¿Qué es el mecanizado de aluminio y cuáles son sus principales funciones? Aplicación de piezas de aluminio y análisis de la tecnología de mecanizado CNC.

El aluminio es un elemento básico absoluto en prácticamente cualquier taller de maquinaria. Es uno de los metales más mecanizables que existen, por lo que se puede procesar de forma rápida y eficiente.

Por eso también es difícil. Dado que todo el mundo lo está cortando, el mecanizado de aluminio es un espacio realmente competitivo. Esto es especialmente cierto en el mecanizado de producción.

En este artículo, compartiré todo lo que necesita saber para comenzar a trabajar de manera que pueda conseguir buenos trabajos y manejarlos como un profesional.

¿Por qué el aluminio puede ser un desafío?

Para empezar, repasemos a qué te enfrentas.

Si está fabricando un soporte para mecánica, realmente no importará la eficacia con la que elimine el material. Pero si está fabricando 10,000 soportes a la semana para mecánica, necesita hacer un trabajo adecuado.


El principal desafío con el mecanizado de aluminio de manera efectiva es simplemente obtener las tasas máximas de eliminación de material sin explotar nada.

El aluminio puede derretirse y fusionarse con la herramienta si hay demasiado calor. Entonces, aunque corta como mantequilla, no durará mucho si el aluminio se adhiere a la herramienta y terminas soldando por fricción en lugar de mecanizar.

Más allá de mantener la fricción al mínimo, la charla puede ser una bestia cuando empuja la máquina. Esto es especialmente problemático cuando intenta mecanizar bolsillos de aspecto limpio.

Ok, basta de lloriqueos. Veamos cómo puedes matarlo en el suelo.

Diferentes tipos de aluminio

No todos los grados de aluminio tienen la misma maquinabilidad. Algunos cortan como un sueño, otros son tan pegajosos que las herramientas rotas obstruidas se convierten en una pesadilla. Una clave aquí es comprender con qué está trabajando.

Aquí hay una lista de algunos tipos comunes de aluminio y algunas notas sobre maquinabilidad:

2011	La más mantecosa de las mantequillas. Este es bastante el más mecanizable de todos los grados de aluminio. La resistencia a la corrosión es terrible, por lo que generalmente necesita ser anodizado, pero en serio, no encontrará un material más fácil para trabajar.
2024	Esto tiene una gran relación resistencia / peso, por lo que lo verá en aplicaciones en las que está bajo tensión. Se mecaniza muy bien, pero hay una cosa que debe tener en cuenta: puede astillarse al final de cortes pesados con la herramienta rota. Un ejemplo de un posible problema es el ranurado de diámetro completo. Es posible que deba ajustar sus trayectorias de herramientas para suavizar las salidas y evitar esto. Los chips generalmente salen bien, no son demasiado fibrosos (pero todo es relativo). Otra cosa a tener en cuenta es la corrosión. La corrosión de 2024 es realmente mala, así que tenga cuidado de no dejarla en vasos de refrigerante fino o piezas. No tiene sentido tener un gran acabado si todo está corroído. Sin embargo, en general, es un gran material para trabajar. Su mejor opción es cortarlo en la condición T351 o recocido.
5052	Esto es algo realmente suave y generalmente se usa para aplicaciones de conformado. Normalmente lo obtendrá en forma de hoja. También puede encontrarlo en aplicaciones marinas, ya que tiene una excelente resistencia a la corrosión. No es horrible, pero debes tener cuidado con la gomosidad. Puede obstruir una herramienta rápidamente. Asegúrese de que sus herramientas sean afiladas para estas cosas y que tenga una gran lubricación, o el acabado de su superficie se estropeará y correrá el riesgo de hacer estallar su herramienta. Mantenga su herramienta afilada y no tendrá problemas para obtener un acabado de espejo brillante.
6061	Esta es la grapa total para el mecanizado. Es un gran material para cortar. Probablemente sea el material más común que encontrará en un taller de máquinas. Aún debe tener cuidado al salir del material en cortes muy pesados; existe un pequeño riesgo de astillado. Cuanto más duro sea este material, más fácil será de mecanizar. T4 es ideal para el mecanizado, pero T6 es un segundo cercano. En comparación con 2011 de aluminio, los índices de maquinabilidad de estas ánimos son 90% y 80%, respectivamente.
6063	Esto es realmente similar en función al 6061, pero es más común verlo en extrusiones. Sin embargo, no es tan rígido. Esto hace que 6063 sea un poco más difícil de mecanizar; es más suave y gomoso. Cuando corte extrusiones de aluminio, use herramientas muy afiladas, buena lubricación y observe el despeje de virutas.
7075	Esto es extremadamente popular en componentes estructurales como largueros de ala de avión y cuadros de bicicleta. Es un aluminio muy rígido. Funciona bastante bien; no tan bien como 6061 pero no tan mal como 5052. Sin embargo, conseguir un acabado brillante en estas cosas no es fácil; es más probable que obtenga algo un poco más parecido a un gris suave pero opaco.

