Los materiales de mecanizado CNC que elija determinarán no solo la funcionalidad y durabilidad de la pieza final, sino también el costo, el tiempo de producción y la técnica de mecanizado requerida.
Hay muchos tipos diferentes de metales y plásticos para elegir. ¿Busca la ligereza y resistencia del aluminio o la resistencia a la corrosión del acero inoxidable? ¿Necesita un plástico de alto rendimiento como...? OJEADA, o es ABS ¿Una elección aceptable?
Esta guía examina los materiales mecanizados con mayor frecuencia, analiza las formas en que sus características afectan el mecanizado y presenta algunas sugerencias prácticas para ayudarle a refinar sus elecciones para lograr el mejor rendimiento al menor coste posible.
Materiales comúnmente utilizados para el mecanizado CNC
Los tipos de materiales que se pueden utilizar en el proceso de mecanizado son casi todos los imaginables, pero en la industria principalmente los metales y los plásticos son los más utilizados.
Materiales metálicos utilizados para el mecanizado CNC
Los metales utilizados en el mecanizado CNC son los más comunes debido a su resistencia, durabilidad y resistencia térmica.
- Aluminio::Este metal es, sin exagerar, el más comúnmente mecanizado por CNC. En comparación con otros metales, es ligero, se mecaniza fácilmente y tiene una buena relación resistencia-peso. El 6061 es una aleación versátil común y el 7075 es una aleación de mayor resistencia utilizada en la industria aeroespacial. Debido a su resistencia a la corrosión, se utiliza en piezas para las industrias automotriz, aeroespacial e incluso de electrónica de consumo.
- Acero inoxidable:Este metal es conocido por su resistencia a la corrosión y la oxidación. Por estas razones, se utiliza ampliamente en las industrias médica, alimentaria y marítima. El 303 es el grado más fácil de mecanizar, mientras que el 304 y el 316 son los grados más tenaces y también ofrecen una mayor resistencia a la corrosión, pero son más resistentes a las herramientas de corte.
- Latón: Este metal también es conocido por su gran facilidad de mecanizado. Tiene buena conductividad eléctrica, un acabado estético muy agradable y produce muy poca fricción al mecanizarse. Por estas razones, se utiliza para válvulas, boquillas eléctricas y otros componentes eléctricos.
- Titanio: Debido a su relación resistencia-peso, resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión, el titanio es esencial en el campo de los implantes aeroespaciales y médicos. Sin embargo, el titanio es difícil de mecanizar y su conductividad térmica es baja. Por lo tanto, el titanio desgasta rápidamente las herramientas.
- Acero (carbono y aleación): El acero proporciona la máxima resistencia y durabilidad. Los aceros con bajo contenido de carbono suelen ser más fáciles de trabajar que los de alto contenido de carbono. Los aceros aleados, como el 4140, se utilizan para aplicaciones más exigentes y también son termotratables. Estas aplicaciones incluyen ejes y engranajes.
Materiales plásticos utilizados para el mecanizado CNC
Por su ligereza y características aislantes, así como por su resistencia a entornos químicos corrosivos, el plástico suele ser un material adecuado. Son populares, por ejemplo, en dispositivos médicos y electrónicos, tanto en la fase de prototipado como en la producción final.
- ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno): El ABS es uno de los plásticos de ingeniería más comunes. Es económico, fácil de mecanizar e incluso resistente a los impactos; esta es una de las muchas razones por las que el prototipado rápido es tan común en el mundo de la ingeniería.
- Nailon (Poliamida): Conocido por su extrema resistencia, durabilidad y resistencia al desgaste, es muy buscado para fabricar componentes de baja fricción. Sin embargo, debido a su alta capacidad absorbente, la humedad presente en el aire puede afectarlo y deformarlo.
- Delrín (POM): El Delrin es ideal para aplicaciones de ingeniería de precisión en plástico gracias a su alta estabilidad dimensional y baja fricción. También es un material popular como sustituto del metal en piezas de ingeniería como fijaciones y bujes.
