que pode otimizar a cadeia de suprimentos? Anos de experiência como prestador de serviços na indústria de torneamento CNC me ensinaram que a escolha do material é a base direta para o custo, a precisão e a eficiência na fabricação de peças.

Este manual combina o conhecimento prático da JS Precision com o conhecimento mais recente do setor, com o objetivo de informá-lo sobre como as características de diversos materiais influenciam todo o processo de produção, para que você possa evitar riscos no momento da escolha dos materiais.

Tabela de Respostas Principais

Principais conclusões

O material é o principal fator determinante do custo: o custo do material, a facilidade com que pode ser usinado e as ferramentas necessárias influenciam o custo de peças torneadas por CNC.

A usinabilidade é um fator que determina a precisão e a velocidade, uma vez que a dureza, a tenacidade e as características de temperatura de um material influenciam diretamente a estabilidade dimensional, a qualidade da superfície e o tempo de produção.

A colaboração precoce é essencial para a redução de custos: Colaborar com um fabricante de peças torneadas por CNC logo no início do processo de projeto, como a JS Precision, permite maximizar o aproveitamento do conhecimento que eles têm do processo.

Usinabilidade do material em produção de baixo volume: Quando se trata de produção de baixo volume, a usinabilidade dos materiais desempenha um papel ainda maior em peças torneadas em CNC. Nesses casos, a usinabilidade dos materiais deve ser maximizada.

Fornecedores confiáveis ​​possuem soluções sistemáticas: Um fornecedor de peças torneadas CNC de alto nível deve ter um conhecimento abrangente de ciência dos materiais, engenharia de processos e os fundamentos da gestão da cadeia de suprimentos para oferecer as melhores opções.

Experiência da JS Precision: A seleção de materiais para peças torneadas em CNC afeta o custo e a precisão.

Com vasta experiência de 15 anos na indústria de torneamento CNC, nossa empresa conseguiu atender às solicitações de mais de 5.000 clientes internacionais. Além disso, concluímos mais de 8.000 projetos.

Conhecemos bem as propriedades de mais de 300 classes de materiais para torneamento , como a liga de alumínio 6061, comumente conhecida como liga de alumínio 6061 de grau industrial, cujas propriedades de processamento mecânico e condições de tratamento térmico são especificadas com precisão na norma ASTM B221/B221M-24 . Tudo isso nos ajuda a identificar a classe de material adequada com base na adequação às condições de aplicação.

Por exemplo, otimizamos a velocidade de processamento, a velocidade do fuso e o sistema de refrigeração para o processamento de conectores de liga de titânio. Isso foi para um de nossos clientes que trabalhava com equipamentos médicos.

Nossos engenheiros conseguiram reduzir o tempo de processamento por peça em 18% e a vida útil das ferramentas em mais de duas vezes. Finalmente, mantendo a mesma precisão de ±0,01 mm, o tempo de processamento permitiu reduzir o custo total em 15%.

Este artigo resume nossas experiências em inúmeras situações semelhantes no passado. Todos os pontos aqui apresentados foram testados em produção , portanto, você pode confiar nessas informações. Esperamos que, com base nessas experiências, possamos fornecer algumas dicas úteis para evitar problemas na seleção de materiais para peças torneadas em CNC.

Tem interesse em obter informações sobre o estudo de caso da JS Precision sobre a seleção ideal de materiais para peças torneadas em CNC com base nas normas ISO? Basta entrar em contato conosco e nos informar os critérios de uso e desempenho do seu produto. Você receberá orientação personalizada gratuita para evitar erros na seleção de materiais.

Como a dureza do material determina a precisão das peças torneadas em CNC?

Após compreendermos nossa experiência prática, discutiremos o aspecto muito importante da dureza dos materiais, pois este é um fator determinante crucial no nível de dificuldade do processo de torneamento CNC, o que, por sua vez, influenciará o nível de precisão das peças torneadas por CNC.

Materiais de alta dureza são resistentes ao desgaste, mas exigem alta pressão para processamento, enquanto materiais macios são fáceis de cortar, mas podem afetar a resistência e a estabilidade dimensional. Encontrar esse equilíbrio é uma tarefa complexa.

Influência da dureza no desgaste da ferramenta e nas variações dimensionais

Ao usinar uma peça com dureza igual ou superior a HRC30 , o desgaste da ferramenta ocorre na face de folga da fresa, resultando em alterações no contato entre a ferramenta e a peça, o que leva a variações nas dimensões das peças torneadas em CNC.

