Mecanizado de piezas de aluminio CNC
El mecanizado de piezas de aluminio CNC es uno de los procesos de fabricación más practicados en la industria moderna, aprovechando la excelente maquinabilidad, el peso ligero y las propiedades mecánicas versátiles del aluminio. Este proceso implica retirar material del material de aluminio utilizando-herramientas de corte controladas por computadora para producir componentes de precisión para aplicaciones que van desde electrónica de consumo hasta estructuras aeroespaciales.
Características del material y maquinabilidad
El aluminio exhibe una maquinabilidad excepcional en comparación con la mayoría de los metales de ingeniería. Su dureza relativamente baja reduce las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, lo que permite altas tasas de eliminación de material. La conductividad térmica del aluminio es aproximadamente tres veces mayor que la del acero, lo que disipa eficientemente el calor de la zona de corte y reduce el daño térmico tanto a la herramienta como a la pieza de trabajo. Sin embargo, esta misma propiedad puede causar soldadura de viruta en las superficies de la herramienta si se utilizan parámetros de corte inadecuados o una aplicación inadecuada de refrigerante. El bajo módulo de elasticidad del aluminio da como resultado una mayor deflexión bajo las fuerzas de corte, lo que requiere estrategias cuidadosas de sujeción del trabajo y trayectoria de la herramienta para elementos de paredes delgadas-. El material tiende a producir virutas continuas y dúctiles que pueden formar cintas largas a menos que se emplee una geometría adecuada para romper las virutas.
Las aleaciones de aluminio comunes para el mecanizado CNC incluyen 6061-T6, que ofrece un excelente equilibrio entre resistencia, resistencia a la corrosión y maquinabilidad para aplicaciones estructurales generales.. 7075-T6 proporciona una relación resistencia-a-peso superior para componentes aeroespaciales y de alto rendimiento.. 2024-T4 ofrece buena resistencia a la fatiga para estructuras de aeronaves. 5052 y 5083 ofrece resistencia a la corrosión y conformabilidad superiores para aplicaciones marinas y químicas. Las aleaciones fundidas como A356 y A380 se utilizan para componentes que requieren geometrías complejas y buena moldeabilidad seguida de un mecanizado de precisión.
Selección de herramientas de corte
Las herramientas de carburo se prefieren para el mecanizado de aluminio debido a su capacidad para mantener bordes afilados a altas velocidades de corte. El carburo sin recubrimiento suele ser superior a las herramientas recubiertas para aluminio porque los recubrimientos pueden aumentar la fricción y promover-la formación de bordes reforzados. Las superficies de las herramientas pulidas o especialmente rectificadas reducen la adherencia del material. Las herramientas recubiertas de diamante-proporcionan una resistencia excepcional al desgaste para aleaciones de aluminio fundido con alto-silicio que son abrasivas para el carburo convencional.
Las geometrías de las herramientas requieren una optimización específica para el aluminio. Los ángulos de desprendimiento positivos altos, entre 15 y 25 grados, reducen las fuerzas de corte y promueven el flujo de virutas lejos de la pieza de trabajo. Los ángulos libres grandes evitan el roce y reducen la generación de calor. Las ranuras anchas y altamente pulidas con amplio espacio para virutas acomodan las voluminosas virutas producidas a altas tasas de eliminación. Los bordes cortantes afilados con un mínimo de pulido o preparación son esenciales; un borde ligeramente redondeado puede mejorar el rendimiento al reducir la formación de rebabas en algunas aplicaciones de acabado.
Estrategias de parámetros de corte
El mecanizado de aluminio normalmente emplea altas velocidades de corte que van de 300 a 1000 metros por minuto para operaciones de desbaste, con velocidades de acabado que a veces superan los 2000 metros por minuto en husillos de alta-velocidad. Las velocidades de avance son generalmente agresivas, con avances por diente de 0,1 a 0,3 milímetros comunes para el fresado final. La profundidad de corte debe utilizar toda la longitud de la ranura cuando sea posible, especialmente con trayectorias de herramientas modernas de alta-eficiencia. La combinación de alta velocidad y alto avance produce las características altas tasas de eliminación de material que hacen que el mecanizado de aluminio sea económicamente atractivo.
La evacuación de virutas es fundamental debido al gran volumen de material eliminado. Frecuentemente son necesarios sistemas de refrigeración o chorro de aire a través de-herramientas, especialmente en operaciones de cavidades y cavidades profundas. El refrigerante inundado a alta presión y volumen ayuda a eliminar las virutas de la zona de corte y evita el recorte. Algunas aplicaciones se benefician de una cantidad mínima de lubricación o incluso del mecanizado en seco cuando las vías de evacuación de virutas están abiertas y las velocidades de corte son moderadas.
Estrategias y técnicas de mecanizado
Las técnicas de mecanizado de alta-velocidad son particularmente efectivas para el aluminio. Esto implica el uso de altas velocidades de husillo con profundidades de corte axiales relativamente ligeras pero altas velocidades de avance. Las bajas fuerzas radiales resultantes minimizan la deflexión y la vibración, lo que permite un mecanizado eficiente de paredes delgadas y características delicadas. Las estrategias de fresado trocoidal o dinámico mantienen ángulos de participación de herramienta constantes, lo que permite cargas de viruta consistentes y permite el uso de la longitud completa de la flauta para operaciones de ranurado y embolsado profundo.
