Máquina CNC de aluminio:beneficios y posibles alternativas

Para proyectos de mecanizado CNC, el aluminio es una de las opciones de materiales más populares debido a sus propiedades físicas deseables. Es fuerte, lo que lo hace ideal para piezas mecánicas, y su capa exterior oxidada es resistente a la corrosión de los elementos. Estos beneficios han hecho que las piezas de aluminio sean comunes en todas las industrias, aunque son particularmente favorecidas en las esferas automotriz, aeroespacial, de atención médica y electrónica de consumo.

El aluminio también ofrece ventajas específicas que simplifican y mejoran el proceso de mecanizado CNC. A diferencia de muchos otros metales con propiedades materiales similares, el aluminio ofrece una excelente maquinabilidad:muchos de sus grados pueden ser penetrados de manera efectiva por herramientas de corte, astillando fácilmente y siendo relativamente fácil de moldear. Debido a esto, el aluminio se puede mecanizar más de tres veces más rápido que el hierro o el acero.

Este artículo explica algunas de las ventajas clave del mecanizado CNC de aluminio (razones por las que es uno de nuestros procesos de producción y creación de prototipos más solicitados), pero también sugiere alternativas de mecanizado al aluminio.

Otros metales y plásticos pueden brindar beneficios similares al aluminio, además de los beneficios únicos propios.

Beneficios del mecanizado CNC de aluminio

• Maquinabilidad
• Resistencia a la corrosión
• Relación fuerza-peso
• Conductividad eléctrica
• Potencial de anodización
• Reciclabilidad

Piezas típicas de aluminio CNC de 3ERP

Maquinabilidad

Una de las principales razones por las que los ingenieros eligen el aluminio para sus piezas mecanizadas es simplemente porque el material es fácil de mecanizar. Si bien esto parecería ser más un beneficio para el maquinista que fabrica la pieza, también tiene beneficios significativos para la empresa que solicita la pieza, así como para el usuario final que eventualmente la usará.

Debido a que el aluminio se astilla fácilmente y es fácil de moldear, se puede cortar de forma rápida y precisa con máquinas herramienta CNC. Esto tiene algunas consecuencias importantes:en primer lugar, el corto período de tiempo del trabajo de mecanizado hace que el proceso sea más económico (porque se requiere menos mano de obra del maquinista y menos tiempo de operación de la máquina misma); en segundo lugar, una buena maquinabilidad significa una menor deformación de la pieza a medida que la herramienta de corte atraviesa la pieza de trabajo. Esto puede permitir que la máquina cumpla con tolerancias más estrictas (tan bajas como ±0,025 mm) y conduce a una mayor precisión y repetibilidad.

Resistencia a la corrosión

Los diferentes grados de aluminio difieren mucho en su resistencia a la corrosión:el grado en que pueden resistir la oxidación y el daño químico. Afortunadamente, algunos de los grados más populares para el mecanizado CNC son los más resistentes. 6061, por ejemplo, ofrece una excelente resistencia a la corrosión, al igual que otras aleaciones en el extremo inferior del espectro de resistencia. (Las aleaciones fuertes de aluminio pueden ser menos resistentes a la corrosión debido a la presencia de cobre aleado).

Relación fuerza-peso

El aluminio tiene propiedades físicas deseables que lo hacen ideal tanto para piezas mecánicas como laterales. Dos de los más importantes son la alta resistencia del metal y su peso ligero, los cuales hacen que el material sea favorable para piezas críticas como las requeridas en las industrias aeroespacial y automotriz. Los accesorios de aeronaves y los ejes de automóviles son dos ejemplos de piezas que se pueden mecanizar con éxito con aluminio.

Sin embargo, los diferentes grados de aluminio sirven para diferentes propósitos. Debido a su relación favorable entre resistencia y peso, los grados de uso general como el 6061 se pueden usar para una amplia variedad de piezas, mientras que los grados de alta resistencia como el 7075 pueden preferirse en aplicaciones aeroespaciales y marinas.

Conductividad eléctrica

Las piezas de aluminio mecanizadas por CNC pueden ser útiles para componentes eléctricos debido a su conductividad eléctrica. Aunque no es tan conductor como el cobre, el aluminio puro tiene una conductividad eléctrica de unos 37,7 millones de siemens por metro a temperatura ambiente. Las aleaciones pueden tener conductividades más bajas, pero los materiales de aluminio son significativamente más conductores que, por ejemplo, el acero inoxidable.