Como o calor do corte reduz a precisão em materiais macios

Baixa resistência ao corte e fácil acúmulo de calor durante o corte são propriedades de materiais macios como as ligas de alumínio. Fluidos de corte inadequados ou condições incorretas podem resultar em expansão localizada devido ao aquecimento, seguida de contração devido ao resfriamento. Isso pode levar à perda de controle dimensional e ao não cumprimento dos padrões de precisão.

Estabilidade do material: precisão e resistência à tensão a longo prazo

A barra trefilada a frio apresentará tensões residuais de usinagem, enquanto a peça forjada terá tensões distribuídas uniformemente.

Durante o processo de torneamento CNC, a liberação de tensões pode causar pequenas deformações nas peças, e a norma ISO 286-2:2010 exige explicitamente que as flutuações dimensionais a longo prazo de peças de precisão sejam controladas dentro de 30% da faixa de tolerância, o que impõe requisitos rigorosos à estabilidade do material em peças torneadas com precisão por CNC.

Como os principais fabricantes de peças torneadas por CNC otimizam o aproveitamento do material?

A utilização de materiais tem um impacto direto nos custos de produção. Os melhores fabricantes de peças torneadas por CNC utilizam otimização multidimensional para alcançar a melhor utilização de materiais. A JS Precision possui vasta experiência nessa área.

Encaixe inteligente e otimização de espaços vazios: reduzindo o desperdício desde o início.

Insira as especificações exatas da barra necessárias para as peças, organize várias peças usando um software de aninhamento e concentre-se na menor peça bruta possível. O consumo de material pode ser reduzido em 30%.

Otimização do percurso do processo: atingindo objetivos com redução de cortes.

É necessário alocar racionalmente os processos de torneamento de desbaste e acabamento, utilizar peças brutas com formato próximo ao final e minimizar o volume de material durante o torneamento. Isso permitirá uma utilização de material superior a 25%.

Gestão de Resíduos com Valor Agregado: Reciclagem e Economia Circular de Batatas Fritas

É necessário estabelecer um sistema de reciclagem categorizado para a venda de diferentes tipos de aparas de materiais. Isso resulta diretamente na redução de custos para os clientes dos produtos fabricados, numa situação vantajosa para todos, tanto para a produção sustentável quanto para a economia de custos.

Deseja aproveitar ao máximo o seu material? Envie os desenhos das suas peças para a JS Precision e os nossos engenheiros de processo combinarão o aninhamento inteligente e a otimização do processo para desenvolver um plano personalizado de economia de material, tornando a produção de peças torneadas em CNC mais rentável.

Quais materiais são os melhores para a produção de peças torneadas de precisão por CNC?

Para que peças torneadas com precisão CNC sejam realmente consideradas produtos premium, é essencial utilizar um material adequado. Esses materiais já são otimizados para processos de torneamento de altíssima precisão.

História das Bases - Ligas de Corte Livre: A "Fórmula" que Nasce

O aço e o latão de corte livre possuem aditivos como chumbo e enxofre, que reduzem o atrito da ferramenta, facilitam a quebra de cavacos e melhoram o acabamento superficial, tornando-os uma opção de material de baixo custo para peças torneadas com precisão em CNC.

O Rei da Estabilidade: Aço Inoxidável Endurecido por Precipitação e Liga de Alumínio de Baixa Tensão

O processo 17-4PH oferece resistência a altas temperaturas, boa resistência mecânica e resistência à corrosão. O processo 6061-T651 na liga de alumínio elimina qualquer tensão interna, o que a torna ideal para usinagem precisa com deformação mínima.

Opções de alta qualidade: aço ferramenta de baixa deformação e liga Invar.

O aço ferramenta pré-endurecido de baixa deformação é conhecido por proporcionar um bom grau de estabilidade dimensional ; além disso, a liga Invar é conhecida por possuir um coeficiente de expansão térmica de baixo valor.

Está com dúvidas sobre qual material escolher para fabricar suas peças torneadas de precisão em CNC? A JS Precision recomenda a solução de material mais adequada e oferece até mesmo um serviço de corte experimental em pequenos lotes para verificar a eficiência de processamento do material escolhido.

Figura 1. O torneamento por controle numérico pode processar diversos materiais, incluindo metais (como alumínio, aço, latão e titânio), plásticos e materiais compósitos.

