Cómo Elegir los Mejores Materiales para Mecanizado CNC para un Rendimiento Óptimo

El mecanizado CNC es un proceso de alta precisión compatible con muchos materiales. Los materiales correctos para mecanizado CNC juegan un papel enorme en la eficiencia del proceso y la calidad y función de una pieza mecanizada. Sin embargo, elegir el correcto de la multitud puede ser desafiante.

Este artículo explica cómo seleccionar el material CNC apropiado para tu proyecto.

Guía de 3 Pasos para Selección de Materiales de Mecanizado CNC

Antes de profundizar, a continuación una breve introducción a la guía de 3 pasos que la mayoría de mecanizadores CNC usan para seleccionar un material. Ten en cuenta que esto es una introducción, ya que cada paso se explicará completamente en secciones posteriores.

· Paso 1: Priorizar los Requisitos de tu Pieza

Los requisitos de la pieza son la parte central del mecanizado CNC y establecen la plantilla para el tipo de material que puedes usar. Requisitos comunes incluyen la aplicación de la pieza, es decir, el entorno donde se usará, propiedades presuntas como ligereza, resistencia a la tracción, y tu presupuesto.

· Paso 2: Identificar Materiales Potenciales

Priorizar materiales basándose en los requisitos anteriores te llevará a identificar algunos que pueden cumplir todos o la mayoría. Haz una lista de estos materiales.

· Paso 3: Elegir el Material Más Adecuado

Elige el más adecuado haciendo un compromiso entre los requisitos. Por ejemplo, puedes elegir coste sobre rendimiento mecánico si tu presupuesto no alcanza.

Paso 1: Considerar Requisitos de tu Pieza al Elegir Materiales CNC

A continuación, un estudio intensivo de requisitos de piezas aplicables a cualquier proyecto de mecanizado CNC.

· Aplicaciones de la Pieza

Asegura que el material CNC que uses sea compatible con la aplicación o entorno previstos. Por ejemplo, comparemos acero inoxidable y acero al carbono para piezas estructurales en ambiente marino. Ambos son mecanizables. Sin embargo, el acero inoxidable será más adecuado por ser resistente a la corrosión. En un ambiente seco normal, el acero al carbono sería más adecuado ya que es más fuerte y duradero.

· Peso de la Pieza

Asegura que los materiales considerados tengan el peso correcto según su aplicación. Más grande no significa mejor. Por ejemplo, el aluminio y otros materiales de baja densidad atraen fuertemente a industrias automotriz y aeroespacial por su ligereza y resistencia.

· Propiedades de la Pieza

Los materiales CNC correctos tendrán las propiedades necesarias que ayuden al mecanizado efectivo sin pérdida de función. Por tanto, debes considerar las propiedades de la pieza que puedes considerar.

Maquinabilidad

La maquinabilidad muestra qué tan compatible es un material con el proceso CNC. El material correcto debe ser altamente mecanizable, aumentando eficiencia de producción y reduciendo piezas destruidas. Metales blandos como aluminio, cobre, latón y plásticos son altamente mecanizables.

Metales duros y plásticos tenaces como fibra de carbono o metal tienen baja maquinabilidad. Esto resultará en baja productividad y eficiencia por la necesidad de controlar la velocidad de corte y avances de la máquina CNC. También pueden dañar piezas o requerir herramientas especiales, como en el caso del titanio.

Resistencia

Hay diferentes medidas de resistencia de metal y plástico, y debes considerar lo siguiente al buscar el material perfecto:

• Resistencia a la tracción: Resistencia del material a fuerza de tracción
• Compresión o carga: Resistencia a carga constante
• Tenacidad: Capacidad de resistir desgarro
• Elasticidad: Capacidad de volver a forma original tras remover carga

Conoce el límite de resistencia tolerable de las piezas que quieres hacer, luego elige un material que resuene con tales límites. Además, puedes ir online para info técnica completa sobre resistencia de diferentes materiales o hablar con nuestro personal.

Resistencia al Calor

La resistencia al calor muestra la capacidad del material para resistir cambio en propiedades mecánicas por cambio de temperatura. Asegura que los materiales elegidos no se expandan o contraigan irregularmente ante cambios de temperatura.

Resistencia a la Corrosión

Es la capacidad de resistir sustancias extrañas que pueden causar fallo de pieza. Tales sustancias no se limitan al agua. Otros ejemplos incluyen aceite, grasa, y reactivos químicos como ácidos, sales y alcohol. Por tanto, asegura revisar la ficha técnica del material para verificar su capacidad para resistir exposición química.

Dureza

La dureza muestra su capacidad para soportar cargas puntuales en superficie y determina qué materiales puede cortar una máquina CNC. Materiales duros no son adecuados para mecanizado CNC ya que pueden destruir componentes de la máquina. También necesitan procedimientos de corte especiales. Por ejemplo, titanio necesita herramienta de corte de diamante.