- PEEK (polieteretercetona): Para aplicaciones de muy alto rendimiento que necesitan resistir temperaturas extremas, entornos químicamente corrosivos y condiciones muy exigentes (por ejemplo, las industrias médica y aeroespacial) se utiliza un plástico de precio superior conocido como PEEK.
- Policarbonato (PC): El policarbonato también es un plástico de ingeniería muy solicitado. Es transparente, conocido por su alta resistencia al impacto, se utiliza a menudo en una amplia gama de aplicaciones ópticas y también se emplea en gafas de seguridad y sistemas que manejan diversos fluidos.
Propiedades de los materiales y su impacto en el mecanizado CNC
Al realizar el mecanizado CNC, conocer las propiedades básicas del material ayudará a predecir cómo se comportarán los materiales bajo la herramienta de corte.
Dureza
La dureza indica cuánta tensión puede soportar un material sin deformarse.
- Impacto: si un material es demasiado duro (por ejemplo, aceros endurecidos, titanio), las velocidades de corte deberán reducirse drásticamente para evitar la rotura de la herramienta, lo que a su vez aumentará el tiempo y los costos de mecanizado.
- Consejo de selección: especifique un nivel de dureza más alto solo si el material estará sujeto a mucho desgaste o abrasión.
maquinabilidad
La maquinabilidad es la facilidad de corte de un material determinado. Generalmente, se trata de una calificación comparativa donde los aceros de fácil mecanizado (1212) obtienen una calificación del 100%.
- Impacto: Los materiales con un alto índice de maquinabilidad (es decir, aluminio 6061, latón) hacen el trabajo mucho más rápido, con menos desgaste de la herramienta y serán más económicos de producir.
- Consejo de selección: Si su diseño lo permite, utilice siempre materiales con calificaciones más altas para minimizar costos.
Estabilidad térmica
La estabilidad térmica de un material es su reacción al calor.
- Impacto: El mecanizado genera calor por fricción. Si un plástico tiene baja estabilidad térmica, puede fundirse o deformarse si se mecaniza con demasiada intensidad. Los metales con baja conductividad térmica, como el titanio, concentran mucho calor hacia la herramienta de corte, lo que reduce su vida útil.
- Consejo de selección: si el mecanizado se va a realizar de forma agresiva o si se trata de una aplicación de alta temperatura, se deben seleccionar materiales con alta estabilidad térmica.
Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción se refiere a la cantidad de estrés que un material puede soportar mientras está bajo tensión antes de romperse.
- Impacto: Si se elige un material con alta resistencia a la tracción para el mecanizado, es probable que el mecanizado sea más difícil.
- Consejo de selección: Asegúrese de que la resistencia a la tracción sea suficiente para la estructura, pero evite especificar una resistencia que sea más que suficiente si el componente no soporta carga.
Implicaciones de costos de diferentes materiales de mecanizado
El costo de una pieza mecanizada por CNC rara vez se limita al costo del bloque de metal en bruto. Es una combinación de costos de materia prima, tiempo de mecanizado y desgaste de la herramienta.
El costo de la materia prima
Ésta es la consideración más evidente.
- Bajo costo: ABS, Aluminio 6061, Acero dulce.
- Costo Medio: Acero Inoxidable 304, Nylon, Policarbonato.
- Alto costo: titanio, PEEK, acero inoxidable 316.
El costo oculto: la maquinabilidad
Aquí es donde los presupuestos suelen romperse. Un bloque de titanio puede costar cinco veces más que uno de aluminio, pero el verdadero coste reside en el tiempo de la máquina. Dado que el titanio debe cortarse lentamente para evitar dañar el equipo, la máquina puede tardar 10 horas en procesar una pieza que en aluminio tardaría una hora.
Si usted paga una tarifa por hora por el mecanizado, ese aumento de 10 veces en el tiempo empequeñece el costo de la materia prima.
