La guía definitiva para el mecanizado CNC: materiales que no puedes utilizar

Muchas industrias se han beneficiado del uso del mecanizado CNC, lo que hace que la fabricación sea más cómoda y los resultados sean más precisos. Sin embargo, no todos los materiales son adecuados para este proceso, aunque es excelente para dar forma a diversos materiales. Los fabricantes deben comprender qué materiales son incompatibles con el mecanizado CNC para incorporarlos a sus procesos y evitar errores costosos. Este artículo analiza las limitaciones técnicas del mecanizado CNC al describir algunos materiales que plantean algunos desafíos debido a sus características o comportamiento durante el mecanizado. Tanto los profesionales experimentados como los novatos encontrarán esta guía útil para mejorar sus métodos de selección de materiales y optimizar la producción.

¿Qué tipos de materiales suponen un desafío para el mecanizado CNC?

Los materiales que generalmente se sabe que plantean dificultades para el mecanizado CNC se pueden dividir en las siguientes categorías:

• Duro o resistente: estos materiales incluyen acero endurecido, titanio y otros, que pueden provocar un desgaste rápido de las herramientas utilizadas para cortar y aplicar fuerza.
• Suave y elástico: Algunos tipos de caucho, así como ciertos plásticos que pueden deformarse al ser sometidos a fuerzas de corte, pueden dar lugar a dificultades a la hora de realizar procesos de mecanizado precisos.
• Material frágil: Esta categoría de materiales incluye cerámicas como el vidrio, que son propensas a agrietarse o astillarse durante cualquier forma de procesamiento mecánico y, por lo tanto, deben manipularse con cuidado y utilizando herramientas adecuadas.
• Materiales compuestos: debido a sus niveles de dureza variables, los materiales compuestos, como los compuestos de fibra de carbono, podrían ejercer una presión desigual sobre los bordes de las herramientas y representar un riesgo para la salud debido al polvo producido durante la fabricación.

La selección eficaz de materiales debe ir acompañada de estrategias de mecanizado adecuadas para superar estos desafíos.

Materiales increíblemente suaves o flexibles.

El mecanizado de materiales blandos, como el caucho o los termoplásticos no tan duros, es problemático debido a sus características físicas. El mecanizado de este material se deforma bajo las fuerzas de corte y puede provocar una menor precisión dimensional y complejidad. Por ejemplo, el mecanizado criogénico es un enfoque único en el que se utiliza una temperatura temporal baja para enfriar el material, lo que aumenta su rigidez. A bajas temperaturas, la deformación del material se puede minimizar reduciendo el acabado de la superficie de corte, lo que lo hace más fácil de mecanizar que otros. La fricción se puede reducir utilizando herramientas de corte afiladas con ángulos de inclinación más bajos y lubricación.

La flexibilidad también genera más vibraciones durante el mecanizado, lo que podría afectar la vida útil de la herramienta y la calidad de los acabados de la superficie. Por ejemplo, en el caso de los termoplásticos, se ha demostrado que las velocidades más lentas combinadas con configuraciones de sujeción adecuadas pueden ayudar a aliviar las imprecisiones causadas por las vibraciones. Según los consejos de la práctica industrial, el mecanizado de materiales flexibles requiere herramientas de acero rápido (HSS) o de carburo para lograr la máxima durabilidad y cortes precisos.

Para aplicaciones CNC desafiantes, conozca cómo se comporta un material en condiciones de trabajo y personalice los parámetros de fresado en consecuencia; por lo tanto, el producto final cumplirá con los altos estándares exigidos a estos materiales.

Materiales con puntos de fusión bajos

Diversas industrias enfrentan oportunidades y desafíos únicos al trabajar con materiales que tienen puntos de fusión bajos, como el aluminio, el estaño, el plomo y algunos termoplásticos. Estas sustancias suelen tener puntos de fusión por debajo de los 600 grados Fahrenheit (316 grados Celsius); por lo tanto, se pueden utilizar en aplicaciones de baja temperatura como soldadura, fundición e impresión 3D. Por ejemplo, el estaño tiene un punto de fusión de aproximadamente 450 grados Fahrenheit (232 grados Celsius), ideal para soldar equipos electrónicos con un control significativo de la temperatura.

Para el mecanizado o procesamiento adecuado de estos materiales, es necesario considerar sus propiedades térmicas para evitar deformaciones causadas por efectos de calentamiento, incluyendo deformaciones. La información indica que los sistemas de enfriamiento adecuados, como el aire a alta presión o el refrigerante líquido, pueden reducir el estrés térmico y, a su vez, aumentar la vida útil de la herramienta al tiempo que mejoran el acabado de la superficie. Además, los estudios han demostrado la importancia de utilizar herramientas de corte afiladas y husillos de bajas revoluciones para minimizar el calor generado durante el mecanizado.

