Guía experta para la selección de materiales en mecanizado CNC

En los últimos años, con el desarrollo del mecanizado CNC, las piezas de máquinas herramienta CNC también han continuado evolucionando. El mecanizado CNC se ha convertido en una necesidad en muchas disciplinas, y estas disciplinas necesitan fabricar piezas especiales para sus proyectos. Los materiales para CNC se han expandido para satisfacer las necesidades de consumidores, ingenieros, contratistas y otros campos, creando soluciones para aplicaciones muy específicas. La clave para obtener el mejor producto terminado es elegir el material adecuado.

Factores a considerar en la selección de materiales

¿Cómo se utilizarán las piezas?

Dado que el mecanizado CNC se ha desarrollado durante muchos años, también lo han hecho los componentes de máquinas herramienta CNC. Tipos similares de materiales pueden utilizarse en múltiples productos y dar lugar a diversas funciones. ¿Las piezas se usan en equipos médicos, automóviles, aeroespacial, maquinaria o fabricación industrial?

Tomando el aislamiento como ejemplo, el material utilizado para aislar un analizador de aliento puede ser diferente del material utilizado para proporcionar aislamiento en una cámara. Ambos cumplen el mismo propósito, pero no pueden utilizarse de la misma manera ni dar el mismo tipo de resultado. Si utiliza las piezas en exteriores o en un ambiente húmedo, use acero inoxidable en lugar de acero al carbono para evitar que las piezas se oxiden.

Carga de esfuerzo

Las altas cargas de esfuerzo pueden causar que algunos materiales se deformen o incluso se agrieten. Al elegir el material de la pieza, asegúrese de tener en cuenta la carga de esfuerzo. Las piezas sujetas a alto esfuerzo deben procesarse con componentes que resistan la carga de esfuerzo y prevengan la deformación. Si su pieza estará sometida a alto esfuerzo, el material del que está hecha requerirá los elementos necesarios para resistir la carga y prevenir la deformación.

Tolerancia dimensional

Nunca subestime la importancia de las tolerancias dimensionales. No solo juegan un papel en la selección del material; también afectan a las piezas y ensamblajes, métodos de corte, y el uso de herramientas y máquinas. La tolerancia dimensional afectará el efecto de todo el proceso y el resultado final.

Debe conocer las tolerancias requeridas de la pieza. Si está utilizando un diseño de pieza antiguo o un boceto y desea seguir los métodos anteriores, lo mejor es verificar nuevamente si las tolerancias son apropiadas. Los errores tipográficos pueden aparecer fácilmente en el documento. Incluso si la información es correcta, si se pueden hacer ajustes para relajar las tolerancias y aún permitir que la pieza funcione de la mejor manera, puede ahorrar dinero re-evaluando las tolerancias. Las tolerancias ajustadas suelen ser más costosas.

Las tolerancias dimensionales estándar se usan por defecto, pero si no especifica la tolerancia o encuentra que el número es incorrecto, eventualmente pedirá piezas inapropiadas. Lleva más tiempo redimensionar y/o volver a pedir, y a la larga, este simple paso inicial puede ayudarle a ahorrar dinero.

Si no está seguro de las tolerancias exactas de las piezas que necesita, no haga conjeturas, sino deje que una empresa profesional de mecanizado CNC le ayude a resolverlo.

Temperatura de funcionamiento

Al seleccionar un material, el punto de fusión del material debe ser inferior a la temperatura de trabajo del proceso. Además, debe considerarse si hay fluctuaciones en la temperatura de funcionamiento, y el material debe soportar la temperatura sin deformarse, hincharse o romperse con el tiempo.

Aunque algunos materiales más duraderos están fabricados para resistir estos cambios, muchos materiales mostrarán signos de deformación, hinchazón y/o agrietamiento con el tiempo. Las temperaturas extremas también pueden afectar negativamente la durabilidad de ciertos materiales.

Cuando está mecanizando materiales CNC, también es importante entender esta información, para poder asegurar que la temperatura generada por el corte y conformado de la pieza no la deformará. Establecer una conexión entre la temperatura de funcionamiento y los materiales utilizados es fundamental para un diseño y producción exitosos.

Peso y capacidad de esfuerzo

El peso del material procesado depende de cómo se use la pieza.
Los materiales pesados pueden absorber mucha presión. Para proyectos que requieren capacidad de carga excesiva y altas cargas de esfuerzo, se deben considerar materiales pesados. Pero no son adecuados para artículos sensibles al peso.