Desgaste y reemplazo de herramientas
Los materiales abrasivos, como el nailon reforzado con fibra de vidrio o los metales duros, desgastan rápidamente las fresas y las brocas. Si un maquinista tiene que detener la máquina para reemplazar una herramienta desafilada a mitad del trabajo, usted paga ese tiempo de inactividad y el costo de las nuevas herramientas.
Consejos para optimizar la selección de materiales para el mecanizado CNC
Puede reducir costos y plazos de entrega siguiendo estas estrategias de optimización durante la fase de diseño.
1.No sobreespecificar
Que el titanio de grado 5 sea el "mejor" material para el diseño no significa que sea obligatorio. Los ingenieros deben usar materiales que sean realmente los más rentables. Si la pieza se va a colocar sobre un escritorio y solo sirve para alojar un sensor, no se necesita una versión costosa de acero de alta calidad.
2.Estandarice los tamaños de sus palanquillas
Al mecanizar componentes CNC, los operarios obtienen sus materiales en stock en tamaños de barra, varilla y placa. Si el diseño indica que la pieza tiene 51 mm de ancho, el operario debe obtener una barra de 60 mm y fresar 9 mm de material. Si, en cambio, la pieza está diseñada para 49 mm de ancho, puede usar una barra de 50 mm y no desperdicia material. Se requiere menos tiempo para el mecanizado.
3.Piense en el posprocesamiento
Si se requiere una dureza superficial específica y la pieza debe mecanizarse fácilmente, se deben implementar procesos secundarios. Se pueden utilizar aceros más blandos en la cementación, al igual que el aluminio, que puede anodizarse para obtener una capa superficial más resistente al desgaste y la corrosión.
4.Tenga en cuenta el grosor de sus paredes
Si bien esto aplica a todos los demás materiales, es aún más crítico cuando se trata de plásticos. Los procesos de mecanizado pueden crear acabados superficiales irregulares y, lo que es más peligroso, causar grietas en la pieza si la pared es más delgada. Sobredimensione el espesor de la pared y asegúrese de que sea suficiente para soportar el impacto del instrumento de corte.
Conclusión
Seleccionar el material adecuado para el mecanizado CNC rara vez es una decisión simple. Se trata de una negociación entre las exigencias físicas del producto final y las realidades económicas de la fabricación. Al comprender las compensaciones entre maquinabilidad, coste y propiedades mecánicas, se pueden diseñar piezas que no solo sean funcionales, sino también eficientes de producir.
Ya sea que prefiera la versatilidad del aluminio, la durabilidad del acero o la precisión del Delrin, la clave está en involucrar a su socio de fabricación desde el principio del proceso de diseño. Su experiencia práctica puede brindar información invaluable que le permitirá ahorrar tiempo y dinero incluso antes de cortar el primer chip.
Preguntas Frecuentes
P: ¿Cuál es el metal más barato para el mecanizado CNC?
R: Normalmente, el aluminio 6061 es el más económico. Si bien algunos aceros dulces tienen un precio de materia prima más bajo por libra, el aluminio se corta mucho más rápido, lo que reduce el costo total de producción.
P: ¿Se puede mecanizar caucho con CNC?
R: Muy difícil. El caucho es demasiado blando y flexible. En lugar de cortarse, tiende a alejarse de la herramienta de corte. Para materiales gomosos, es mejor mecanizar un molde y fundir la pieza. También es mejor usar elastómeros más duros, como el poliuretano (PU), con algo de congelación.
P: ¿Por qué es tan caro mecanizar el titanio?
R: Porque tiene baja conductividad térmica (se calienta) y, además, es químicamente reactivo con las herramientas de corte (lo que provoca su desgaste). Además, es físicamente difícil de cortar, por lo que las herramientas se desgastan más rápido. Por ello, los operarios deben trabajar con lentitud y cambiar las herramientas de corte con mayor frecuencia.
P: ¿Cuál es el mejor plástico para mantener tolerancias estrictas?
R: Para tolerancias ajustadas, el acetal (Delrin/POM) es el mejor plástico. A diferencia del nailon, es más rígido, dimensionalmente estable y resistente a la absorción de humedad.