Las aplicaciones de aleaciones desarrolladas a partir de materiales con bajo punto de fusión también han aumentado su alcance de uso. Por ejemplo, las aleaciones de plomo y estaño se utilizan ampliamente en la fabricación de soldaduras, ya que se funden de manera predecible y son duraderas. Además, los termoplásticos avanzados con puntos de reblandecimiento bajos se utilizan comúnmente para la fabricación aditiva, que requiere una deposición precisa capa por capa.

Las industrias pueden, por tanto, utilizar correctamente estos materiales y garantizar que sus aplicaciones sean duraderas, inocuas y eficientes al conocer sus propiedades mecánicas y térmicas.

Sustancias altamente abrasivas

Los materiales altamente abrasivos tienen una dureza y una abrasividad significativas, por lo que son necesarios para aplicaciones industriales como el esmerilado, el corte y el pulido. Entre ellos se encuentran el carburo de silicio (SiC), el óxido de aluminio (Al2O3), el nitruro de boro cúbico (CBN) y el diamante. Estos materiales tienen una resistencia al desgaste superior y pueden soportar operaciones de alto estrés.

Por ejemplo, los diamantes industriales fabricados de forma sintética se utilizan ampliamente para herramientas de corte debido a que su dureza es incomparable, ya que alcanzan un valor de 10 en la escala de Mohs. Se pueden utilizar para fabricar materiales ultraduros como cerámicas y metales con gran precisión. Por el contrario, el óxido de aluminio tiene una dureza de partículas que varía entre 9 y 9.5 en la escala de Mohs, y se aplica comúnmente a lijas y limpieza con chorro abrasivo.

Los últimos avances han optimizado los tamaños y las estructuras de las partículas abrasivas, mejorando así la eficiencia y reduciendo el desgaste de los equipos de procesamiento. Los estudios realizados con abrasivos nanoestructurados indican un aumento de la tasa de eliminación de material del 15 al 20 % en comparación con sus contrapartes tradicionales de tamaño micrométrico. Además, las industrias siguen explorando cuestiones de desarrollo sostenible, como el empleo de abrasivos ecológicos como el vidrio reciclado y el granate, que equilibran la eficiencia operativa con la sostenibilidad medioambiental.

Comprender las características físicas de los materiales, como el tamaño de las partículas, la dureza y la estabilidad térmica, es fundamental para elegir un abrasivo adecuado para una aplicación determinada. Esto garantizará que las herramientas y los equipos duren más tiempo, al tiempo que se minimizan los daños y se obtienen los mejores resultados.

¿Por qué no se pueden utilizar determinados materiales en el mecanizado CNC?

Limitaciones de las máquinas herramienta CNC

Las máquinas CNC, al trabajar con materiales específicos, tienen limitaciones. Uno de los factores importantes podría ser la dureza de un material determinado; algunas sustancias complejas, como algunas cerámicas o aceros endurecidos, pueden superar la capacidad de las herramientas CNC ordinarias, lo que puede provocar un gran desgaste y rotura de las herramientas. Esto está relacionado con otra limitación, que es la ductilidad del material. Estos problemas de mecanizado, por ejemplo, acabados superficiales deficientes u obstrucciones en las herramientas de corte, pueden surgir de sustancias muy dúctiles como ciertos metales blandos. Además, durante el mecanizado, algunos materiales pueden no conducir el calor, lo que provoca deformación térmica o daños en la pieza de trabajo. La precisión de la máquina y el alto rendimiento continuo dependen en gran medida de la selección adecuada de materiales compatibles que complementen el rendimiento de la máquina.

Propiedades del material incompatibles con los procesos de mecanizado

Dureza excesiva

Algunas cerámicas o aceros excesivamente endurecidos pueden ser complejos de mecanizar y pueden desgastar las herramientas rápidamente.

Conductividad térmica baja

Los materiales con mala disipación del calor, incluida la aleación de titanio, pueden provocar daños térmicos debido a la acumulación de calor inducida por el mecanizado.

Alta ductilidad

Se trata de materiales demasiado maleables, como el cobre puro o el aluminio blando, que dan lugar a acabados poco satisfactorios y provocan problemas de obstrucción de las herramientas.

Fragilidad

El temor es que las sustancias frágiles, como el vidrio y determinados compuestos, puedan agrietarse o astillarse durante el mecanizado.

Propiedades abrasivas

Los compuestos reforzados con sustancias abrasivas o algunos tipos de polímeros podrían desafilar rápidamente los instrumentos de corte y reducir la maquinabilidad.

Identificar estas características incompatibles es vital para seleccionar los materiales adecuados y mejorar el rendimiento de la máquina durante las operaciones.