Los materiales ligeros son populares en proyectos sensibles al peso. Son duraderos, se pueden usar y pueden absorber mucho esfuerzo, pero son más caros. Los materiales ligeros son ideales para muchos productos, pero si el costo es un factor importante, entonces pueden no ser la mejor opción.

Elegir entre materiales pesados y ligeros es solo un ejemplo de qué características son las más importantes para las piezas de mecanizado CNC. De esta manera, puede especificar los elementos que son críticos para su pieza para que funcione correctamente, excluir materiales que no cumplan con estos estándares y luego comparar costos.

Costo general y fabricabilidad del material

Los materiales más costosos suelen ser materiales de alta resistencia y ligeros. Al elegir materiales de procesamiento, muchos factores ayudarán a tomar la decisión. Para encontrar el material más compatible, priorice las características que son más importantes para la pieza terminada. Elija materiales que cumplan con la curva de resistencia, límites de temperatura y requisitos de ensamblaje. Elimine materiales que no cumplan con estos requisitos, compare costos de materiales y luego elija.

Generalmente, cuanto más material se use en la pieza, mayor será el costo. Del mismo modo, los materiales especiales y extremadamente resistentes (como el titanio) también costarán más.

Buscar una empresa que ofrezca cotización gratuita y sin cantidad mínima de pedido le ayudará a reducir costos. Una vez que se reducen todos los alcances, se pueden usar materiales más rentables para satisfacer la mayoría de sus necesidades.

Directrices para la selección de materiales

SANS puede procesar cientos de metales, aleaciones y materiales plásticos, así como otros materiales personalizados bajo pedido. A continuación, discutiremos los materiales más populares y sus propiedades.

Metales

Uno de los tipos de materiales más comunes en el fresado CNC es el metal, y también hay una amplia gama de opciones. Veamos una visión general de las opciones más conocidas y las aplicaciones más adecuadas para cada metal. Dependiendo del tamaño y la geometría de la pieza, el costo del material puede representar una gran parte del precio total de la pieza.

Aluminio

El aluminio es probablemente el material más utilizado para el fresado CNC y es una excelente opción para piezas mecánicas y exteriores. Comparado con otros metales, el aluminio generalmente puede procesarse más rápido que otros metales, lo que lo convierte en el método más económico. Las piezas hechas de aluminio forman una capa protectora cuando se exponen al entorno, resultando en resistencia adicional y resistencia a la corrosión. Dadas estas características de material de alta calidad, el aluminio fresado CNC es muy adecuado para su uso en las industrias automotriz, aeroespacial, sanitaria y de electrónica de consumo. Aplicaciones específicas incluyen accesorios de aviones, cajas electrónicas, equipos médicos, engranajes y ejes.

Aluminio 6061

Es la aleación de aluminio de uso general más comúnmente utilizada, con buena relación resistencia-peso y excelente maquinabilidad. Este es el grado de aluminio de uso general más común, generalmente usado para piezas de auto, cuadros de bicicletas, artículos deportivos, marcos RC, etc.

Los principales elementos de aleación son magnesio, silicio y hierro. Similar a otras aleaciones de aluminio, tiene una buena relación resistencia-peso y es naturalmente resistente a la corrosión atmosférica. Una de las desventajas del 6061 es su mala resistencia a la corrosión cuando se expone a agua salada u otros químicos. En aplicaciones más exigentes, no es tan fuerte como otras aleaciones de aluminio.

La composición y propiedades del material del aluminio 6082 son similares al 6061. En Europa, se usa más comúnmente porque cumple con los estándares británicos.

Aluminio 7075

El 7075 es un producto de alta gama del aluminio. Está aleado principalmente con zinc. Es una de las aleaciones de aluminio más fuertes. Es una opción ideal para equipos de entretenimiento de alta resistencia y marcos automotrices y aeroespaciales. Porque para el acero, el aluminio 7075 tiene excelentes propiedades de fatiga y puede ser tratado térmicamente para lograr alta resistencia y dureza, por lo que es esencial para reducir peso. Sin embargo, debe evitarse cuando se requiere soldadura.

Aluminio 5083

El aluminio 5083 tiene mayor resistencia y excelente resistencia al agua de mar que la mayoría de las otras aleaciones de aluminio, por lo que se usa comúnmente en aplicaciones de construcción y marinas. También es una excelente opción para soldadura.