Lo que hay que recordar aquí es que todos los grados de aluminio son altamente mecanizables. La única vez que notará una diferencia entre estos grados es cuando realmente esté presionando su máquina. Si está realizando una producción de bajo volumen, es poco probable que note algo.

Vale la pena señalar que existe una diferencia notable entre el aluminio fundido y el forjado. El yeso siempre es más gomoso, así que mantenga sus herramientas afiladas y proceda con precaución.

Los principales problemas que verá es lidiar con la fricción y el calor. En la siguiente sección, veremos cómo tratar estos problemas para que pueda ajustar su proceso.

Herramientas de corte para aluminio

Bajo ninguna circunstancia debe utilizar una cortadora CNC de uso general para aluminio. Técnicamente se va a trabajar, pero el aluminio es totalmente diferente de acero.
Estos son algunos aspectos de la selección de herramientas CNC que lo ayudarán a aprovechar al máximo su máquina.

Material de la herramienta de corte CNC

Con suerte, eso es una obviedad para ti. Incluso en aplicaciones que no funcionan, el carburo superará al acero de alta velocidad en valor tanto en el costo de la herramienta durante la vida útil como en el acabado de la superficie.

Aún así, hay algunas cosas buenas que debe saber sobre el carburo que lo ayudarán a combinar la herramienta CNC perfecta con el trabajo.

Básicamente, solo necesitamos comprender qué queremos de una herramienta. El aluminio es un corte suave, lo que significa que la herramienta no sufre fuertes impactos al cortar.

Lo fundamental es mantener un borde afilado. Por esta razón, elegiríamos la dureza sobre la tenacidad para las características del material.

Hay dos cosas principales que afectan esta propiedad: el tamaño de grano de carburo y la proporción de aglutinante.

Imagen de aluminio fresado para un alivio visual

Para el tamaño de grano, el grano más grande produce un material más duro, mientras que el grano más pequeño produce un material más duro y resistente a los impactos. Para el aluminio, queremos mantener esa nitidez de los bordes, por lo que queremos un tamaño de grano pequeño para una máxima retención de los bordes.

El otro factor es la proporción de aglutinantes. Para las herramientas de corte de carburo, el aglutinante es cobalto. Esto podría tener entre un 2% y un 20% de contenido de cobalto. Dado que el cobalto es más suave que los granos de carburo, más cobalto significa una herramienta resistente, menos cobalto significa una herramienta más dura.

Básicamente, solo buscamos un cortador de carburo que tenga un gran tamaño de grano y un bajo contenido de cobalto.

Flautas de molino CNC

3 flautas es el punto óptimo para las fresas de carburo sólido el 98% del tiempo. La holgura de virutas es el nombre del juego para el aluminio, y 3 flautas le brindan el equilibrio perfecto entre la resistencia de la herramienta y la holgura de virutas.

2 flautas pueden ser una opción viable donde las fuerzas de corte son menores y los espacios libres de viruta son un factor más importante. Esta también puede ser una forma de reducir las fuerzas de corte para cortes ligeros e imprecisos. Un área en la que esto tiene sentido es cuando tiene una herramienta muy larga que es propensa a vibrar. 2 flautas cortan ligeramente, por lo que podría ayudarlo a lidiar con la vibración.

Sin embargo, al final del día, 3 flautas es el estándar de la industria. Para herramientas más grandes, como molinos de conchas, este número de flautas de punto óptimo variará según el diámetro. La clave aquí es tener una gran cantidad de espacio libre de virutas para que nada se atasque. Nadie quiere una herramienta para estreñimiento a 700 IPM.

Ángulo de hélice

Aquí está el equilibrio que estamos tratando de lograr: un ángulo de hélice más ligero reducirá el calor, ya que está cortando durante menos tiempo. Una hélice más alta es un corte más suave, da un gran acabado superficial, pero genera más calor.

Si su herramienta se calienta, el aluminio se soldará y se terminará el juego. Sucede en menos de un segundo; ¡Todo lo que oye es que la carga del eje se dispara y se rompe!