Preocupaciones de seguridad y posibles daños al equipo

El mecanizado de materiales con propiedades incompatibles puede suponer riesgos de seguridad. Los materiales frágiles, que se rompen bajo tensión, crean fragmentos afilados que pueden lesionar a los operarios. Además, los materiales abrasivos aceleran el desgaste de las herramientas de corte, que pueden fallar durante el uso. Esto puede provocar un mal funcionamiento repentino de la máquina y riesgos para la seguridad. Para minimizar estos riesgos y garantizar operaciones seguras es necesario elegir el material adecuado, realizar un mantenimiento periódico del equipo y utilizar equipos de protección.

¿Cuáles son las alternativas para los materiales que no se pueden mecanizar con CNC?

Opciones de impresión 3D

Para materiales que son difíciles de mecanizar mediante técnicas CNC, la impresión 3D se presenta como una opción flexible. Las tecnologías de fabricación aditiva como el modelado por deposición fundida (FDM), la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS) pueden procesar una variedad de materiales como termoplásticos y fotopolímeros, entre otros, e incluso metales.

Un ejemplo son las impresoras FDM, que son muy útiles para fabricar prototipos utilizando ABS, PLA y PETG para garantizar soluciones rentables. Por el contrario, la SLA ofrece una mayor precisión, por lo que es mejor para aplicaciones detalladas que suelen realizarse con resinas resistentes, flexibles y moldeables. La SLS se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas funcionales resistentes a partir de polvos a base de nailon, lo que la hace adecuada para aplicaciones de uso final en la industria aeroespacial y de dispositivos médicos.

Según las estadísticas, la impresión 3D puede ahorrar hasta un 70% de desperdicio de material en comparación con los métodos sustractivos de fabricación tradicional. Además, se han producido avances en la impresión 3D de metales, como la sinterización directa de metales por láser (DMLS), que crea geometrías complicadas mediante el uso de materiales como el titanio y el aluminio junto con el acero inoxidable. Estas capacidades hacen que la impresión 3D sea una opción interesante para producciones a pequeña escala, creación rápida de prototipos y diseños personalizados.

Al incorporar diferentes técnicas de impresión 3D con ventajas específicas para cada material, los fabricantes pueden superar las limitaciones del mecanizado CNC manteniendo la eficiencia, la funcionalidad y la flexibilidad del diseño.

Moldeo por inyección de plásticos

Si me preguntas, el moldeo por inyección es un método para producir piezas de plástico a gran escala que yo recomendaría. En este proceso, el plástico líquido se introduce en un molde específico y luego se enfría para darle la forma deseada. Su punto fuerte reside en su capacidad para fabricar componentes con geometrías intrincadas a altas velocidades de producción. Además, se pueden utilizar diferentes termoplásticos, lo que garantiza que las propiedades del material se ajusten a las necesidades específicas.

Métodos de fundición de metales

Uno de los principios básicos de la metalistería es la fundición, en la que se vierte metal líquido en un molde y se solidifica para darle la forma deseada. Las distintas técnicas de fundición utilizan distintos materiales, aplicaciones y tolerancias.

Moldeo en arena

La fundición en arena es uno de los métodos más utilizados por su versatilidad y rentabilidad. Este método utiliza moldes hechos de arena que se pueden moldear fácilmente para cualquier diseño complejo. Se utiliza ampliamente para fabricar piezas grandes y pesadas en metales como hierro, acero y aluminio. Las fundiciones en arena contemporáneas pueden lograr tolerancias de ±0.02 pulgadas por pulgada, que se encuentran principalmente en elementos como bloques de motor o componentes de maquinaria agrícola.

Die Casting

En la fundición a presión, el metal líquido caliente se introduce a presión en un molde de acero reutilizable (matriz) para producir en masa piezas de precisión. A continuación, las aleaciones no ferrosas se mecanizan normalmente mediante procesos de control numérico por ordenador, especialmente cuando se trata de diversas aplicaciones CNC que involucran aluminio, zinc o magnesio, entre otros. Algunas tecnologías avanzadas de fundición a presión pueden ofrecer tolerancias de hasta ±0.005 pulgadas. Por lo tanto, esta técnica encuentra una amplia aplicación en las industrias de fabricación de automóviles y en la electrónica de consumo de la industria aeronáutica debido a su capacidad para producir piezas geométricamente precisas e intrincadas en varios tamaños.

Fundición de inversiones

El método de fundición a la cera perdida, conocido como fundición a la cera perdida, es el mejor para fabricar componentes con detalles intrincados y acabados suaves. Se forma un molde de cerámica alrededor de un modelo de cera, se derrite para eliminar esta última y luego se llena con metal fundido. El objetivo de este método es lograr un excelente acabado de la superficie, así como tolerancias dimensionales de ±0.004 pulgadas. Esta técnica se utiliza ampliamente en el campo médico y aeroespacial, ya que es fundamental para generar componentes como herramientas quirúrgicas y álabes de turbinas.