Como a escolha do material pode acelerar ou atrasar a entrega de peças torneadas personalizadas?

O tempo de entrega de peças torneadas personalizadas depende diretamente do material utilizado. A disponibilidade do material, o pré-processamento necessário e a complexidade do processo de usinagem também influenciam o prazo de entrega.

Cronograma da cadeia de suprimentos: Materiais em estoque padrão vs. Materiais sob encomenda

Materiais comuns como ligas de alumínio 6061 e aço inoxidável 303 são frequentemente encontrados em estoque, e o tempo de aquisição é de 1 a 3 dias. Materiais especiais como ligas de titânio e ligas para altas temperaturas exigem aquisição específica, que leva de 4 a 8 semanas.

Tempo de espera antes do pré-processamento: Repouso e tratamento térmico indispensáveis.

Alguns materiais precisam de um período de repouso para aliviar as tensões, que leva de 24 a 48 horas, e o tratamento térmico de revenimento é necessário para aços de alta resistência. Além disso, um tratamento térmico secundário pode ser necessário caso haja processos de usinagem de desbaste, acrescentando de 3 a 10 dias ao tempo total.

Variação na eficiência de usinagem e pós-processamento: do torno ao tratamento de superfície.

Os materiais usináveis ​​têm uma velocidade de corte que varia entre 100 e 150 m/min, enquanto que para o grupo de ligas de titânio essa velocidade é de apenas 10 a 20 m/min, e qualquer tratamento de superfície especial leva cerca de 5 a 7 dias, atrasando assim todo o cronograma de entrega.

Como as propriedades dos materiais determinam o ciclo de vida e o custo das suas ferramentas de torno CNC?

A vida útil das ferramentas de torno CNC e seu custo dependem diretamente do tipo de material, já que materiais diferentes causam diferentes tipos de desgaste nas ferramentas.

1. Abrasão: "Desgaste" baseado na dureza do material

As ligas de alumínio com alto teor de silício e os materiais metalúrgicos em pó possuem partículas duras que fazem com que o revestimento da ferramenta e o substrato percam o brilho rapidamente, resultando em uma vida útil de 1/5 da de ferramentas revestidas comuns.

2. Desgaste termoquímico: “Fusão” e difusão em altas temperaturas

Na usinagem de aço inoxidável e ligas à base de níquel, as temperaturas na zona de corte podem atingir 800-1000 °C. A adesão entre os revestimentos da peça e da ferramenta, juntamente com a difusão de elementos, contribui para o desgaste da cratera.

3. O custo da insuficiência de tenacidade: Microlascamento durante a usinagem de materiais frágeis

No caso de torneamento de peças de ferro fundido e metal duro, a aresta de corte tende a ser afetada pelas forças de impacto, causando microlascas.

Quer reduzir os custos com ferramentas para torno CNC? Entre em contato com a JS Precision. Podemos fornecer recomendações sobre as ferramentas mais adequadas ao seu material.

Figura 2. A qualidade e a preparação do material da peça de trabalho afetarão a vida útil da ferramenta.

Como aproveitar os serviços de torneamento CNC para obter a máxima eficiência de material?

Para alcançar a máxima eficiência no uso de materiais, é essencial contratar profissionais para serviços de torneamento CNC. A JS Precision possui um plano holístico para a eficiência de materiais, desde as etapas de projeto até a produção em massa.

Design para Fabricação – Design para Redução de Peso e Formas Próximas ao Final

Ao oferecer sugestões sobre Design para Fabricação (DFM) e adotar projetos como Estruturas Ocas e Peças Brutas com Formato Próximo ao Final, o consumo de materiais poderia ser reduzido em mais de 22%, diminuindo assim os custos unitários.

Estratégia para agregação de pedidos e compartilhamento de vagas em branco

No que diz respeito a peças torneadas em CNC de baixo volume, agrupar vários pedidos e usar peças brutas comuns com as mesmas especificações reduz o desperdício de material de 15% para menos de 5%.

Implementação de Processos Avançados: Redução de Desperdício – Os Benefícios da Conformação a Frio e da Fresagem-Torneamento

Através do uso de estampagem a frio e recartilhamento para criar algumas das características e torneamento-fresamento para minimizar o tempo de fixação, a quantidade de metal removido foi bastante reduzida e a eficiência melhorada.

Usinabilidade: a chave para o sucesso na usinagem de peças torneadas em CNC de baixo volume.