Materiales	Conductividad (S/m) a temperatura ambiente
Cobre	59,6 millones
Aluminio	37,7 millones
Cinc	16,9 millones
Hierro	10 millones
Acero al carbono	7 millones
Titanio	2,4 millones
Acero inoxidable	1,5 millones

Potencial de anodización

Las piezas de aluminio mecanizadas son especialmente populares en la industria de la electrónica de consumo, no solo por sus exigencias de resistencia y peso, sino también por importantes consideraciones estéticas. Además de ser receptivo a las pinturas y tintes, el aluminio se puede tratar con anodización, un procedimiento de acabado superficial que espesa la capa externa protectora y oxidada de la pieza.

El proceso de anodización, que generalmente tiene lugar después de completar el mecanizado, implica el paso de una corriente eléctrica a través de la pieza en un baño de ácido electrolítico y da como resultado una pieza de aluminio que es más resistente al impacto físico y la corrosión.

Es importante destacar que el anodizado facilita agregar color a una pieza de aluminio maquinada, ya que la capa exterior anodizada es altamente porosa. Los tintes pueden abrirse camino a través de las secciones porosas de la capa exterior y es menos probable que se astillen o se descascaren, ya que están incrustados en el exterior resistente de la pieza de metal.

Reciclabilidad

Otro beneficio del aluminio es su alta reciclabilidad, lo que lo hace preferible para las empresas que buscan minimizar su impacto ambiental o para aquellos que simplemente desean reducir el desperdicio de material y recuperar parte de sus gastos. Los materiales reciclables son particularmente importantes en el mecanizado CNC, donde hay una cantidad relativamente grande de material de desecho en forma de virutas de la herramienta de corte.

Alternativas al aluminio en mecanizado CNC

Las empresas pueden buscar alternativas al aluminio para el mecanizado CNC por varias razones. Después de todo, el metal tiene algunas debilidades:su recubrimiento de óxido puede dañar las herramientas y, por lo general, es más costoso que las alternativas como el acero, en parte debido a los altos costos de energía de la producción de aluminio.

Estas son algunas posibles alternativas de mecanizado al aluminio, con énfasis en sus diferencias y similitudes con el popular metal gris plateado.

Metales

Acero y acero inoxidable

Mejor que el aluminio para:

• Fuerza
• Resistencia a la temperatura

Peor que el aluminio para:

• Maquinabilidad
• Peso

Los aceros y los aceros inoxidables son materiales muy utilizados en el mecanizado CNC. Debido a su alta resistencia, los aceros tienden a ser los preferidos para aplicaciones de alta tensión y aquellas que requieren soldaduras fuertes. Los aceros son resistentes a temperaturas muy altas y los aceros inoxidables se pueden tratar térmicamente para mejorar su resistencia a la corrosión.

Sin embargo, mientras que los aceros mecanizados están diseñados para mejorar la maquinabilidad, el aluminio sigue siendo el más maquinable de los dos materiales. Los aceros también son más pesados ​​y tienen una mayor dureza que el aluminio, lo que puede o no ser deseable según la aplicación.

Si la resistencia a la temperatura es una consideración clave y el peso no lo es, el acero puede ser una alternativa ideal al aluminio.

Titanio

Mejor que el aluminio para:

• Relación fuerza-peso

Peor que el aluminio para:

• Coste

El titanio se puede usar como un reemplazo similar del aluminio, ya que su principal ventaja es una excepcional relación resistencia-peso, también uno de los principales beneficios del aluminio. El titanio tiene un peso similar al aluminio pero es casi el doble de fuerte. Al igual que el aluminio, también es muy resistente a la corrosión.

Estas ventajas se reflejan en el precio más alto del titanio. Aunque el material es una opción excelente para piezas como componentes de aeronaves y dispositivos médicos, su costo puede ser prohibitivo.

El titanio es una alternativa adecuada al aluminio cuando la ligereza es una preocupación principal y, lo que es más importante, cuando el presupuesto de fabricación tiene cierta flexibilidad.

Magnesio

Mejor que el aluminio para:

• Maquinabilidad
• Peso

Peor que el aluminio para:

• Seguridad en el mecanizado
• Resistencia a la corrosión

Aunque no es el material de mecanizado más común, el magnesio metálico liviano ofrece muchos de los beneficios de las aleaciones de aluminio comunes. De hecho, el magnesio es uno de los metales más mecanizables que existen, lo que hace que el proceso de mecanizado sea rápido y eficiente.