Límite de Resistencia a la Fatiga

Es la capacidad global del material para absorber esfuerzo. Por ejemplo, el aluminio no tiene límite de fatiga debido a su microestructura. Sin embargo, sus aleaciones deberían tener límite de 1/3 de la resistencia a la tracción.

· Tolerancia Dimensional

La tolerancia dimensional es el límite permisible en la variación de piezas para funcionamiento efectivo. Para mayor tolerancia dimensional, necesitas materiales altamente mecanizables.

Piezas hechas con tolerancia ajustada son más fáciles de ensamblar. Por tanto, son altamente adecuadas para automoción y aeronáutica.

Además, cada máquina CNC tiene su nivel de tolerancia basado en el fabricante. Sin embargo, la tolerancia promedio es 0,02 mm. Si no estás seguro, puedes ver nuestro artículo sobre tolerancia estándar para mecanizado CNC.

· Apariencia Física

La estética no está al frente de requisitos al seleccionar material CNC. Sin embargo, podrías necesitar considerarla para ciertos productos, especialmente de consumo.

La apariencia puede ser en términos de suavidad y color de la pieza final. Los metales suelen tener acabado suave, aunque tienen gama limitada de color. Los plásticos vienen en diferentes colores.

· Presupuesto del Proyecto

El coste del material es parte importante de la selección porque el mecanizado CNC es un proceso sustractivo, es decir, la máquina quita material de la pieza para hacer el producto final. Por tanto, el presupuesto es factor principal en selección. Asegura elegir material con propiedades deseadas dentro del rango de gasto.

Paso 2: Identificar Materiales Candidatos para Mecanizado CNC

Usando los requisitos de piezas resaltados, deberías poder hacer una lista de materiales compatibles. Tres tipos son adecuados para mecanizado CNC: metales, plásticos y otros. Esta sección discute los tres, sus propiedades y aplicaciones.

· Materiales Metálicos para Mecanizado CNC

Los metales son materiales comunes de fresado CNC con propiedades únicas. Hay una amplia gama compatible. A continuación, opciones conocidas, propiedades y aplicaciones:

– Aluminio

Las aleaciones de aluminio generalmente tienen buena relación resistencia-peso, conductividad térmica y eléctrica, y resistencia a la corrosión. Sin embargo, el nivel de estas propiedades depende del tipo de aleación de aluminio. Por ejemplo, la comparación 6061 vs. 7075 muestra que el 6061 tiene menor resistencia a la corrosión. Hay otras comparaciones mostrando la diversidad en propiedades.

Las aleaciones de aluminio son aplicables en automoción y aeronáutica para fabricar piezas como bastidores y equipos recreativos de alto rendimiento.

– Latón

El latón es aleación de zinc y cobre. A diferencia del bronce y cobre, es un material rentable con bajo coeficiente de fricción, alta resistencia química y baja resistencia. Es altamente mecanizable por su blandura. Como resultado, el latón es aplicable en piezas para industria médica (herramientas quirúrgicas), ingeniería e industria musical (cuerdas).

– Acero Inoxidable

Las aleaciones de acero inoxidable son resistentes a corrosión, distorsión y desgaste. La mayoría de aleaciones de acero inoxidable pueden tratarse térmicamente excepto el 303 usado para tuercas, tornillos, ejes y engranajes. Otra aleación común es el 304, conocido por alta maquinabilidad, resistencia a corrosión y soldabilidad.

El acero inoxidable es generalmente aplicable en industria médica para herramientas quirúrgicas e industrias automotriz y aeronáutica.

– Acero

Las aleaciones de acero tienen alta conformabilidad, soldabilidad y maquinabilidad. Sin embargo, el grado depende de la aleación. El acero es adecuado para fabricar materiales que requieren soldaduras fuertes, como engranajes y ejes.

– Titanio

El titanio tiene alta resistencia, tenacidad, biocompatibilidad y resistencia a corrosión. Se compara a menudo con Aluminio. Sin embargo, a diferencia de aleaciones de aluminio, es caro y tiene baja maquinabilidad (requiere cortadores especiales). También tiene baja soldabilidad, haciendo que muchos prefieran acero al comparar titanio con acero.

El titanio es material importante en prototipado rápido de piezas para aeroespacial, militar y dispositivos médicos.

– Cobre

El cobre tiene alta conductividad eléctrica y resistencia a corrosión, y conductividad térmica. Sin embargo, tiene baja resistencia a químicos como ácidos, halógenos, sulfuros y soluciones de amoníaco.

El cobre es aplicable en industria eléctrica para piezas conductoras e industria automotriz para sistemas de enfriamiento e intercambiadores de calor.

· Materiales Plásticos para Mecanizado CNC

Los polímeros plásticos son también materiales comunes para mecanizado CNC y son conocidos por su versatilidad y propiedades estéticas. A continuación, opciones conocidas, propiedades y aplicaciones.

