En este artículo discutiremos los procesos de mecanizado (torneado, fresado, acabado), herramientas, parámetros y desafíos involucrados en el mecanizado CNC de aluminio y aleaciones de aluminio. También analizamos las propiedades del aluminio y las aleaciones más utilizadas en el mecanizado CNC, así como sus áreas de aplicación en diversos sectores industriales.

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El aluminio es uno de los materiales más utilizados en la actualidad. De hecho, el aluminio solo es superado por el acero en términos de frecuencia de uso en el mecanizado CNC. Esto se debe principalmente a la excelente maquinabilidad del aluminio.

En su forma pura, el elemento químico aluminio es suave, maleable, no magnético y tiene una apariencia de color blanco plateado. Sin embargo, el elemento aluminio no solo se utiliza en su forma pura. El aluminio se utiliza típicamente en conjunción con diversos elementos tales como manganeso, cobre y magnesio para crear cientos de aleaciones de aluminio con diversas propiedades, mejoró significativamente. Las aleaciones de aluminio más comunes y sus respectivas designaciones en las distintas normas se pueden encontrar aquí.

Beneficios del uso de aluminio para componentes mecanizados con CNC
Aunque existen muchas aleaciones de aluminio diferentes con propiedades diferentes, todas las aleaciones de aluminio tienen las mismas propiedades esenciales.

Maquinabilidad

El aluminio se puede moldear y mecanizar utilizando una variedad de métodos diferentes. Se puede cortar rápida y fácilmente con la ayuda de máquinas de procesamiento porque es suave y tiene una alta maquinabilidad. También es más económico que el acero y requiere menos mecanizado. Estas propiedades son de gran beneficio para el operador de la máquina cortadora y el cliente. Además, el aluminio se deforma menos durante el mecanizado debido a su alta maquinabilidad. Esto conduce a una mayor precisión, ya que las máquinas CNC pueden lograr tolerancias más altas.

Relación fuerza / peso

La densidad del aluminio es aproximadamente un tercio de la densidad del acero. Entonces el aluminio es relativamente liviano. A pesar de su bajo peso, el aluminio es muy resistente. Esta combinación de alta resistencia y bajo peso se describe mediante la relación resistencia-peso. Su alta relación resistencia-peso hace del aluminio un material ventajoso para componentes en diversos sectores industriales, como la automoción y la aeroespacial.

Resistencia a la corrosión

El aluminio es resistente a los arañazos y la corrosión en condiciones atmosféricas y marinas típicas. Estas propiedades se pueden mejorar anodizando. Sin embargo, cabe señalar que la resistencia a la corrosión varía según el tipo de aluminio. Sin embargo, los tipos de aluminio más comunes utilizados en el mecanizado CNC tienen la mayor resistencia.

Comportamiento a bajas temperaturas

La mayoría de los materiales tienden a perder algunas de sus propiedades beneficiosas a temperaturas bajo cero. Por ejemplo, tanto el acero al carbono como el caucho se vuelven frágiles a bajas temperaturas. Por el contrario, el aluminio permanece blando, maleable y resistente incluso a temperaturas muy bajas.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica del aluminio puro a temperatura ambiente es de 36,7 millones de Siemens por metro. Aunque las aleaciones de aluminio pueden tener conductividades más bajas que el aluminio puro, son lo suficientemente conductoras como para usarse como componentes eléctricos. Por otro lado, el aluminio no es adecuado si no es deseable una alta conductividad eléctrica del componente fabricado.

Reciclabilidad

Dado que el mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo, se producen muchas virutas y, por lo tanto, una gran cantidad de desperdicio de material durante el mecanizado. El aluminio es muy adecuado para el reciclaje, es decir, requiere relativamente poca energía, esfuerzo y costos para reciclar el aluminio. Esto también lo convierte en un material ventajoso en términos de evitar el desperdicio de material. Esto también hace que el aluminio sea un material más respetuoso con el medio ambiente en el mecanizado CNC.

Anodizado

El proceso de anodización es un proceso de acabado de superficies que mejora la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión de un material. El aluminio es adecuado para el proceso de anodizado. Este proceso también facilita la coloración de los componentes de aluminio fabricados.

Aleaciones de aluminio populares para mecanizado CNC

En nuestra experiencia, los siguientes 5 tipos de aluminio se utilizan con mayor frecuencia en el mecanizado CNC.

EN AW 2007
Nombres alternativos: 3.1645; EN 573-3; AlCu4PbMgMn.