Fundición centrífuga

Este método utiliza la fuerza centrífuga para distribuir el metal fundido dentro del molde, lo que produce piezas compactas con porosidad limitada. Se utilizan principalmente componentes cilíndricos y tubulares, como tuberías, casquillos o cojinetes, que utilizan acero inoxidable y hierro. Los materiales que se producen mediante el proceso de fundición centrífuga suelen tener propiedades mecánicas mejoradas junto con una alta eficiencia.

Audiciones continuas

La colada continua es un proceso que se vuelve más eficiente mediante el cual el metal líquido se vuelve sólido de manera continua a medida que sale de un molde, produciendo láminas, varillas u otras formas alargadas que se utilizan para materiales CNC. Las industrias del acero y el aluminio lo utilizan ampliamente para lograr una alta producción y resistencia de la materia prima de calidad. Por ejemplo, las últimas tecnologías sugieren tasas de productividad de más de 10 metros por minuto, lo que impulsa la producción a gran escala.

Cada técnica de fundición tiene sus propias ventajas y requisitos de producción específicos. Con la ayuda de los avances en la ciencia de los materiales, estos enfoques han evolucionado aún más y ofrecen mayor precisión, menos desperdicio y un mejor rendimiento mecánico en las piezas metálicas.

¿Cómo afectan los factores de selección de materiales a las capacidades de mecanizado CNC?

Calificaciones de dureza y maquinabilidad

Al comparar los índices de dureza y maquinabilidad, observo cómo las propiedades de los materiales afectan la eficiencia y la practicidad de las operaciones de las máquinas CNC. Sin embargo, los materiales más duros son más difíciles de cortar que los más blandos, por lo que necesitan herramientas especiales y velocidades de corte más lentas, aunque ofrecen una excelente durabilidad y resistencia al desgaste. Dicho esto, los materiales con índices de maquinabilidad más altos se pueden mecanizar más rápido y con mayor precisión, lo que da como resultado un menor desgaste de la herramienta y tiempos de producción más cortos. La clave para obtener resultados exitosos en la fabricación es sopesar estos factores.

Propiedades térmicas y resistencia al calor.

La selección de materiales para los procesos de mecanizado y fabricación depende en gran medida de sus propiedades térmicas, en particular en el caso de entornos de alta temperatura. El aluminio y el cobre son algunos ejemplos de materiales con una alta tasa de conductividad térmica. En este sentido, evitarían eficazmente el sobrecalentamiento durante el mecanizado al disipar el calor más rápidamente. A pesar de estas ventajas, estos materiales tienen puntos de fusión más bajos y, por lo tanto, podrían verse limitados cuando se someten a condiciones de calor severas.

Por otro lado, otro grupo de materiales está representado por los aceros inoxidables o las aleaciones a base de níquel, que son conocidos por su excelente resistencia al calor, ya que poseen una baja conductividad térmica incluso a temperaturas elevadas. Por ejemplo, las superaleaciones de níquel pueden soportar temperaturas superiores a los 1,000 °C sin sufrir daños estructurales, por lo que son las más adecuadas para aplicaciones aeroespaciales y de turbinas.

El coeficiente de expansión térmica (CTE) es otro factor importante a tener en cuenta, ya que se producirán cambios dimensionales considerables entre los materiales con un CTE alto si su temperatura fluctúa, lo que afectará negativamente la precisión. Por ejemplo, las aleaciones de titanio con un CTE moderado también presentan una excelente resistencia al calor, lo que las hace estables pero térmicamente eficientes.

Al utilizar máquinas CNC, es necesario aplicar una gestión adecuada del calor, ya que una acumulación excesiva de calor puede provocar el desgaste de la herramienta o la deformación de la pieza de trabajo. Los fabricantes deben tener en cuenta aspectos como la conductancia, la capacidad de acelerar o ralentizar el movimiento de la electricidad a través de determinadas sustancias conductoras; la capacidad de expansión, es decir, la capacidad de cambiar de tamaño; y la propiedad de estabilidad, que indica lo bien que resiste las reacciones físicas a diferentes temperaturas, incluidas las inducidas por el calor, de modo que se obtenga un rendimiento y una durabilidad óptimos tanto para el material como para las herramientas.

Composición química y reactividad

La maquinabilidad CNC de cualquier material está influenciada significativamente por su composición química. Los elementos presentes en un material determinan directamente varias propiedades como dureza, resistencia a la corrosión y trabajabilidad, que son importantes en la selección de materiales comunes para proyectos CNC. Por ejemplo, el acero inoxidable posee una capa pasiva de óxido de cromo responsable de prevenir la corrosión debido al hierro, cromo (al menos 10.5 %), níquel y carbono que contiene.