Así que aquí hay una regla empírica sólida que me ha funcionado durante años:

Para el desbaste, un ángulo de hélice inferior de unos 35 grados funciona muy bien. Esto mantiene la herramienta fría y nadie se preocupa por el acabado de la superficie al desbastar.

Para el acabado, un ángulo de hélice más alto de 45 grados es una estrella de rock total. Seguro que genera más calor, pero para cortes de acabado ligeros a altas velocidades de avance, ¿a quién le importa? El corte suave deja un acabado superficial hermoso y preciso.

Para algo que haga tanto el desbaste como el acabado lo suficientemente bien, elija un ángulo de hélice de 40 grados.

Desbaste: ángulo de hélice de 35 grados
Acabado: ángulo de hélice de 45 grados
Multiusos: ángulo de hélice de 40 grados

Funciones útiles

Más allá de lo básico, hay algunas otras cosas que podrían darle esa ventaja adicional.
Una cosa con la que he tenido un gran éxito son las herramientas pulidas. Cuando las flautas de corte se pulen suavemente, el aluminio se desliza suavemente a través de ellas. Dado que hay tan poca fricción, la vida útil de la herramienta se dispara y puede empujarla más rápido.
Esto realmente vale la pena si está realizando un fresado de aluminio de alto rendimiento.
Otra cosa que vale la pena mencionar son los recubrimientos para herramientas. En general, las herramientas sin recubrimiento son el camino a seguir. No obtendrá mucho rendimiento de los recubrimientos especiales, y los recubrimientos de herramientas más "estándar" harán más daño que bien.
Aquí hay una lista rápida de algunos de los recubrimientos aceptables y malos para el corte de aluminio:

AlTiN	Idea horrible # 1. Este es un recubrimiento para acero, no aluminio. La superficie de una herramienta con este recubrimiento no es particularmente lisa y contiene aluminio. Esto significa que el material que está cortando tendrá una tendencia a soldarse al recubrimiento, lo que le dará un acabado de superficie horrible y probablemente hará explotar su herramienta. No es bueno.
TiN	Idea horrible # 2. No es tan malo como AlTiN, pero tampoco mucho mejor.
ZrN	Buena idea n. ° 1. Esto tiene un coeficiente de fricción muy bajo, por lo que puede ayudar con el flujo de viruta y mantener todo fresco.
TiB2	Buena idea n. ° 2. Muchos chicos prefieren esto a ZrN. Tiene una baja afinidad con el aluminio, lo que significa que se desliza de inmediato.

Ok, para ser totalmente honesto contigo, no he encontrado recubrimientos que marquen una gran diferencia con el aluminio. Al menos no como lo hacen con el acero. Mi opción es simplemente una fresa o inserto pulido y desnudo. Jugaré más con los revestimientos cuando un vendedor me ofrezca herramientas gratuitas para experimentar. Inserte una risa tortuosa aquí.

Avances y velocidades

Muchos tipos simplemente usan 1000 SFM para calcular sus RPM. Si hace esto, realmente no irá más rápido que los demás.
Para ser honesto, esto suele ser lo que se recomienda para la mayoría de cortadores. 1000-1500 SFM es una velocidad totalmente normal para hacer funcionar su husillo. Sin embargo, con la prueba de armónicos, puede alcanzar 3 veces esta velocidad. Más sobre eso más tarde.
La velocidad de alimentación es donde muchos chicos se acobardan. Si está alimentando una fresa de 1/2 "a solo 0,003" por diente, está perdiendo el tiempo. Para la producción, desea empujarlo al menos al 1% del diámetro de la fresa por diente. Esto significa que la fresa de ranurar de 1/2 "debe alimentarse al menos 0,005" por diente. Con una configuración estable y una herramienta corta, es posible que incluso puedas duplicar eso.
La única excepción a esto es cuando trabaja con herramientas pequeñas, como 1/8 ″ o menos. El despeje de virutas puede convertirse en un problema, lo que significa que deberá reducir la velocidad para virutas más delgadas.
Al final del día, la potencia del husillo y las RPM deberían tender a ser el factor principal que lo ralentiza para el desbaste de aluminio en la mayoría de las máquinas, para piezas de tamaño medio.

Equilibrio y armónicos

Esto es realmente lo que separa a los niños de los hombres en el campo de la molienda de aluminio. El aluminio se puede cortar a velocidades extremadamente altas, pero sus herramientas deben poder manejarlo.
En términos generales, todo lo que supere las 10.000 RPM debe estar bien equilibrado. Encontrará calificaciones de equilibrio directamente en sus herramientas, así que combínelas en consecuencia.