Esta aleación de aluminio contiene cobre como principal elemento de aleación (4-5% de cobre). Es una aleación de viruta corta que es ligera, duradera, muy funcional y tiene las mismas propiedades mecánicas que AW 2030. También es adecuado para el corte de roscas, el tratamiento térmico y el mecanizado de alta velocidad. Todas estas propiedades hacen de EN AW 2007 un material muy utilizado en la fabricación de componentes, pernos, tornillos, tuercas, remaches y varillas roscadas. Sin embargo, este tipo de aluminio tiene poca soldabilidad y resistencia a la corrosión; Por lo tanto, es aconsejable utilizar un anodizado protector después de que se haya fabricado el componente.

EN AW 5083
Nombres alternativos: 3.3547; Aleación 5083; EN 573-3; UNS A95083; ASTM B209; AlMg4.5Mn0.7

AW 5083 es ​​conocido por su excelente desempeño en condiciones difíciles. Contiene magnesio y trazas de cromo y manganeso. Esta variedad tiene una muy alta resistencia a la corrosión en ambientes químicos y marinos. AW 5080 tiene la resistencia más alta de todas las aleaciones no tratables térmicamente; una propiedad que recibe incluso después de soldar. Si bien esta aleación no debe usarse para aplicaciones con temperaturas superiores a 65 ° C, tiene un rendimiento excelente en aplicaciones de baja temperatura.

Debido a su gama de propiedades beneficiosas, AW 5080 se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones que incluyen sistemas criogénicos, aplicaciones marinas, sistemas de presión, aplicaciones químicas, estructuras soldadas y carrocerías de vehículos.

EN AW 5754
Nombres alternativos: 3,3535; Aleación 5754; EN 573-3; U21NS A95754; ASTM B 209; Al-Mg3.

Como material de amasado de aluminio y magnesio con el mayor porcentaje de aluminio, el AW 5754 se puede laminar, forjar y extruir. No se puede tratar con calor y se puede trabajar en frío para aumentar la resistencia a expensas de la conformabilidad. Además, esta aleación es excelente en resistencia a la corrosión y tiene alta resistencia. Con estas propiedades, no es de extrañar que AW 5754 sea uno de los tipos de aluminio más utilizados en el mecanizado CNC. Se usa comúnmente en estructuras soldadas, pisos, artes de pesca, carrocerías de vehículos, remaches y en el procesamiento de alimentos.


EN AW 6061
Nombres alternativos: 3.3206; ISO 6361; UNS A96060; ASTM B 221; AlMgSi0.5

Esta es una aleación forjada que contiene magnesio y silicio. Es tratable térmicamente y tiene una resistencia media, buena soldabilidad y buena conformabilidad. Además, tiene una muy alta resistencia a la corrosión; una propiedad que se puede mejorar anodizando. EN AW 6060 se utiliza ampliamente en construcción, procesamiento de alimentos, tecnología médica y tecnología automotriz.

EN AW 7075
Nombres alternativos: 3.4365; UNS A96082; H30; Al-Zn6MgCu.

El principal elemento de aleación de este tipo de aluminio es el zinc. Aunque EN AW 7075 tiene maquinabilidad promedio, malas propiedades de conformado en frío y no es adecuada para soldadura fuerte, tiene una alta relación resistencia-peso, excelente resistencia a ambientes atmosféricos y marinos y resistencia comparable a algunas aleaciones de acero. Esta aleación se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, desde alas delta, cuadros de bicicletas, equipos de escalada y armas hasta la construcción de herramientas de fabricación.

Proceso de mecanizado CNC para aluminio

El aluminio se puede mecanizar utilizando muchos de los procesos CNC disponibles en la actualidad. Hemos enumerado algunos de estos procedimientos:

torneado

En los procesos de mecanizado CNC, la pieza de trabajo gira mientras la herramienta de corte de un solo punto permanece estacionaria a lo largo de su eje. Dependiendo de la máquina utilizada, la pieza de trabajo o la herramienta de corte realizan un movimiento de avance para retirar el material.

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Fresado

Los procesos de fresado son los métodos más utilizados al mecanizar componentes de aluminio. Estos métodos consisten en rotar una herramienta de corte multipunto a lo largo de su eje mientras la pieza de trabajo permanece estacionaria a lo largo de su propio eje. La acción de corte y la posterior eliminación de material se logra mediante un movimiento de avance de la pieza de trabajo o la herramienta de corte, o una combinación de ambos. Este movimiento puede tener lugar a lo largo de varios ejes.

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fresado de cajeras

El fresado de bolsillos, también conocido como embolsado, es un método de fresado CNC en el que se fresa un bolsillo hueco en un componente.