Más conocimiento sobre piezas de aluminio en Todo sobre el mecanizado CNC de aluminio

Acero inoxidable

Las aleaciones de acero inoxidable tienen alta resistencia, alta ductilidad, excelente resistencia al desgaste y a la corrosión, y son fáciles de soldar, mecanizar y pulir. Dependiendo de su composición, pueden ser (esencialmente) no magnéticos o magnéticos.

Hay muchos tipos de acero inoxidable. Se llama acero inoxidable porque contiene cromo que ayuda a prevenir la oxidación (óxido). Como todo el acero inoxidable se ve igual, es necesario usar equipos de medición modernos (como detector OES) para probar las materias primas entrantes con extremo cuidado para confirmar las características del acero utilizado.

Acero inoxidable 303

En el caso del 303, también se añade azufre. Este azufre ayuda a que el 303 sea el acero inoxidable más fácil de procesar, pero también tiende a reducir su resistencia a la corrosión en cierta medida.

El 303 no es una buena opción para conformado en frío (doblado), ni puede ser tratado térmicamente. La presencia de azufre también significa que no es ideal para soldadura. Tiene un excelente rendimiento de mecanizado, pero debe prestar atención a la velocidad/avance y la nitidez de la herramienta de corte.

El 303 se usa generalmente para tuercas y tornillos de acero inoxidable, accesorios, ejes y engranajes. Sin embargo, no debe usarse para accesorios de grado marino.

Acero inoxidable 304

Es la aleación de acero inoxidable más común con excelentes propiedades mecánicas y buena maquinabilidad. Puede resistir la mayoría de las condiciones ambientales y medios corrosivos.

Esta es la forma más común de acero inoxidable que se encuentra en diversos productos de consumo e industriales. Generalmente llamado 18/8, se refiere a la adición de 18% de cromo y 8% de níquel a la aleación, que es la forma más común de acero inoxidable.

El 304 es muy duro, no magnético, fácil de mecanizar y generalmente tiene resistencia a la corrosión, por lo que es muy adecuado para accesorios de cocina, tanques de almacenamiento y tuberías usadas en industrias, construcción e industrias automotrices.

El 304 es fácil de procesar, pero a diferencia del 303, puede ser soldado. También es más resistente a la corrosión en la mayoría de los entornos normales (no químicos). Para los mecanizadores, use herramientas de corte muy afiladas para procesar y no contamine con otros metales.

Acero inoxidable 316

Es otra aleación común de acero inoxidable con propiedades mecánicas similares al 304. Generalmente considerado acero inoxidable de grado marino, resistente y fácil de soldar. El material es muy resistente a la corrosión, y para soluciones salinas (como agua de mar), es muy adecuado para construcción, accesorios de barcos, tuberías industriales y aplicaciones automotrices.

Acero inoxidable 2205

El acero inoxidable 2205, acero inoxidable dúplex, es la aleación de acero inoxidable más fuerte (el doble que otras aleaciones comunes de acero inoxidable) y tiene excelente resistencia a la corrosión. Se usa en entornos hostiles y tiene muchas aplicaciones en la industria del petróleo y gas.

Acero inoxidable 17-4

Las propiedades mecánicas del acero inoxidable 17-4 (grado SAE 630) son comparables a las del 304. Puede ser endurecido por precipitación a un alto grado (comparado con acero para herramientas) y tiene excelente resistencia química, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de muy alto rendimiento, como la fabricación de palas de turbina.

Aceros para herramientas

Los aceros para herramientas son aleaciones metálicas con dureza, rigidez, resistencia a la abrasión y térmica excepcionalmente altas. Se utilizan para crear herramientas de fabricación (de ahí el nombre), como matrices, sellos y moldes. Para lograr sus buenas propiedades mecánicas, deben someterse a un tratamiento térmico.

Acero para herramientas D2 es una aleación resistente al desgaste que retiene su dureza a una temperatura de 425°C. El acero D2 es un acero para herramientas endurecido al aire, alto en carbono y cromo, con alta resistencia al desgaste. Puede ser tratado térmicamente y tiene un rango de dureza fuerte. El acero D2 es una opción ideal para fabricar piezas y productos que necesitan doblarse fácilmente pero necesitan doblarse.

Acero para herramientas A2 es un acero para herramientas de uso general endurecido al aire con buena tenacidad y excelente estabilidad dimensional a temperaturas elevadas. Se usa comúnmente para fabricar matrices de inyección.