¿Un inconveniente potencial para los talleres mecánicos? Las virutas de magnesio son extremadamente inflamables y se agravan aún más con el agua, lo que significa que los maquinistas deben tener cuidado al retirar los escombros.

Latón

Mejor que el aluminio para:

• Algunas aplicaciones estéticas

Peor que el aluminio para:

• Coste

Un metal con una apariencia dorada, el latón es un metal altamente maquinable disponible a un precio ligeramente más alto que el aluminio. Se ve comúnmente en piezas como válvulas y boquillas, así como en componentes estructurales, mientras que su alta maquinabilidad lo hace adecuado para pedidos de gran volumen.

Cobre

Mejor que el aluminio para:

• Conductividad eléctrica

Peor que el aluminio para:

• Maquinabilidad

El cobre comparte varias propiedades materiales con el aluminio. Sin embargo, la conductividad eléctrica superior del cobre puede hacerlo preferible para varias aplicaciones eléctricas. Si bien el cobre puro es difícil de mecanizar, muchas aleaciones de cobre ofrecen una maquinabilidad similar a los grados de aluminio populares.

Termoplásticos de ingeniería

POM (Delrin)

Mejor que el aluminio para:

• Aislamiento eléctrico
• Baja fricción

Peor que el aluminio para:

• Fuerza
• Resistencia al calor

Los proyectos de mecanizado CNC no tienen por qué limitarse a los metales. De hecho, varios termoplásticos de ingeniería pueden igualar o superar algunos de los beneficios del aluminio, según la aplicación.

Dado que el aluminio suele preferirse por su excelente maquinabilidad, una alternativa plástica viable es el POM (Delrin), que, como el aluminio, es muy adecuado para el proceso de maquinado. El POM tiene un punto de fusión bajo pero una resistencia impresionantemente alta para un plástico.

POM es un aislante eléctrico, por lo que es adecuado para piezas como cajas electrónicas. También es adecuado para piezas mecánicas. Sin embargo, dado su comportamiento aislante radicalmente diferente en comparación con el aluminio, solo debe usarse como un reemplazo similar en situaciones donde la conductividad térmica y eléctrica es de importancia insignificante.

PTFE (teflón)

Mejor que el aluminio para:

• Aislamiento eléctrico
• Muy baja fricción

Peor que el aluminio para:

• Fuerza

Al igual que el POM, el PTFE (teflón) es un termoplástico altamente maquinable que es un excelente aislante eléctrico. Sin embargo, a diferencia del POM, el PTFE también es resistente a altas temperaturas (hasta 260 °C), lo que lo convierte en una alternativa de aluminio viable para aplicaciones de alta temperatura.

La alta resistencia química del PTFE también lo convierte en un material de mecanizado popular para piezas que se utilizarán en la industria alimentaria.

VISUALIZAR

Mejor que el aluminio para:

• Uso médico

Peor que el aluminio para:

• Maquinabilidad
• Coste

Aunque PEEK es más difícil de mecanizar que los dos termoplásticos anteriores, su alta resistencia y estabilidad térmica (resistente a temperaturas de hasta 260 °C) lo convierten en una alternativa genuinamente similar al aluminio. La popularidad de PEEK para piezas como válvulas, cojinetes, bombas y boquillas atestigua sus habilidades similares al metal.

Un obstáculo es el precio. Como polímero de alto rendimiento, PEEK es uno de los termoplásticos mecanizables más caros, lo que lo hace adecuado solo para proyectos de mecanizado en los que materiales omnipresentes como el aluminio no se pueden utilizar.

ABS

Mejor que el aluminio para:

• Resistencia al choque térmico

Peor que el aluminio para:

• Fuerza

El ABS se usa comúnmente como material de moldeo por inyección y, en los últimos años, como filamento de impresión 3D. Pero aunque el ABS tiene muy poco en común con el aluminio, sigue siendo un material ligero y versátil para el mecanizado CNC, que ofrece una resistencia al impacto superior a la media.

Más

Otros plásticos mecanizables, la mayoría de los cuales son muy diferentes al aluminio, incluyen PC, ABS+PC, PP, PS, PMMA (acrílico), PAGF30, PCGF30, DHPE, HDPE y PPS.