No caso de peças torneadas em CNC de baixo volume , a usinabilidade do material é muito mais importante do que a funcionalidade de desempenho ideal, pois impacta o custo, a entrega e o risco.

Composição do Custo Unitário: A Razão por Trás da Maior Sensibilidade à Usinabilidade ao Utilizar Pequenos Volumes

Para encomendas de pequenos lotes, os custos fixos representam 60% a 70%. Materiais de fácil usinagem têm um tempo de processamento curto, e os custos de alterações e ajustes podem quase dobrar o custo por unidade.

Velocidade é tudo: a necessidade de iteração rápida e validação de mercado.

A utilização de materiais de fácil usinagem, como o aço 12L14 e a liga de alumínio 6061, durante a fase de P&D, permite a entrega rápida de protótipos em 3 a 5 dias. Isso agilizou o processo de validação do desenvolvimento do produto, que seria atrasado em 2 a 3 semanas com materiais de difícil usinagem .

Reduzindo as barreiras de entrada: estabilizando o processo.

Materiais fáceis de processar apresentam uma taxa de qualificação na avaliação superior a 99%, o que atenua dificuldades como instabilidade dimensional e defeitos na superfície de materiais de difícil usinagem.

A Figura 3 ilustra como a usinagem CNC em pequenos lotes se refere ao uso de equipamentos CNC para produzir peças em pequenas quantidades, geralmente variando de dezenas a milhares de peças.

Redução de custos de 28%: Substituição de materiais e otimização de processos permitem a remodelação por torneamento CNC de 10.000 carcaças de sensores.

Contexto e desafios

A empresa em questão era uma fabricante de sensores industriais que necessitava de 10.000 caixas para sensores. O material inicialmente utilizado era o aço inoxidável 304, cujo preço unitário era de US$ 8,5. O principal problema que surgiu foi o endurecimento por trabalho a frio, que causava desgaste acelerado das ferramentas, resultando em problemas de eficiência e estouro de orçamento.

Solução de Precisão JS

Os engenheiros da JS Precision realizaram inicialmente uma análise de engenharia de valor para o material . Constatamos, no entanto, que o ambiente operacional do cliente não envolvia exposição química extrema e, portanto, a alta resistência à corrosão do aço inoxidável 304 não era necessária.

Consequentemente, propusemos uma modificação do material para aço inoxidável 416 de usinagem livre sem chumbo. Este material mantém um bom nível de resistência à corrosão , mas suas propriedades de usinagem são bastante aprimoradas para permitir velocidades de até 80 m/min.

Considerando a natureza do material 416, as condições de corte tiveram que ser otimizadas, com a taxa de avanço variando de 0,1 mm/r a 0,2 mm/r, e adotando-se fresas revestidas com TiN, mais econômicas. A vida útil da ferramenta, anteriormente de 200 peças/ferramenta, foi agora aumentada para 800 peças/ferramenta.

Além disso, com base nas dimensões finais da peça, calculamos com precisão o diâmetro da barra de aço a ser adquirida, de Φ32mm para Φ30,5mm, de forma a reduzir a quantidade de cavacos produzidos por peça e aumentar o aproveitamento do material em 12%.

Resultados finais alcançados

O custo unitário diminuiu para US$ 6,12, uma redução de 28%, gerando uma economia de US$ 23.800; a capacidade de processamento aumentou em 35%; o prazo de entrega foi reduzido de 25 para 18 dias, resultando em um altíssimo nível de satisfação do cliente.

Interessado em alcançar reduções de custos semelhantes? Compartilhe suas necessidades de componentes e principais dificuldades com a JS Precision, e nós elaboraremos uma estratégia personalizada de redução de custos para você, baseada na substituição de componentes ou em outras técnicas, para que os serviços de torneamento CNC agreguem ainda mais valor ao seu negócio.

Figura 4: Peças de sensores personalizadas de alta qualidade

Como fornecedor confiável de peças torneadas em CNC, como a JS Precision pode orientar na melhor seleção?

Na JS Precision, um dos principais fornecedores de peças torneadas por CNC , podemos ajudá-lo em todo o processo de escolha do material certo.

• A comunicação detalhada refina requisitos vagos em termos específicos, como "resistência à corrosão" relacionada a tipos apropriados de materiais.
• Fornecer soluções alternativas economicamente viáveis, como substituir o aço inoxidável 303 pelo 416 e o ​​7075 pelo alumínio 2024, sem sacrificar o desempenho crítico.
• Realizar produção experimental em pequena escala de peças torneadas personalizadas para verificar a compatibilidade entre materiais e processos, garantindo a viabilidade da produção em massa.