Para las operaciones de acabado, generalmente se prefiere el fresado ascendente, ya que produce un mejor acabado superficial y reduce la formación de rebabas en comparación con el fresado convencional. El uso de fresas de extremo de bola-de gran diámetro o herramientas de barril para semiacabado y acabado de superficies contorneadas puede reducir significativamente el tiempo de ciclo en comparación con los molinos de bolas pequeños. El mecanizado en reposo apunta automáticamente al material sin cortar que queda después de herramientas más grandes, lo que garantiza una eliminación completa del material sin un corte excesivo de aire.
El mecanizado de paredes delgadas-requiere una consideración especial debido a la baja rigidez del aluminio. El desbaste progresivo que deja un material uniforme para el acabado reduce la distorsión. Las secuencias de mecanizado simétricas equilibran las tensiones internas. Las pasadas ligeras de acabado con herramientas afiladas a alta velocidad producen un acabado superficial aceptable sin una deflexión excesiva de la pared. Los métodos de sujeción por vacío o adhesivos pueden proporcionar un soporte uniforme para componentes delgados que las abrazaderas convencionales distorsionarían.
Enfoques de sujeción de piezas
Las prensas de máquina estándar con caras de mordaza de aluminio protegen las superficies acabadas contra daños en las mordazas de acero. Los mandriles de vacío se utilizan ampliamente para placas planas de aluminio y componentes de láminas, ya que proporcionan una fuerza de sujeción uniforme sin distorsión. Los accesorios neumáticos o hidráulicos permiten una carga y descarga rápida para cantidades de producción. Las mordazas blandas mecanizadas para adaptarse a la geometría de la pieza proporcionan una ubicación y soporte precisos. Para piezas fundidas o extrusiones complejas, los accesorios personalizados con pasadores de ubicación y almohadillas de sujeción garantizan un posicionamiento repetible.
Acabado superficial y consideraciones de calidad
El mecanizado de aluminio puede lograr excelentes acabados superficiales cuando se utilizan los parámetros y herramientas adecuados. Las velocidades de acabado en el rango superior de capacidad con profundidades de corte ligeras y velocidades de avance altas a menudo producen superficies-similares a espejos en aleaciones no-tratables térmicamente-. Sin embargo,-la formación de bordes acumulados puede degradar el acabado de la superficie si las velocidades son demasiado bajas o el refrigerante es inadecuado. La formación de rebabas en los bordes y las salidas es un desafío persistente; Se deben gestionar herramientas afiladas, ángulos de enganche adecuados del cortador y procesos de desbarbado.
La precisión dimensional requiere atención a la expansión térmica. El alto coeficiente de expansión térmica del aluminio significa que las variaciones de temperatura durante el mecanizado o entre el mecanizado y la inspección pueden afectar significativamente las dimensiones medidas. Una temperatura constante del refrigerante y permitir que las piezas alcancen el equilibrio térmico antes de la inspección final son buenas prácticas. Se debe considerar la deflexión de la pieza de trabajo debido a las fuerzas de sujeción o de corte, particularmente para secciones delgadas.
Publicar-Operaciones de mecanizado
A menudo es necesario desbarbar después del mecanizado de aluminio. Los métodos mecánicos incluyen cepillado, volteo y granallado. El desbarbado químico con soluciones alcalinas puede eliminar rebabas finas de geometrías complejas. A menudo se especifica la rotura de bordes o el biselado para evitar bordes afilados y mejorar la seguridad en el manejo.
Los tratamientos superficiales mejoran la apariencia y el rendimiento. El anodizado crea una capa de óxido dura y resistente a la corrosión-disponible en varios colores para aplicaciones decorativas y funcionales. El recubrimiento de conversión de cromato proporciona protección contra la corrosión sin cambios dimensionales significativos. La pintura y el recubrimiento en polvo ofrecen acabados cosméticos duraderos. La pasivación mejora la resistencia a la corrosión de determinadas composiciones de aleaciones.
Aplicaciones e industrias
La industria aeroespacial depende en gran medida del mecanizado de aluminio CNC para componentes estructurales de fuselajes, nervaduras de alas, marcos de fuselajes y mecanismos de superficies de control, donde la relación resistencia-a-peso es primordial. Las aplicaciones automotrices incluyen bloques de motor, culatas de cilindros, carcasas de transmisión y componentes de suspensión. La industria electrónica produce disipadores de calor, carcasas y componentes de chasis que aprovechan la conductividad térmica y las propiedades de blindaje electromagnético del aluminio. Los fabricantes de equipos médicos mecanizan aluminio para carcasas de instrumentos, marcos de equipos de imágenes y componentes de herramientas quirúrgicas. Los productos de consumo van desde cuadros de bicicletas y equipos deportivos hasta cuerpos de cámaras y chasis de teléfonos inteligentes.
