Entendiendo la Maquinabilidad: Definición, Importancia y Técnicas de Medición

El proceso de fabricación de mecanizado es un medio versátil y eficaz para cortar metal y plástico. Permite crear detalles muy finos con tolerancias ajustadas, y es altamente rentable para prototipos y pequeñas series.

Sin embargo, el mecanizado no funciona igual de bien para todos los materiales. Al usar una herramienta de corte rotativa potente para remover material, este debe ser lo bastante blando para que la herramienta lo penetre —de lo contrario la herramienta se daña y la calidad de la pieza sufre—. Demasiado blando, y el material se deformará de forma indeseable al contacto con la herramienta, resultando en piezas deformadas e ineficaces.

La facilidad con que un metal puede cortarse con una herramienta de corte se conoce como maquinabilidad. Pero dado que muchos factores determinan la maquinabilidad de un metal, la característica es difícil de cuantificar. Este artículo cubre los fundamentos: qué es, qué materiales son más maquinables, cómo aumentarla y cómo se mide.

¿Qué es la maquinabilidad?

La maquinabilidad mide la facilidad o dificultad con que un material puede cortarse con una herramienta de corte. Un material que se corta con poca potencia, sin deformar zonas circundantes, es más maquinable que uno que requiere más esfuerzo y causa más deformación.

En la práctica, usar materiales con buena maquinabilidad aporta beneficios a corto y largo plazo. A corto plazo, permite mejores piezas con tolerancias ajustadas, mínima deformación y buen acabado superficial, y se fabrican más rápido que piezas de materiales difíciles. A largo plazo, reduce el desgaste de herramienta y alarga su vida útil, ahorrando dinero a los talleres.

¿Por qué no usan los maquinistas solo los materiales más maquinables? El problema es que la maquinabilidad suele ir en detrimento del rendimiento del material, y viceversa. Los materiales resistentes suelen ser más duros de cortar que los débiles, por lo que los ingenieros a menudo deben elegir entre maquinabilidad y rendimiento.

La maquinabilidad de un material depende tanto de sus propiedades físicas científicas (composición elemental) como de la condición del material de trabajo específico (cómo se ha fabricado). Las propiedades físicas son fijas, pero la condición de una pieza puede variar mucho.

Propiedades físicas incluyen:

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

Factores de condición incluyen:

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

Materiales maquinables

Aluminio

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

Acero

Los aceros suelen ser más difíciles de mecanizar que aleaciones de aluminio, pero grados con contenido moderado de carbono como 303 acero inoxidable son los más maquinables (demasiado carbono vuelve el acero muy duro; demasiado poco lo hace gomoso). Usar plomo como aditivo mejora la maquinabilidad del acero, mejorando la evacuación de viruta. El azufre también puede aumentarla.

Otros metales

Otros metales maquinables incluyen varias aleaciones de latón, bastante blandas pero con buena resistencia a tracción. Igualmente, el cobre tiene buena maquinabilidad junto con características como conductividad eléctrica.

Plásticos

Los termoplásticos pueden ser difíciles de mecanizar, ya que el calor generado por la herramienta puede fundir el plástico y hacerlo adherir a la herramienta. Teniendo esto en cuenta, algunos de los mejores plásticos para mecanizar son ABS, nylon, acrílico y Delrin.

Mejorando la maquinabilidad de los materiales

Aunque los metales tienen propiedades físicas fijas, la condición de una pieza puede alterarse para hacerla más maquinable. También pueden introducirse aditivos en aleaciones para mejorarla.

• Aditivos: Una forma de mejorar la maquinabilidad es incorporar elementos de otros materiales que la hagan más amenable al corte. Al mecanizar acero, por ejemplo, añadir plomo y azufre facilita el corte.
• Tratamiento térmico: Los metales suelen someterse a calentamiento y enfriamiento para alterar sus propiedades, y el tratamiento térmico puede reducir la dureza para facilitar el mecanizado. El recocido de aleaciones base níquel, por ejemplo, puede mejorar la maquinabilidad.
• Factores externos: El mecanizado puede facilitarse sin cambiar el material de la pieza. Por ejemplo, ajustar el material de la herramienta, velocidad de corte, ángulo de corte, condiciones de operación y otros parámetros puede facilitar el corte de materiales difíciles.

Cómo se mide la maquinabilidad

Dado que muchos factores afectan la maquinabilidad de un material, puede considerarse un concepto vago difícil de cuantificar.

Sin embargo, ingenieros y científicos de materiales han intentado medirla mediante métricas como consumo de potencia (energía requerida para cortar el material), vida de la herramienta de corte (qué tan rápido se desgasta la herramienta al cortar el material) y acabado superficial (suavidad resultante del material cortado).

• Consumo de potencia: La maquinabilidad puede evaluarse por las fuerzas necesarias para cortar el material, medidas con métricas energéticas estándar.
• Vida de la herramienta de corte: Puede evaluarse cronometrando cuánto dura una herramienta al cortar un material dado.
• Acabado superficial: Puede evaluarse observando el grado de arista de acumulación producido durante el mecanizado; materiales altamente maquinables no producen arista de acumulación.

Desafortunadamente, ninguno de estos métodos es totalmente fiable, ya que factores independientes pueden afectar consumo de potencia, desgaste de herramienta y acabado superficial.

El Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) también creó un sistema de calificación de maquinabilidad basado en pruebas de torneado. Estas calificaciones, expresadas en porcentaje, son relativas a la maquinabilidad del acero 160 Brinell B1112 (elegido arbitrariamente), que tiene una calificación del 100 %. Metales con mayor maquinabilidad que B1112 tienen calificación superior al 100 %, mientras que los de peor maquinabilidad tienen calificación inferior.