Perguntas frequentes

Q1: Quais são as diferenças entre usinar ligas de alumínio e usinar aço inoxidável?

A principal distinção reside na remoção do calor e no endurecimento por deformação. O alumínio é um bom condutor de calor; portanto, durante o processo de usinagem, a atenção se concentra na remoção do cavaco e na prevenção da formação de aresta postiça. Como o alumínio apresenta baixa condutividade térmica, o processo de resfriamento deve ser eficiente e o endurecimento por deformação também deve ser evitado.

Q2: Por que a superfície do aço de usinagem livre (como o 12L14) é mais lisa?

Os componentes aditivos do aço de corte livre, como chumbo e enxofre, criam uma camada lubrificante sobre os cavacos durante o processo de usinagem, tornando a superfície do produto mais lisa, pois haverá menos atrito entre a ferramenta de corte e os cavacos.

P3: Como é possível que os custos de produção de pequenos lotes de componentes de liga de titânio sejam tão excessivamente altos?

O custo da liga de titânio em si é elevado, e a velocidade de corte precisa ser muito baixa para evitar a combustão durante a operação. Os equipamentos necessários para o corte da liga de titânio são muito caros e exigem refrigeração de alta pressão. Volumes de produção menores não conseguem arcar com os custos associados à otimização dos processos e equipamentos.

Q4: Vocês fornecem certificados de materiais?

Claro. Emitimos certificados de materiais originais (MTC) para todos os projetos críticos, que nos informam sobre a composição química, resistência mecânica e outros valores do material, permitindo assim a rastreabilidade da origem e do desempenho do material. Este é um requisito básico do nosso sistema de gestão da qualidade.

Q5: Qual o nível de precisão que normalmente se pode alcançar em torneamentos?

Para peças torneadas de precisão CNC de tamanho médio, em produção em massa, é possível manter uma tolerância de diâmetro estável dentro de ±0,005 mm e uma circularidade de 0,003 mm. Essas precisões podem variar ligeiramente de acordo com as propriedades do material e as técnicas de processamento.

Q6: A tolerância de diâmetro da barra de material afetará o custo das minhas peças?

Sim, funcionará. Podemos comprar barras de aço de alta precisão com tolerâncias rigorosas (como H11). Isso será caro, porém, reduzirá a sobremedida de usinagem, economizando tempo e custos com ferramentas. Determinaremos o valor ideal da tolerância da barra de aço.

Q7: Sua empresa oferece testes de substituição de materiais?

Sim. No caso de parceiros comerciais de longo prazo que necessitem de redução de custos ou otimização, podemos organizar uma produção experimental em pequena escala para comparar a viabilidade da alternativa em relação à precisão dimensional, qualidade da superfície, características de desempenho ou quaisquer outros requisitos semelhantes.

P8: Quais são os principais benefícios de colaborar com a JS Precision em vez de outros fornecedores de serviços de torneamento na sua região?

Oferecemos engenharia de materiais altamente integrada, otimização de custos abrangente desde a perspectiva de DFM (Design for Manufacturing) até a produção em massa, e uma experiência colaborativa baseada em uma plataforma digital, o que nos permite oferecer a solução de torneamento CNC mais econômica, precisa e rápida.

Resumo

A seleção de materiais é descrita como o volante invisível da fabricação de peças torneadas por CNC. Utilizar o material adequado resulta em custos controláveis, dimensões precisas e entrega eficiente, enquanto usar o material errado é a origem de inúmeros problemas.

Desde a escolha dos materiais de entrada mais fáceis de usinar no contexto de peças torneadas em CNC de baixo volume até a seleção da liga "campeã" com base no parâmetro de "melhor desempenho" no contexto de componentes críticos de alto volume, cada decisão resulta na construção de "margens de vantagem competitiva".

Não considere as escolhas materiais como eventos isolados.

Entre em contato com a equipe de engenharia da JS Precision hoje mesmo e nos envie seus desenhos de peças e suas necessidades de desempenho. Forneceremos um orçamento gratuito para nossos serviços de torneamento CNC, além de um relatório complementar com recomendações de seleção de materiais e otimização de processos. Podemos trabalhar juntos para aproveitar ao máximo cada material e garantir que cada peça seja realmente valiosa.