Torneado y planeado

En el procesamiento de la máquina, el refrentado / fresado es la creación de un área de sección transversal plana en la superficie de una pieza de trabajo mediante torneado / fresado.

Taladro

La perforación es el proceso de crear un agujero en una pieza de trabajo. En este proceso, una herramienta de corte giratoria multipunto de cierto tamaño se mueve en línea recta, perpendicular a la superficie a mecanizar, creando efectivamente un agujero.

Herramientas para el procesamiento de aluminio
Muchos factores diferentes influyen en la selección de herramientas para el mecanizado CNC.

Diseño de herramientas

Los diferentes aspectos geométricos de una herramienta contribuyen a la eficacia en términos de mecanizado de aluminio. Uno de ellos es el número de filos. Para evitar dificultades en la eliminación de virutas a altas velocidades, las herramientas de corte para el mecanizado CNC de aluminio deben tener 2-3 filos de corte. Un mayor número de filos de corte conduce a bahías de viruta más pequeñas. Esto hace que las grandes virutas de las aleaciones de aluminio queden atrapadas. Cuando las fuerzas de corte son bajas y la evacuación de virutas es una preocupación importante del proceso, se deben usar dos filos de corte. Se pueden utilizar tres filos de corte para lograr el equilibrio perfecto entre la evacuación de virutas y la resistencia de la herramienta.

ángulo de hélice

El ángulo de la hélice es el ángulo entre la línea central de una herramienta y una línea tangente recta a lo largo del filo. Si bien un ángulo de hélice alto elimina las virutas rápidamente, también aumenta la fricción y la generación de calor durante el mecanizado. Esto puede hacer que las virutas se suelden a la superficie de la herramienta durante el mecanizado CNC de alta velocidad de aluminio. Un ángulo de hélice más pequeño da como resultado una menor generación de calor, pero es posible que no pueda eliminar las virutas de manera efectiva. Al mecanizar aluminio, un ángulo de bisel de 35 ° o 40 ° es adecuado para aplicaciones en bruto, mientras que un ángulo de 45 ° es adecuado para trabajos de acabado.

Ángulo de holgura

El ángulo libre es otro factor importante para el correcto funcionamiento de una herramienta. Un ángulo excesivamente grande haría que la herramienta se clavara en el componente y se moviera hacia adelante y hacia atrás. Por otro lado, los ángulos demasiado pequeños pueden provocar una alta fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo. Los ángulos de holgura entre 6 ° y 10 ° son especialmente adecuados para el mecanizado CNC de aluminio.

Material de la herramienta

El carburo de tungsteno es el material preferido para las herramientas de corte utilizadas en el mecanizado de aluminio CNC. Dado que el aluminio es muy suave y fácil de cortar, el factor decisivo en una herramienta de corte para aluminio no es la dureza, sino la capacidad de obtener un borde afilado. Esta capacidad está presente en las herramientas de carburo cementado y depende de dos factores, el tamaño de grano de carburo cementado y la proporción de aglutinante. Mientras que un tamaño de grano más grande da como resultado un material más duro, un tamaño de grano más pequeño garantiza un material más duro y resistente a los impactos que es exactamente la propiedad que necesitamos. Los granos más pequeños requieren cobalto para lograr la estructura de grano fino y la resistencia del material.

Sin embargo, el cobalto reacciona con el aluminio a altas temperaturas y forma un borde acumulado de aluminio en la superficie de la herramienta. La clave es utilizar una herramienta de carburo cementado con la cantidad correcta de cobalto (2-20%) para minimizar esta reacción mientras se mantiene la resistencia requerida. Las herramientas de carburo de tungsteno son generalmente más adecuadas para soportar las altas velocidades de mecanizado de aluminio CNC que las herramientas de acero.Además del material de la herramienta, el recubrimiento de la herramienta es un factor importante en la eficiencia de corte de la herramienta.

Los recubrimientos de ZrN (nitruro de circonio), TiB2 (boruro de titanio) y de tipo diamante son algunos de los recubrimientos de herramientas adecuados para el mecanizado CNC de aluminio.

Avances y velocidades

La velocidad de corte es la velocidad a la que gira la herramienta de corte. Dado que el aluminio puede soportar velocidades de corte muy altas, la velocidad de corte de las aleaciones de aluminio depende de los límites de aplicación de la máquina utilizada. Al igual que con el mecanizado de aluminio CNC, la velocidad debe ser lo más alta posible, ya que esto reduce el riesgo de aristas acumuladas, ahorra tiempo, minimiza el aumento de temperatura en el componente, mejora la rotura de viruta y mejora el acabado superficial. La velocidad de trabajo exacta depende de la aleación de aluminio y del diámetro de la herramienta.