La reactividad también es importante, especialmente cuando se trabaja con metales como el aluminio y el magnesio, que son muy propensos a la oxidación. El aluminio es muy reactivo con el oxígeno, lo que provoca la formación de finas superficies de óxido protectoras, lo que mejora considerablemente su resistencia a la corrosión. Por otro lado, a pesar de ser ligero y resistente, el magnesio es mucho más reactivo que el aluminio y puede inflamarse a altas temperaturas, por lo que se deben observar estrictas medidas de seguridad durante el mecanizado.

Otro aspecto crucial a tener en cuenta es la interacción de la composición de una aleación con los fluidos de corte y los materiales de las herramientas. Por ejemplo, los materiales que contienen un alto contenido de azufre, como los aceros de fácil mecanizado, reducen la fricción y el desgaste de las herramientas, lo que mejora su maquinabilidad. Además, las aleaciones de titanio son complejas de mecanizar porque poseen impresionantes relaciones resistencia-peso y una resistencia térmica superior, aunque sus composiciones suelen constar de aluminio y vanadio.

Los datos empíricos respaldan estas observaciones. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio con un contenido de níquel del 4% al 6%, como la aleación 2618, ayudan a fortalecer el material para aplicaciones aeroespaciales. Por otro lado, una mayor dureza es estándar en materiales de acero con alto contenido de carbono; sin embargo, esto reduce la maquinabilidad debido a la fragilidad del material bajo tensión. Conocer estos detalles de composición permite a los ingenieros elegir materiales que combinen reactividad, calidad de maquinado y rendimiento para operaciones de maquinado CNC precisas.

¿Existen soluciones alternativas para mecanizar materiales complejos?

Herramientas y recubrimientos especiales

A menudo, el mecanizado de materiales complejos implica la necesidad de herramientas especializadas y tecnologías de recubrimiento mejoradas para optimizar el rendimiento y reducir el desgaste de las herramientas. Estas herramientas hechas de carburo o nitruro de boro cúbico (CBN) tienen buena dureza y resistencia a la temperatura, lo que las hace adecuadas para procesar superaleaciones y aceros endurecidos en operaciones de torno CNC. Además, las herramientas de diamante policristalino (PCD) funcionan bien para el mecanizado de materiales no ferrosos, como aleaciones de aluminio y litio, ya que mantienen la precisión y la resistencia en el corte a alta velocidad.

Los recubrimientos también desempeñan un papel importante en la mejora de la vida útil y la eficiencia de las herramientas. Los recubrimientos de nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) son ejemplos de resistencia al calor y estabilidad a la oxidación mejoradas. Son preferibles para la eliminación rápida de material, como en aceros de alta resistencia o aleaciones resistentes al calor. La investigación avanzada también ha desarrollado recubrimientos de carbono que se asemejan a los diamantes y tienen menos fricciones, lo que reduce el calor generado mientras las máquinas trabajan sobre ellos durante cualquier proceso de mecanizado.

Según los datos de aplicaciones industriales, los recubrimientos duros como TiAlN pueden prolongar la vida útil de las herramientas hasta en un 800 % para cortar aleaciones de titanio o níquel. Además, cuando estas herramientas se utilizan junto con refrigeración o lubricación con aceite mínimo (MQL), la estabilidad aumenta y se reduce el estrés térmico durante el proceso. Incluso con materiales difíciles, estos nuevos métodos permiten una mejor maquinabilidad, pero se puede mantener la calidad de la superficie y la alta precisión.

Técnicas avanzadas de enfriamiento

Al mecanizar materiales resistentes al calor, es esencial emplear técnicas de enfriamiento avanzadas para mejorar el rendimiento. Es posible mejorar el mecanizado si se garantiza que el calor se disipe correctamente de la pieza de trabajo para evitar cualquier deformación térmica y mantener sus propiedades mecánicas. Los siguientes son los métodos más utilizados para el enfriamiento avanzado:

Enfriamiento por inundación

Se trata de un método tradicional en el que se vierte una gran cantidad de líquido en el área de corte de forma continua. Puede resultar eficaz para manejar requisitos generales de mecanizado, pero puede generar problemas ambientales y un alto consumo de refrigerante.

Cantidad mínima de lubricación (MQL)

Con la tecnología MQL, se suministran cantidades muy pequeñas de refrigerante en forma de niebla fina de manera controlada, lo que reduce significativamente el uso de líquido. Sin dejar de mantener la vida útil de la herramienta y la calidad de la superficie, se ha logrado una reducción de las temperaturas de corte de hasta un 30 % en comparación con el mecanizado en seco, según algunos estudios.