Esto debería ser evidente, pero si golpea sus herramientas en la máquina, ya no estarán equilibradas. También tenga en cuenta que todo el conjunto de herramientas debe estar equilibrado. Si tiene un mandril de boquilla ER con capacidad para 20k RPM, pero monta un cabezal aburrido, esa calificación de boquilla no significa nada.
Esto también es cierto cuando se trata de determinar la precisión del cortador. Muchos chicos pasan por alto esto por completo, pero las fresas de carburo en realidad tendrán una calificación de ajuste de vástago. Esto puede marcar una gran diferencia con algunos tipos de portaherramientas, como los hidráulicos. Un ajuste más ajustado y preciso significará un mejor equilibrio, una mejor vida útil de la herramienta y un husillo más duradero.
Aparte de las herramientas de equilibrado que no destruyen su husillo a altas RPM, la prueba de armónicos es realmente una ventaja asombrosa para el mecanizado de aluminio. Dado que el aluminio es tan mantecoso, puede cortarlo a velocidades realmente intensas.
Las pruebas de armónicos lo ayudarán a encontrar esas frecuencias de resonancia de las herramientas y le permitirán calcular las velocidades y alimentaciones del punto óptimo. Si la frecuencia de corte está apagada, la herramienta comenzará a vibrar como la cuerda de un violín y tendrá todas las razones para ir a casa temprano.
Encontrar esos puntos óptimos para la frecuencia de la herramienta frente a las RPM es un gran problema. Esto podría aumentar sus RPM de 7,000 RPM a 22,000 RPM, con velocidades de alimentación adecuadas.
Si intenta hacer esto sin el sistema de prueba, tiene la garantía de hacer explotar sus herramientas en un millón de pequeños pedazos afilados a partir de los locos armónicos que obtiene cuando está un poco desconectado.
En un taller donde trabajé, las pruebas de roscado nos permitieron ejecutar nuestras fresas de extremo de 3/4 ″ con una longitud de calibre de 10 ″ a alrededor de 22k RPM y 700 IPM. A veces podríamos ir más rápido. Intente lograrlo sin pruebas de armónicos.
Estos sistemas no son baratos y, obviamente, necesita un molino que pueda manejar este alto rendimiento. Sin embargo, cuando tenga esto como una capacidad de taller, estará muy por delante de la competencia general del taller de máquinas.

Estrategias de mecanizado para aluminio

Para la mayoría de las aplicaciones al fresar aluminio, he tenido el mayor éxito con la agresión a la antigua para obtener buenos índices de material. Cosas como el pelado es una pérdida de tiempo la mayor parte del tiempo, excepto cuando se trabaja con cortadores muy pequeños en geometría estrecha.
La razón principal de esto es que las máquinas a menudo no pueden mantener el ritmo de aceleraciones y desaceleraciones extremadamente altas requeridas para aprovechar realmente el adelgazamiento de la viruta durante el pelado-fresado. No puede hacer que una mesa de 1,000 libras gire en un centavo a 1,200 IPM.
El uso de parámetros tradicionales como ancho completo y profundidad de corte 1 / 2xD generalmente funciona mejor en la vida real al cortar aluminio.

Operaciones comunes para el mecanizado de aluminio

Aquí hay una lista de las cosas comunes que va a hacer con el aluminio, junto con algunos consejos que lo ayudarán.

molino de cara
Si va a utilizar un molino de cascos, definitivamente elija un ángulo de ataque súper agresivo e inserciones pulidas. Tu finalización será increíble y podrás impulsar realmente las RPM.

Embolsarse
Esto es algo que muchos chicos no hacen bien. Si pisa más de la mitad del diámetro del cortador y la mitad hacia abajo, estará cometiendo un error por dos razones:
El cortador puede manejar más. Vaya casi a todo el ancho. Mi opción es el 95% del cortador plano. La razón de esto es que el cortador quedará enterrado en las esquinas de todos modos. Esto significa que tendrá que ralentizar el avance para que la herramienta no explote en las esquinas. Si avanza al 100%, es posible que obtenga obleas de papel entre las trayectorias de la herramienta debido a la desviación del cortador y del material.