El avance es la distancia que se mueve la pieza de trabajo o herramienta por revolución de la herramienta. La velocidad de alimentación utilizada depende del acabado superficial deseado, la resistencia y la rigidez de la pieza de trabajo. Los cortes en bruto requieren un avance de 0,15 a 2,03 mm / rev, mientras que las operaciones de acabado requieren un avance de 0,05 a 0,15 mm / rev.

Lubricante refrigerante

A pesar de su buena maquinabilidad, el aluminio nunca debe cortarse en seco ya que esto promueve la formación de bordes acumulados. Los lubricantes refrigerantes adecuados para el mecanizado CNC de aluminio son las emulsiones de aceite soluble y los aceites minerales. Evite los lubricantes refrigerantes que contengan cloro o azufre activo, ya que estos elementos decapan el aluminio. Puede encontrar más información sobre lubricantes refrigerantes aquí.

Procesos de posprocesamiento

Después de mecanizar una pieza de aluminio, existen ciertos procesos que se pueden llevar a cabo para mejorar las propiedades físicas, mecánicas y estéticas de la pieza. Los métodos más comunes se enumeran a continuación.

Chorro de perlas: chorro de aire comprimido con abrasivo sólido

El granallado es un proceso de acabado con fines estéticos. En este proceso, el componente fabricado se chorrea con un fuerte chorro de aire comprimido y pequeñas perlas de vidrio, lo que elimina eficazmente el material y asegura una superficie lisa. Le da al aluminio una superficie satinada o mate. Los parámetros de proceso más importantes para el granallado de perlas son el tamaño de las perlas de vidrio y la fuerza de la presión de aire utilizada. Utilice este procedimiento solo si las tolerancias dimensionales de la pieza no son críticas.

Otros procesos de acabado son el pulido y la pintura.

Revestimiento

En este proceso, la pieza de trabajo de aluminio se recubre con otro material, por ejemplo zinc, níquel o cromo. Esto se hace para mejorar la funcionalidad del componente y se puede lograr mediante procesos electroquímicos.

Anodizado

El proceso de anodización es un proceso electroquímico en el que la pieza de trabajo de aluminio se coloca en una solución de ácido sulfúrico. Luego se aplica un voltaje eléctrico entre el ánodo y el cátodo. Este proceso convierte las superficies expuestas de la pieza de trabajo en un recubrimiento de óxido de aluminio eléctricamente no reactivo. La densidad y el espesor del revestimiento dependen de la composición de la solución, la duración del proceso de anodización y la corriente eléctrica aplicada. También se puede usar anodizado para colorear el componente.

Recubrimiento en polvo

En el proceso de recubrimiento en polvo, el componente se recubre con un polvo de polímero coloreado utilizando una pistola de pulverización electrostática. A continuación, la pieza se cura a una temperatura de 200 ° C. El recubrimiento en polvo mejora la fuerza y ​​la resistencia al desgaste, la corrosión y el impacto.

Tratamiento térmico

Los componentes fabricados con aleaciones de aluminio tratables térmicamente pueden someterse a un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas.

Aplicaciones de los componentes de aluminio fabricados por CNC en la industria

Como se mencionó anteriormente, las aleaciones de aluminio tienen varias propiedades ventajosas. Es por eso que los componentes de aluminio fabricados por CNC son indispensables en muchas ramas de la industria, que incluyen:

Aeroespacial: debido a la alta relación resistencia-peso, muchos accesorios de aviones están hechos de aluminio.
Industria automotriz: similar a la industria aeroespacial, muchos componentes como ejes y otros componentes están hechos de aluminio.
Electrónica: debido a su alta conductividad eléctrica, los componentes de aluminio fabricados por CNC se utilizan a menudo como componentes eléctricos en dispositivos eléctricos.
Industria alimentaria y farmacéutica: dado que el aluminio no reacciona con la mayoría de las sustancias orgánicas, los componentes de aluminio desempeñan un papel importante en las industrias alimentaria y farmacéutica.
Deportes: el aluminio se usa ampliamente para fabricar equipos deportivos como bates de béisbol y silbatos.
Tecnología de baja temperatura: debido a la capacidad del aluminio para mantener sus propiedades mecánicas incluso a temperaturas bajo cero, los componentes de aluminio se utilizan a menudo en aplicaciones de baja temperatura.