Refrigeración criogénica

Este proceso emplea fluidos criogénicos como nitrógeno líquido (LN2) o dióxido de carbono (CO2), que ayudan a reducir enormemente las temperaturas de corte. El enfriamiento criogénico mejora la vida útil de la herramienta hasta en un 90%, al tiempo que mejora la integridad de la superficie en materiales como las aleaciones de titanio, por ejemplo.

Refrigeración por alta presión (HPC)

HPC es el acrónimo de sistemas de refrigeración a alta presión, que dirigen en la zona de corte refrigerantes a una presión de más de 80 bares. Este método es especialmente útil para la eliminación de viruta y la reducción de temperatura en la zona de corte, y por lo tanto, funciona bien con materiales como el acero inoxidable y las superaleaciones.

Canales de refrigeración internos

Las herramientas con un sistema de suministro de refrigerante integrado garantizan que los fluidos se apliquen justo en el borde del corte. El enfriamiento interno mejora la estabilidad del mecanizado, lo que mejora el rendimiento de la herramienta al perforar agujeros profundos.

refrigeración por aire

El aire comprimido se convierte en una opción seca para el mecanizado de materiales blandos. Cuando se combina con el mecanizado de alta velocidad, facilita la evacuación de virutas y evita la contaminación por aceite.

Los fabricantes pueden lograr una eficiencia de mecanizado optimizada, una vida útil más prolongada de las herramientas y una sostenibilidad mejorada en muchas aplicaciones al elegir correctamente estas técnicas de enfriamiento.

Enfoques de fabricación híbridos

La combinación de operaciones aditivas y sustractivas en la fabricación híbrida aprovecha los mejores aspectos de ambas técnicas. Capa por capa, la impresión 3D y otros métodos aditivos se emplean para desarrollar geometrías compuestas; por otro lado, las superficies se refinan con el mecanizado CNC y se mejora la precisión dimensional. Este método es más eficaz en la fabricación de piezas complejas, ya que reduce el desperdicio de material y minimiza el tiempo de producción. En la mayoría de los casos, las industrias aeroespacial, médica y automotriz utilizan la fabricación híbrida debido a sus altas tasas de personalización para lograr una eficiencia excepcional en los componentes de rendimiento.

¿Cuáles son los conceptos erróneos más comunes sobre los materiales en el mecanizado CNC?

Supuestos sobre la compatibilidad de materiales

No todos los materiales son iguales, y el mecanizado CNC es uno de los conceptos erróneos más comunes en toda la industria manufacturera. Cada tipo de material, como el metal, el plástico o los compuestos, tiene cualidades únicas que afectan a la maquinabilidad. Por ejemplo, el aluminio es el preferido por sus propiedades de corte fácil y sus atributos térmicos, mientras que los materiales más duros como el titanio requieren herramientas y técnicas especializadas para minimizar el desgaste de las herramientas. Además, no hay materiales que se puedan utilizar para cada tipo de proceso de mecanizado; la rigidez del material, la resistencia al calor y los requisitos de acabado de la superficie deben sopesarse minuciosamente para maximizar los resultados. Es fundamental comprender estas diferencias a la hora de decidir cuál es el material adecuado para una aplicación en particular.

Sobreestimar las capacidades de la máquina

Sin embargo, otro error común en relación con el mecanizado CNC es que la gente tiende a sobrestimar la capacidad de una máquina al no conocer sus limitaciones. Por muy avanzadas que sean las máquinas de control numérico por computadora modernas, no pueden manejar todos los desafíos complejos de diseño o material si no están configuradas y equipadas correctamente, especialmente cuando se trata de múltiples materiales.

Por ejemplo, las fresadoras de alta velocidad están diseñadas para aplicaciones de precisión rápida, pero esto puede verse limitado debido a factores como el control de la vibración, la rigidez de la herramienta y la potencia del husillo. Intentar desbastar materiales duros como el acero endurecido o algunos materiales compuestos a velocidades inadecuadas dará como resultado herramientas rotas o cortes imprecisos. Según los resultados de la investigación, el mecanizado de aleaciones más duras a menudo requiere velocidades de corte tan bajas como 30-50 pies superficiales por minuto (SFM) y la adopción de herramientas de corte resistentes al desgaste, como las de carburo o cerámicas.

Por otra parte, existen restricciones en las posibles tolerancias con las máquinas CNC de 5 ejes debido a la sujeción de la pieza y la precisión de la máquina, aunque pueden manejar geometrías complejas. En general, la precisión del CNC puede variar de ±0.001″ a ±0.005″; sin embargo, para requisitos de precisión ultraalta, algunas máquinas pueden haber alcanzado su límite sin ajustes de calibración u operaciones posteriores.