Otro consejo es utilizar un cortador de diámetro un poco más pequeño que el radio interior del bolsillo. Si está usando una fresa de 1/2 "para cortar cavidades rad de 1/4", tendrá la tendencia de hacer ranuras en las esquinas con vibración a medida que la herramienta cambia de dirección. A altas velocidades, las herramientas no cambian de dirección instantáneamente, lo que significa que la herramienta descarga la presión de corte. Esto es lo que hace esos chirridos.

Por lo general, pregunto si puedo cambiar el tamaño de esos rads a 0.265 ″ para esquinas limpias. Esto reduce el contacto que tiene la herramienta con la geometría de la pieza. La máquina también puede manejar ese giro redondeado a velocidades más altas. Piense en un automóvil en una pista de carreras. Si es una curva cerrada, el automóvil reduce la velocidad. Si hay un radio más grande, la máquina no necesita reducir la velocidad.

Esto eliminará bastante bien ese chirrido en las esquinas que hace que tus partes se pongan feas.

Ranurado

Para ranuras extremadamente profundas, hay dos opciones que funcionan bien para mí: usar el fresado trocoidal para reducir la deflexión y el castañeteo del cortador, o usar una fresa de ranurar con ranura corta.
Personalmente, prefiero las flautas cortas, ya que la herramienta es significativamente más fuerte y no se pierde ningún movimiento cuando la herramienta se mueve hacia adelante y hacia atrás. El ranurado profundo es una de esas aplicaciones en las que a menudo vale la pena utilizar una herramienta especializada.
Para ranuras poco profundas (4xD y menos), no es necesario hacer consideraciones especiales. Solo dale.

Perforación

Los taladros de carburo no siempre son la respuesta; Realmente no tiene sentido operar un taladro de carburo caro si no tiene las RPM del husillo o el volumen de producción para justificarlo.
En términos generales, solo use un taladro de punto dividido de 135 grados y estará bien. Si hay una telaraña en la punta del taladro, está poniendo mucho calor innecesario en el corte.

Tocando aluminio

Los grifos de uso general funcionan técnicamente, pero los grifos específicos para aluminio son significativamente más confiables. Tienen un ángulo de ataque mucho más agresivo, lo que significa cortes más limpios y menos calor.
Además, no sea un cobarde con RPM. Si nunca supera las 200 RPM en sus máquinas, solo está perdiendo el tiempo.
Por supuesto, algunas máquinas son viejas y están cansadas, y hay demasiada reacción para cortar más rápido. Sin embargo, de todos modos, no serás competitivo en estas máquinas.
El punto es que roscar aluminio es fácil, no pierda tiempo en ello.

Cómo obtener impresionantes acabados superficiales en aluminio

Fresado de altas RPM. No es un gran secreto. Manivela.

El uso de una herramienta de acabado que sea afilada, de alta hélice y con ángulos de inclinación muy agresivos también lo ayudará a obtener un acabado de superficie súper brillante.

Sin embargo, una cosa que vale la pena mencionar es que no querrás perder el tiempo haciendo la parte más bonita de lo necesario. A veces, solo querrá hacer feliz al cliente e impresionarlo, pero recuerde que hay una diferencia entre un Ra brillante y un Ra alto.

Realmente vale la pena hacer sus cálculos de acabado de superficie para que pueda determinar la velocidad máxima de avance para sus cortes de acabado. Por lo general, hago los cálculos y luego retrocedo alrededor del 10% de eso para estar seguro. Si se coloca a horcajadas sobre ese borde, se equivocará la mitad del tiempo.

Fluido de corte

Muchas empresas le dirán que el tipo de refrigerante marca una gran diferencia en aspectos como la vida útil de la herramienta y la calidad del acabado de la superficie. ¿Lo hace?

Un poco, pero nada enorme.

Realmente, la única vez que realmente he visto una diferencia notable es cuando todos los demás factores se marcan perfectamente.

Este es el orden de las operaciones sobre cómo abordaría la mejora de procesos:

Parámetros de corte: paso / paso hacia abajo, velocidad de avance, RPM, trayectoria
Geometría de la herramienta de corte: adecuada para aluminio y el tipo de operación (desbaste, acabado, etc.): ángulo de hélice, grado de carburo, número de ranuras, etc.
Recubrimientos / acabado de cortador
Refrigerante
Bueno, eso está bastante bien. Por supuesto, hay mucho más que aprender con el corte de aluminio que te permitirá fumar la competencia.
En última instancia, si realmente desea sobresalir con el aluminio, deberá hacer algunos experimentos por su cuenta. Trabaje con sus representantes de herramientas para encontrar soluciones increíbles para mejorar sus procesos.