El mecanizado CNC ha revolucionado la industria metalúrgica al permitir la fabricación de piezas complejas y personalizadas con una precisión y repetibilidad avanzadas que antes eran imposibles de lograr.

Dicho esto, hay ciertos factores que se deben tener en cuenta al producir piezas mecanizadas por CNC, además de seguir ciertas prácticas recomendadas para garantizar producciones rápidas y sin problemas. A continuación, se enumeran algunas de estas prácticas:

• Elija la herramienta adecuada para el trabajo: Existen en el mercado diversas máquinas CNC a distintos precios. Una fresadora de alta calidad le permitirá lograr un grado de precisión y tolerancias extremadamente altas.
• Conozca el material con el que está trabajando: La maquinabilidad de diversos materiales puede afectar significativamente la velocidad de producción y los costos de fabricación. La clave es elegir un metal que logre un equilibrio entre la maquinabilidad fácil y la resistencia requerida del producto final.
• Utilice las herramientas de corte adecuadas: La elección de la herramienta debe basarse en el material con el que se trabaja, ya que puede afectar excesivamente la calidad de la superficie y la precisión del producto final.
• Mantenga limpio un entorno de fabricación: El polvo y los residuos pueden afectar significativamente la calidad general del proceso de mecanizado y pueden provocar daños graves a sus máquinas.

En resumen, es importante contar con controles de calidad eficaces en cada etapa del proceso de fresado. Además, unos procedimientos de trabajo estrictos garantizarán unos resultados de la máxima calidad.

¿Qué es la maquinabilidad?

La maquinabilidad de un metal es esencialmente la capacidad de un metal para ser maquinado. Se representa como un porcentaje relativo a lo que se puede lograr en acero SAE1112 con una dureza de 160 Brinell. Dado que el acero SAE1112 se utiliza como estándar de maquinabilidad, obtiene una puntuación de 100%. La maquinabilidad de un material se puede calcular de la siguiente manera:

Clasificación de maquinabilidad [%] = (Puntuación de un material / Puntuación de SAE1112) * 100

Si la maquinabilidad cae por debajo del 100 %, significa que el material será más difícil de mecanizar y viceversa. Dado que el mecanizado CNC es un proceso de fabricación sustractivo que implica la eliminación de secciones de material para lograr el producto final, la maquinabilidad del material con el que está trabajando puede afectar significativamente los tiempos de producción generales, los costos y el desgaste de su Control numéricoEste gráfico representa la maquinabilidad de varios metales.

Factores que tienden a afectar la maquinabilidad de un metal.

La maquinabilidad no es una ciencia exacta. Las variables materiales, como la estructura del grano del material, el proceso de tratamiento térmico, la composición química del metal que se mecaniza y la dureza del material que se mecaniza, desempeñan un papel crucial en la maquinabilidad de un metal.

Cómo los cambios en la composición química afectan la maquinabilidad del acero

Para entender mejor la maquinabilidad, centrémonos en un metal específico, el acero, y entendamos cómo los distintos factores afectan su maquinabilidad. Según las variables del material mencionadas anteriormente, la maquinabilidad del acero puede variar entre un 30-40 % y un 170 %.

Ahora bien, el acero es esencialmente hierro (Fe) con la adición de carbono (C). El hierro puro por sí solo es muy dúctil. Mezclar hierro con carbono o diversas aleaciones en diferentes cantidades cambia enormemente sus propiedades mecánicas, lo que también afecta a la maquinabilidad.

Según su composición química, el acero se clasifica en acero al carbono, acero de fácil mecanización, acero de baja aleación y acero para herramientas.

Impacto en la maquinabilidad del acero en función de su porcentaje de carbono

El acero al carbono es la forma más económica de acero y contiene diversos porcentajes de carbono, con un pequeño porcentaje de metales de aleación. Según el sistema de clasificación SAE, el acero al carbono tiene el formato 10xx, donde xx indica la cantidad de carbono.