Es esencial comprender estos límites, tanto técnicos como operativos. Por ejemplo, los enfoques de ingeniería se pueden personalizar para adaptarse a las capacidades específicas del sistema CNC y seleccionar herramientas y parámetros para optimizar el rendimiento. Al mismo tiempo, el maquinista minimiza los errores o las ineficiencias.

Subestimar la importancia de las propiedades de los materiales

Ignorar la importancia de las propiedades de los materiales en el mecanizado CNC puede generar importantes dificultades a la hora de lograr precisión, mantener la vida útil de las herramientas y optimizar la eficiencia del flujo de trabajo. Cada material, ya sean metales, compuestos o polímeros, tiene sus propias características, como dureza, resistencia a la tracción, conductividad térmica y estabilidad química, que afectan directamente al rendimiento y los resultados del mecanizado.

Por ejemplo, el titanio o el acero endurecido se encuentran entre los metales con alta dureza que requieren velocidades de corte más bajas y herramientas más caras como el carburo revestido o el diamante policristalino (PCD) para evitar un desgaste excesivo de la herramienta. Según datos de la industria, se necesitan velocidades de corte de entre 40 y 120 metros por minuto para mecanizar aleaciones de titanio y mayores presiones en el filo de corte, lo que hace que la eliminación de calor sea importante para el mecanizado. Por el contrario, los materiales más blandos como el aluminio permiten velocidades de corte más altas de 600 metros por minuto, lo que a veces reduce el tiempo de ciclo.

Las propiedades de los materiales también dependen de la expansión térmica. Por ejemplo, el mecanizado de aluminio, que presenta una alta tasa de expansión térmica, requiere un control preciso de la temperatura para mantener las tolerancias dimensionales. Por otro lado, materiales como los compuestos de fibra de carbono presentan anisotropía, lo que significa que su maquinabilidad puede cambiar según las direcciones de corte. Comprender su estructura es esencial para prevenir defectos como las delaminaciones.

Además, las clasificaciones de maquinabilidad brindan una perspectiva cuantitativa sobre el comportamiento de los materiales en relación con las operaciones de procesamiento convencionales. Estas clasificaciones permiten la comparación entre otros metales y un metal de referencia específico, como el acero de fácil mecanización, clasificado al 100 %. Por el contrario, los materiales con clasificaciones bajas, como las aleaciones de acero inoxidable (40 %-60 %), requieren estrategias de trayectoria de herramientas y ajustes en los parámetros de corte.

Al evaluar en profundidad estas y otras características de los materiales, los ingenieros pueden anticipar posibles desafíos, optimizar los parámetros de corte y mantener la alineación con las tolerancias de diseño. Ignorar esta combinación de prácticas de mecanizado y ciencia de los materiales puede generar ineficiencias, calidades de las piezas comprometidas y tiempos de producción más prolongados.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Qué materiales no se pueden utilizar en el mecanizado CNC?

R: A pesar de ser versátiles, algunos materiales no pueden utilizarse en el mecanizado CNC debido a sus propiedades. Entre ellos se encuentran los materiales muy blandos como el caucho o la espuma, los altamente tóxicos como el berilio y los plásticos que tienen bajas temperaturas de fusión. Además, el uso de materiales frágiles y que producen humos nocivos durante el mecanizado no es aconsejable para los procesos CNC.

P: ¿Se puede utilizar PVC en una máquina CNC?

R: Como regla general, no se recomienda el PVC para el mecanizado por control numérico computarizado (CNC). El PVC se puede mecanizar, pero cuando se corta a altas velocidades, emite gases tóxicos que suponen graves riesgos para la salud. Además, el PVC puede derretirse y adherirse a las herramientas de corte, lo que puede dañar la fresadora CNC o el torno. Por eso, normalmente se prefieren materiales alternativos.

P: ¿Cuáles son las limitaciones del uso de policarbonato en el mecanizado CNC?

R: Sin embargo, la aplicación del policarbonato es limitada cuando se trata de su uso como material para La primera razón es su tendencia a fundirse o deformarse cuando se expone a altas temperaturas resultantes del mecanizado a alta velocidad. Esto afectará la precisión y el acabado superficial de las piezas mecanizadas, especialmente si un cortador láser lo ha cortado bajo tecnología de control numérico (CNC). El policarbonato también se agrieta muy fácilmente, lo que provoca que los orificios de perforación sean de baja calidad y los bordes fresados ​​sean propensos a agrietarse. Es importante mecanizar el policarbonato con precaución utilizando los parámetros de corte adecuados para lograr buenos resultados en términos de calidad del acabado superficial.