Alternativas a grados de aluminio específicos

Solicitud	Aluminio	Alternativa
Generales	6061	Acero dulce 1018
Aeroespacial	7075	Acero inoxidable 303
Marina	5083	Acero inoxidable 304 Acero inoxidable 316
Construcción	5083	Acero dulce A36
Comida	6061	PTFE PC

Combinar el mecanizado CNC con otros procesos

Si el aluminio sigue siendo la elección de material preferida para un proyecto, existen formas de combinar el mecanizado CNC con otros procesos de fabricación para crear piezas de aluminio más complejas y de mayor rendimiento. Si lo hace, puede maximizar la funcionalidad del aluminio mientras obtiene los beneficios de múltiples procesos de producción.

Además de ser un proceso de fabricación todo en uno, el mecanizado CNC se puede utilizar para refinar o modificar piezas fabricadas con otra maquinaria. Los procesos de extrusión, fundición y forjado pueden complementarse con el proceso de mecanizado para fabricar mejores componentes de aluminio.

Extrusión de aluminio + mecanizado CNC

La extrusión es el proceso de forzar el material fundido a través de una abertura en un troquel, produciendo un componente alargado con un perfil continuo. Si bien la extrusión de aluminio es una forma efectiva de producir componentes funcionales con acabados superficiales de calidad y secciones transversales complejas, tiene un alcance limitado, ya que esas secciones transversales deben ser uniformes en toda la pieza.

A menos, por supuesto, que la pieza se modifique después de la extrusión. Debido a que la extrusión de aluminio tiende a involucrar grados de aluminio maleables, dúctiles y mecanizables como 6061 y 6063, las piezas extruidas se pueden mecanizar posteriormente y cortar de varias formas con un centro de mecanizado CNC.

La combinación de extrusión de aluminio y mecanizado CNC es una excelente manera de producir piezas resistentes con secciones transversales complejas y geometrías irregulares.

Fundición a presión + Mecanizado CNC

La fundición a presión es un proceso de fabricación en el que el metal fundido se fuerza en una cavidad de molde con alta presión. Por lo general, se usa cuando se fabrican piezas en grandes cantidades, ya que los troqueles de acero para herramientas necesarios son costosos de fabricar.

Junto con el acero, el magnesio y el zinc, el aluminio es uno de los metales más populares para la fundición a presión, y las piezas de aluminio fundido generalmente tienen un excelente acabado superficial y consistencia dimensional.

Estas ventajas se pueden combinar con las ventajas del mecanizado CNC. Mediante la fundición a presión de componentes de aluminio y luego la adición de cortes adicionales mediante un centro de mecanizado, es posible crear piezas con un acabado excepcional y geometrías más complejas que serían posibles utilizando cualquiera de los dos procesos por sí solos.

La fundición a presión por gravedad se puede utilizar en lugar de la fundición a presión si la reducción de costos es más importante que garantizar una alta precisión o crear paredes delgadas.

Fundición por inversión + mecanizado CNC

La fundición a la cera perdida es un proceso de fundición de metales que utiliza patrones de cera para crear piezas metálicas. Al igual que otros procesos de fundición, produce piezas con un excelente acabado superficial y alta precisión dimensional.

El proceso también produce ventajas únicas:se puede utilizar para crear piezas más complejas de lo que sería posible con la fundición a presión, y las piezas emergen sin líneas de separación.

Las aleaciones de aluminio son un material común utilizado para la fundición de inversión, y las piezas de aluminio fundido se pueden mecanizar posteriormente para refinarlas.

Forja + Mecanizado CNC

Muchas aleaciones de aluminio mecanizables también son adecuadas para el antiguo proceso de forjado, que consiste en dar forma al metal a través de la fuerza de compresión. (Esto a menudo implica golpear el metal con un martillo).

El aluminio 6061, por ejemplo, es adecuado para la forja en caliente con un troquel cerrado, un proceso comúnmente utilizado para producir componentes automotrices e industriales.

Las piezas forjadas de aluminio se pueden postmecanizar con un centro de mecanizado CNC. Esto puede ser beneficioso en comparación con el mecanizado solo, ya que las piezas forjadas son generalmente más resistentes que los equivalentes completamente fundidos o completamente mecanizados. Sin embargo, el mecanizado posterior permite la creación de geometrías más complejas sin comprometer por completo la integridad de la pieza.

Para obtener más información sobre el mecanizado CNC con aluminio y otros materiales, contactar con 3ERP .