– ABS

El ABS es un termoplástico con alta resistencia al impacto, baja conductividad eléctrica y alta resistencia química. Es más común en moldeo por inyección, aunque es altamente aplicable en mecanizado CNC por su versatilidad.

El ABS es aplicable en componentes automotrices, juguetes y artículos deportivos. Sin embargo, a diferencia de otros plásticos, es menos costoso y no soporta altas temperaturas por mucho tiempo.

– Nylon

El Nylon es un polímero poliamida con alta maquinabilidad, resistencia moderada a llama y alta resistencia. Es adecuado para fabricar aislantes, cojinetes, ruedas y carcasas de electrónica de consumo.

– Acrílico

PMMA es un material rígido, transparente, resistente a arañazos e impactos usado como sustituto de vidrio. El acrílico para CNC es aplicable en pantallas, lentes, recintos transparentes y almacenamiento de alimentos (por su falta de Bisfenol-A). Sin embargo, es susceptible a deformación por calor.

– PEEK

PEEK es un polímero semicristalino con excelente maquinabilidad, estabilidad dimensional superior, resistencia química y adecuada resistencia al impacto. Es aplicable en piezas como zócalos de prueba, interruptores y conectores.

– PVC

El PVC es químicamente resistente y más asequible que la mayoría de materiales de fresado CNC. Es aplicable en industria de vivienda para tuberías de agua y gas.

· Otros Materiales para Mecanizado CNC

Aunque metales y plásticos son los más populares, hay otros compatibles. A continuación, algunos que pueden ser adecuados para tu proyecto.

– Cerámicas

La cerámica es conocida por ser frágil, resistente al calor y a la corrosión. Por tanto, necesita mecanizado cuidadoso.

Como resultado de sus propiedades, es importante para fabricar componentes con resistencia al calor, ej. componentes de motores de transbordadores espaciales, blindaje de tanques y superconductores.

– Madera

La madera (maciza y contrachapado) tiene alta estética y resistencia al desgaste. El contrachapado tiene más estabilidad dimensional. Por tanto, es adecuado para productos que requieren alto nivel de tolerancia. Ambos materiales son caros y pueden requerir herramientas de corte especializadas.

– Espumas

Las espumas son materiales baratos, ligeros y fácilmente mecanizables adecuados como materiales de prueba en mecanizado CNC. Hay dos tipos: rígidas y de tallado.

Las espumas rígidas tienen mayor valor de aislamiento (funcionan entre -100° y 200° F). Como resultado, son adecuadas para piezas usadas en suelos y paredes. También para productos que necesitan resistir humedad.

La espuma de tallado tiene mayor flexibilidad. Por tanto, son aplicables en productos como juntas y sellos.

– Compuestos

Los compuestos son materiales sintéticos hechos de carbono, vidrio, etc., unidos por resina termofija o termoplástica. Debido a su composición, tienen menor maquinabilidad. Como resultado, son difíciles de mecanizar y a menudo requieren herramientas de diamante y máquinas CNC de 5 ejes. Son aplicables en automoción, aeroespacial y generación de energía.

Paso 3: Seleccionando los Mejores Materiales para Mecanizado CNC

Elegir el mejor material depende del producto que imaginas y sus aplicaciones. Como hay muchos materiales, deberías poder listar los adecuados. A continuación, algunas cosas a considerar para seleccionar el mejor.

· Considerar Materiales No Metálicos

Los metales no son siempre la mejor opción. Algunos no metálicos tienen propiedades como metales. Por ejemplo, el policarbonato es un plástico muy fuerte comparado a metales. También es ligero, duradero y moldeable. Por tanto, úsalos si tu proyecto iría mejor con material CNC no metálico.

· Considerar Fenólicos

Los fenólicos son duros, dimensionalmente estables, resistentes eléctricamente, al calor y químicos. Siendo así, son grandes opciones para adherir a regulaciones específicas en tus proyectos.

· Conocer los Diferentes Propósitos de las Espumas

Las espumas son muy importantes en mecanizado por su ligereza, durabilidad y rigidez. Como resultado, podrían ser el material de prueba correcto, especialmente si trabajas con materiales caros. La espuma rígida es adecuada para piezas que necesitan alta integridad estructural y estabilidad mientras la de tallado es para piezas que requieren alto aislamiento y prototipos para moldes.

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Preguntas Frecuentes

El aluminio 6061-T6 es una aleación popular considerada grado estándar para mecanizado CNC. Es altamente mecanizable, ligero, resistente a corrosión y versátil. Es aplicable en automoción y aeronáutica.

Una máquina CNC puede cortar metales blandos como aluminio y acero inoxidable, plásticos como ABS, PEEK y PVC, y otros como espumas y cerámicas.

Ambos tienen propiedades aplicables en diferentes escenarios. Los metales son caros con buenas propiedades funcionales. Para estética, los plásticos son mejor. Esto no significa que metales no tengan propiedades estéticas. Puedes hacerlos lucir bien con acabados superficiales. Además, muchos plásticos pueden reemplazar metales en propiedades funcionales.