P. ¿Se puede realizar el mecanizado CNC con materiales que no soportan altas temperaturas?

A. El uso de materiales con bajo punto de fusión y aquellos que se deterioran cuando se los somete a altas temperaturas puede resultar bastante complicado en el mecanizado CNC. Los métodos de control numérico por computadora pueden hacer que estos tipos de materiales se fundan, pierdan su forma o se vaporicen fácilmente debido al calor generado durante los procesos de corte. Sin embargo, con algunas técnicas de enfriamiento especializadas y velocidades de avance muy bajas, a veces se pueden mecanizar materiales específicos de baja temperatura a niveles aceptables; no obstante, estos esfuerzos suelen dar malos resultados y pueden dañar la fresadora y sus herramientas de corte. Normalmente, es mejor seleccionar materiales que puedan resistir el calor producido mientras las máquinas trabajan sobre ellos durante la producción (Bennett et al.).

P: ¿Existen materiales no metálicos que no se puedan utilizar en el mecanizado CNC?

R: Sí, hay varios materiales no metálicos que no son adecuados para el mecanizado CNC. Algunos materiales extremadamente blandos, como el caucho o la espuma, se deforman cuando se aplican fuerzas de corte y algunos compuestos se deslaminan al mecanizarse. Algunos tipos de fibra de vidrio o fibra de carbono pueden tener polvo o humos peligrosos, que a veces requieren que se tomen medidas de seguridad y pueden no ser adecuados para todas las máquinas CNC. Cuando busque materiales no metálicos para proyectos CNC, verifique siempre las propiedades del material y el tipo de mecanizado que se necesita porque diferentes insumos pueden cambiar significativamente el resultado.

P: ¿Qué materiales debo elegir para mi proyecto de mecanizado CNC?

R: La elección de materiales para el mecanizado CNC implica tener en cuenta varios factores asociados con el tipo de material. Estos incluyen las propiedades deseadas de la pieza final, como dureza, resistencia al desgaste o resistencia a la corrosión; la aplicación prevista, como la industria aeroespacial, automotriz o prototipos; la maquinabilidad; el costo y la capacidad de su fresadora o torno CNC. También es necesario considerar las tolerancias requeridas y si el material es compatible con tratamientos posteriores al procesamiento, como el tratamiento térmico o el acabado de la superficie. Para seleccionar el material adecuado para su proyecto de mecanizado CNC en particular, debe hablar con maquinistas experimentados o especialistas en materiales.

Fuentes de referencia

1. AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN SOBRE EL MECANIZADO DE ALEACIONES DE TITANIO MEDIANTE FRESADO CNC: UNA REVISIÓN TÉCNICA

• Autores: Mithun Kumar, PS Rao
• Fecha de publicación: 2024-11-07
• Resumen: El artículo analiza las complicaciones del mecanizado de aleaciones de titanio, conocidas por su alta relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión. Por lo tanto, se destaca que el desgaste frecuente de las herramientas y la necesidad de herramientas y técnicas de corte específicas hacen que las aleaciones de titanio sean difíciles de mecanizar.
• Metodología: Los autores analizan variables de mecanizado como geometrías de herramientas de corte, velocidades, velocidades de avance y sus efectos en la eficiencia del mecanizado y la vida útil de la herramienta.

2. Título: Los efectos de los supuestos en la impresión 3D y las condiciones en el mecanizado CNC sobre los parámetros mecánicos de algunos materiales PET

• Autores: Krawulski P., Dyl T.
• Fecha de publicación: 2023-03-01
• Resumen: En este artículo se evalúan las características mecánicas de los materiales PET producidos mediante impresión 3D y máquinas CNC. También se investigan las limitaciones del mecanizado de algunos materiales impresos en 3D, en particular su resistencia e integridad estructural.
• Metodología: La investigación pretende producir piezas mediante impresión 3D y mecanizado CNC, las cuales serán probadas mecánicamente para comparar de esta manera.

3. Título: Un análisis completo de los parámetros de mecanizado en el torneado de SS304 utilizando refrigerante a 0 °C en una máquina CNC

• Autores: Pravin Patil, P. Karande
• Fecha de publicación: 25 de octubre de 2022
• Resumen: Esta investigación presenta un estudio de las propiedades de mecanizado del acero SS304, conocido por su resistencia y su capacidad de endurecimiento por deformación. El autor identifica algunos de los problemas a los que se enfrenta el mecanizado de este material, entre los que se incluyen el desgaste de la herramienta y la necesidad de un refrigerante eficaz.
• Metodología: Los autores realizaron experimentos en un torno CNC cambiando los parámetros del rendimiento del mecanizado influenciados por la temperatura del refrigerante.

4. Proveedor líder de servicios de mecanizado de plástico CNC en China