¿Qué es la 'maquinabilidad' y cómo se mide?

El proceso de fabricación de mecanizado es un medio versátil y efectivo para cortar metal y plástico. Puede crear detalles muy finos con tolerancias estrictas y es muy rentable para fabricar prototipos y lotes pequeños de piezas.

Sin embargo, el mecanizado no funciona igual de bien para todos los materiales. Porque el proceso utiliza una potente herramienta de corte giratoria para eliminar secciones del material, el material debe ser lo suficientemente blando para permitir que la herramienta de corte lo penetre; de ​​lo contrario, la herramienta misma se dañará y la calidad de la pieza se verá afectada. Sin embargo, si es demasiado suave, el material se deformará de forma indeseable al entrar en contacto con la herramienta de corte, lo que provocará piezas deformadas e ineficaces.

La facilidad con la que se puede cortar un metal con una herramienta de corte se conoce como maquinabilidad. . Pero dado que hay muchos factores que determinan la maquinabilidad de un metal, la característica es difícil de cuantificar. Este artículo repasa los conceptos básicos de la maquinabilidad:qué es, qué materiales son más maquinables, cómo se puede aumentar la maquinabilidad y cómo se mide la maquinabilidad.

¿Qué es la maquinabilidad?

La maquinabilidad es una medida de la facilidad o dificultad con el que se puede cortar un material con una herramienta de corte . Un material que se puede cortar con una potencia mínima, sin causar deformación de las áreas circundantes, es más mecanizable que uno que requiere más esfuerzo y causa más deformación.

En la práctica, el uso de materiales con buena maquinabilidad proporciona beneficios a corto y largo plazo . A corto plazo, el uso de materiales mecanizables puede conducir a mejores piezas con tolerancias estrechas, deformación mínima y un buen acabado superficial. También se pueden fabricar más rápidamente que las piezas fabricadas con materiales difíciles de mecanizar. A largo plazo, el uso de materiales mecanizables conduce a un menor desgaste de la herramienta y a una vida útil más prolongada , en última instancia, ahorrando dinero para los talleres mecánicos.

Entonces, ¿por qué los maquinistas no usan solo los materiales más mecanizables? El problema es que la maquinabilidad a menudo se produce a expensas del rendimiento del material. , y viceversa. Por lo general, los materiales fuertes son más difíciles de cortar que los materiales débiles, por lo que los ingenieros a menudo necesitan hacer un balance entre la maquinabilidad y el rendimiento.

La maquinabilidad de un material dado depende tanto de las propiedades físicas científicas del grupo material (de qué elementos se compone) y la condición del material de trabajo específico (cómo se ha hecho). Las propiedades físicas de un material son fijas, pero la condición de una pieza de trabajo puede variar mucho.

Las propiedades físicas incluyen:

• Endurecimiento por trabajo
• Expansión térmica
• Conductividad térmica
• Módulo de elasticidad

Los factores de condición incluyen:

• Microestructura
• Tamaño de grano
• Tratamiento térmico
• Dureza
• Resistencia a la tracción

Materiales mecanizables

Aluminio

Uno de los materiales más adecuados para el mecanizado, el aluminio es relativamente económico y se fabrica en varias aleaciones comunes. 6061 es el grado de trabajo estándar para el mecanizado, aunque las aleaciones menos comunes como el aluminio 2011 y 8280 son aún más mecanizables, producen virutas muy pequeñas y un excelente acabado superficial.

Acero

Los aceros suelen ser más difíciles de mecanizar que las aleaciones de aluminio, pero los grados con un contenido de carbono moderado como 303 el acero inoxidable son los más mecanizables (demasiado carbono hace que el acero sea demasiado duro; demasiado poco y se vuelve gomoso). El uso de plomo como aditivo puede hacer que el acero sea más maquinable, lo que mejora la eliminación de virutas. El azufre también puede aumentar la maquinabilidad del acero.

Otros metales

Otros metales mecanizables incluyen varios latón aleaciones, que son bastante blandas pero tienen buena resistencia a la tracción. Del mismo modo, cobre tiene un buen nivel de maquinabilidad junto con características como la conductividad eléctrica.

Plásticos

Los termoplásticos pueden ser difíciles de mecanizar, ya que el calor generado por la herramienta de corte puede hacer que el plástico se derrita y se adhiera a la herramienta. Con eso en mente, algunos de los mejores plásticos para mecanizar incluyen ABS , nylón , acrílico y Delrin .

Mejora de la maquinabilidad de los materiales

Aunque los metales tienen propiedades físicas fijas, la condición de una pieza de trabajo puede alterarse para hacerla más mecanizable. También se pueden introducir aditivos en las aleaciones para mejorar la maquinabilidad.

• Aditivos: Una forma de mejorar la maquinabilidad de un material determinado es incorporar elementos de otros materiales que lo hagan más apto para el corte. Al mecanizar acero, por ejemplo, la adición de plomo y azufre puede hacer que la pieza de trabajo sea más fácil de cortar.
• Tratamiento térmico: Los metales a menudo se someten a calentamiento y enfriamiento para alterar sus propiedades, y el tratamiento térmico puede reducir la dureza de un metal para que sea más fácil de mecanizar. El recocido de aleaciones a base de níquel, por ejemplo, puede mejorar la maquinabilidad.
• Factores externos :El mecanizado se puede hacer más fácil sin cambiar realmente el material de la pieza de trabajo. Por ejemplo, ajustar el material de la herramienta de corte, la velocidad de corte, el ángulo de corte, las condiciones de operación y otros parámetros puede facilitar el corte de un material difícil de mecanizar.

Cómo se mide la maquinabilidad

Porque tantos factores diferentes afectan la maquinabilidad de un material, la maquinabilidad puede considerarse un concepto vago y difícil de cuantificar.

Sin embargo, los ingenieros y científicos de materiales han intentado medir la maquinabilidad a través de métricas como consumo de energía (cuánta energía se requiere para cortar el material), vida útil de la herramienta de corte (la rapidez con la que se desgasta la herramienta al cortar el material), y acabado superficial (lisura resultante del material cortado).

• Consumo de energía :La maquinabilidad se puede evaluar por las fuerzas necesarias para cortar el material, medido utilizando métricas de energía estándar.
• Vida útil de la herramienta de corte :La maquinabilidad se puede evaluar cronometrando la duración de una herramienta cuando corta un material determinado.
• Acabado de superficie :La maquinabilidad se puede evaluar observando el grado de acumulación del filo producido durante el maquinado; los materiales altamente mecanizables no producen un borde de acumulación.

Desafortunadamente, ninguno de estos métodos es completamente confiable, ya que factores independientes pueden afectar el consumo de energía, el desgaste de la herramienta de corte y el acabado de la superficie.

El American Iron and Steel Institute (AISI) también ha creado un sistema de calificación de maquinabilidad basado en pruebas de torneado. Estas clasificaciones, expresadas como porcentaje, son relativas a la maquinabilidad del acero 160 Brinell B1112 (seleccionado arbitrariamente), que tiene una maquinabilidad del 100 %. Los metales con un nivel de maquinabilidad superior al B1112 tienen una calificación superior al 100 %, mientras que aquellos con peor maquinabilidad tienen una calificación inferior al 100 %.