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 a considerar al producir piezas mecanizadas por CNC, además de seguir ciertas mejores prácticas para garantizar ejecuciones de producción rápidas y fluidas. A continuación se enumeran algunas de estas prácticas:

  • Elija la herramienta adecuada para el trabajo: Hay varias máquinas CNC en el mercado a diferentes precios. Una fresadora de alta calidad le permitirá alcanzar un grado extremadamente alto de precisión y tolerancia.
  • Conozca el material con el que está trabajando: La maquinabilidad de varios materiales puede afectar significativamente las velocidades de producción y los costos de fabricación. La clave es elegir un metal que logre un equilibrio entre una fácil maquinabilidad 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. Puede afectar excesivamente la calidad de la superficie y la precisión del producto final.
  • Mantenga limpio el entorno de fabricación: El polvo y los escombros 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 molienda. Además, unos estrictos procedimientos de trabajo garantizarán resultados de la más alta 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 con el Acero SAE1112 con una dureza de 160 Brinell. Dado que se utiliza acero SAE1112 como estándar de maquinabilidad, obtiene una puntuación del 100%. La maquinabilidad de un material se puede calcular de la siguiente manera:

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

Si la maquinabilidad cae por debajo del 100%, indica 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 generales de producción, los costos y el desgaste de su CNC. Este gráfico muestra la maquinabilidad de varios metales.

Factores que tienden a afectar la maquinabilidad de un metal.

La maquinabilidad no es una ciencia exacta. Material Variables 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 comprender mejor la maquinabilidad, centrémonos en un metal específico, el «acero», y comprendamos cómo varios factores afectan su maquinabilidad. Dependiendo de las variables del material mencionadas anteriormente, la maquinabilidad del acero puede variar desde un 30-40% hasta 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 varias aleaciones en diferentes cantidades cambia enormemente sus propiedades mecánicas, lo que también afecta la maquinabilidad.

Según su composición química, el acero se clasifica en acero al carbono, acero de libre 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 barata de acero y contiene varios porcentajes de carbono, con un pequeño porcentaje de metales aleados. Según el sistema de clasificación SAE, al acero al carbono se le asigna el formato 10xx, donde xx indica la cantidad de carbono.

Se añade carbono al acero para aumentar su dureza y resistencia a la tracción. Generalmente se considera que el acero al carbono con un contenido de carbono del 0,2% tiene la mejor maquinabilidad. Cualquier valor inferior al 0,15% de carbono hace que el acero sea maleable, y un contenido de carbono superior al 0,4 por ciento reduce gradualmente su maquinabilidad. Para entenderlos 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 azufre (S), fósforo (P) y plomo (Pb), puede aumentar considerablemente la maquinabilidad del acero. 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: El xx denota el porcentaje de azufre de 0,05% a 0,1% en acero al carbono. La adición de azufre da como resultado un aumento del 20 % en la maquinabilidad y disminuye la resistencia a la tracción en aproximadamente un 10 %.
  • Grado SAE 12XX: El porcentaje de Azufre se incrementa hasta el 0,25%. El xx denota el aumento de fósforo (P) del 0,04% al 0,5%. Esto aumenta aún más la maquinabilidad en aproximadamente un 40 % con respecto al grado de acero SAE 11xx.
  • Grado SAE 12L14: El fósforo(P) se sustituye por un 0,25% de plomo(PB). Esto lleva 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). Mientras que el molibdeno (Mo) y el cromo (CR) ofrecen una mayor dureza 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 siguiente gráfico.

Aquí hay un cuadro que muestra la composición que permite los mismos grados de acero.

Para reanudar

Como hemos visto, se puede mejorar la maquinabilidad de un metal agregando ciertas mejoras. Sin embargo, esto conlleva 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. Todavía 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 discutirlos en otro momento.

Sobre el autor:

Peter Jacobs

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