Se añade carbono al acero para aumentar su dureza y resistencia a la tracción. El acero al carbono con un contenido de carbono del 0,2 % suele considerarse el que tiene la mejor maquinabilidad. Cualquier contenido de carbono por debajo del 0,15 % hace que el acero sea maleable, y un contenido de carbono superior al 0,4 % reduce gradualmente su maquinabilidad. Para comprender esto mejor, veamos la tabla de maquinabilidad del acero al carbono.

Impacto en la maquinabilidad del acero por la adición de aleaciones específicas

La adición de ciertas aleaciones, como el azufre (S), el fósforo (P) y el plomo (Pb), puede aumentar considerablemente la maquinabilidad del acero. Estos se denominan aceros de fácil mecanización y son los mejores desde la perspectiva del mecanizado. Es importante señalar que este aumento de la maquinabilidad se produce una costa de una disminución de las propiedades mecánicas del metal.

El acero de fácil mecanización se clasifica en la siguiente serie según los porcentajes de los tres elementos en el acero al carbono.

• Grado SAE 11xx: La xx indica el porcentaje de azufre del 0,05 % al 0,1 % en el acero al carbono. La adición de azufre produce un aumento del 20 % en la maquinabilidad y reduce la resistencia a la tracción en un 10 % aproximadamente.
• Grado SAE 12XX: El porcentaje de azufre se incrementa al 0,25 %. Las xx indican el aumento del fósforo (P) del 0,04 % al 0,5 %. Esto aumenta aún más la maquinabilidad en aproximadamente un 40 % en comparación con el acero de grado SAE 11xx.
• Grado SAE 12L14: El fósforo (P) se reemplaza por un 0,25 % de plomo (PB), lo que eleva su maquinabilidad al 170 %.

Esta tabla mostrará cómo la adición de varias aleaciones afecta la maquinabilidad mientras el contenido de carbono se mantiene constante.

Grado de acero.	Maquinabilidad (%)	Contenido de fósforo (P) (%)	Contenido de azufre (S) (%)	Contenido de plomo (PB) (%)
1015	72%	0,04	0,05%	–
1112	100%	0,07-0,12%	–	–
1117	91%	0,03%	0,1	–
1215	136%	0,06	0.3	–
12L14	170%	–	0.3	0,25

Si bien los tres elementos mencionados anteriormente mejoran la maquinabilidad del acero a costa de la resistencia mecánica, ciertas aplicaciones exigen acero con mayor tenacidad. Esto se logra agregando aleaciones de molibdeno (Mo), cromo (CR) y níquel (Ni). Si bien el molibdeno (Mo) y el cromo (CR) ofrecen una dureza mejorada del acero sin afectar su maquinabilidad, la adición de níquel afecta parcialmente la maquinabilidad. El cromo (CR) en el acero mejora su resistencia a la corrosión y, por lo tanto, es un elemento importante en el acero inoxidable. Los grados de acero SAE 43xx, 48xx y 8xxx contienen entre un 0,5 y un 3,5 % de níquel, y su impacto en la maquinabilidad se puede ver en el gráfico a continuación.

A continuación se muestra una tabla que muestra la composición que permite los mismos grados de acero.

Para resumir

Como hemos visto, se puede mejorar la maquinabilidad de un metal agregando ciertas mejoras. Sin embargo, esto se produce una costa de una disminución de la resistencia mecánica. Se debe tener cuidado al elegir la composición química que encuentre el equilibrio adecuado entre maquinabilidad y costo frente a las propiedades estructurales del producto final mecanizado. Aún hay muchos otros factores que influyen, como el tratamiento térmico, la microestructura, el tamaño del grano, la dureza y el método de fabricación del material. Probablemente tendremos que analizarlos en otra ocasión.

Sobre el autor:

Pedro Jacobs

Peter Jacobs es el director sénior de marketing de Maestros del CNCParticipa activamente en procesos de fabricación y contribuye periódicamente con sus conocimientos en varios blogs sobre mecanizado CNC, impresión 3D, herramientas rápidas, moldeo por inyección, fundición de metales y fabricación en general.