Acero para herramientas O1 es una aleación endurecida al aceite con una dureza alta de 65 HRC. Comúnmente usado para cuchillos y herramientas de corte.

Aceros suaves

También conocidos como aceros de bajo carbono y tienen buenas propiedades mecánicas, gran maquinabilidad y buena soldabilidad. Debido a su bajo costo, encuentran aplicaciones de uso general, incluida la fabricación de piezas de máquinas, plantillas y fijaciones. Los aceros suaves son susceptibles a la corrosión y ataques químicos. Los más usados son:

Acero suave 1018

El acero suave 1018 es una aleación de uso general con buena maquinabilidad y soldabilidad, así como excelente tenacidad, resistencia y dureza. Es la aleación de acero de bajo carbono más comúnmente usada.

Acero al carbono 1045

Este material resistente es acero de bajo carbono, no inoxidable, que suele ser más barato que el acero inoxidable, pero tiene mayor resistencia. El material puede endurecerse y tratarse térmicamente para facilitar su mecanizado y soldadura. Se usa más comúnmente en aplicaciones industriales y piezas mecánicas que requieren alta tenacidad y resistencia, como tuercas y tornillos, engranajes, ejes y bielas. También se usa en construcción, pero si se expone al entorno, generalmente se somete a tratamiento superficial para prevenir el óxido.

Acero suave A36

El acero de bajo carbono A36 es un acero estructural común con buena soldabilidad. Es adecuado para diversas aplicaciones industriales y de construcción.

Magnesio AZ31

Una aleación de aluminio y zinc, el magnesio AZ31 tiene una reducción de peso del 35% comparado con el aluminio, pero su resistencia es mayor. Sin embargo, este material es generalmente más caro y se usa a menudo para componentes de aeronaves. El material es fácil de procesar, pero tiene características inflamables.

El magnesio es fácil de procesar, pero muy fácil de quemar, especialmente en forma de polvo, por lo que debe procesarse con lubricantes líquidos. El magnesio puede ser anodizado para mejorar su resistencia a la corrosión. También es un material estructural altamente estable y una excelente opción para fundición a presión.

Debido a su ligereza y alta resistencia, también se usa a menudo para carcasas de portátiles, herramientas eléctricas, cuerpos de cámaras y otros usos domésticos.
Titanio

El titanio es conocido por su alta resistencia, ligereza, tenacidad y resistencia a la corrosión. Puede ser soldado, pasivado y anodizado para mejorar la protección y mejorar la apariencia. El titanio tiene un mal efecto de pulido y es un mal conductor eléctrico, pero un buen conductor térmico. Este es un material difícil de procesar, y solo se pueden usar herramientas profesionales.

Este material suele ser más caro que otros metales. Es abundante en la corteza terrestre, pero difícil de refinar. Se usa más comúnmente en aplicaciones militares, aeroespaciales, industriales y biomédicas.

Latón

Reconocido como uno de los materiales más simples y rentables en el fresado CNC, el latón es una aleación de cobre y zinc, que es estable pero no lo suficientemente fuerte. Usos comunes incluyen equipos médicos, productos de consumo, y herrajes y contactos eléctricos. Debido a que el latón también tiene un bajo coeficiente de fricción y alta resistencia a la corrosión, también se usan en ingeniería, plomería, ingeniería de vapor e incluso instrumentos musicales. Debido a su material blando y características de fácil procesamiento, se usa en accesorios de plomería, decoración del hogar e instrumentos musicales.

Con buena maquinabilidad y excelente conductividad, es muy adecuado para aplicaciones que requieren baja fricción. También se usa comúnmente en construcción para producir una apariencia dorada con aspecto estético.
El latón C36000 es un material con alta resistencia a la tracción y resistencia natural a la corrosión. Es uno de los materiales más fáciles de procesar, por lo que se usa generalmente para aplicaciones de alto volumen.

Cobre

Cuando se trata de materiales de fresado CNC, pocos metales ofrecen la conductividad eléctrica del cobre. La alta resistencia a la corrosión ayuda a este material a combatir el óxido, mientras que las propiedades de conductividad térmica hacen que el proceso de conformado sea más fácil durante el mecanizado CNC. A menudo utilizado en la industria automotriz, las aplicaciones incluyen sistemas de enfriamiento e intercambiadores de calor, así como diversas aplicaciones de ingeniería como válvulas y radiadores. Sin embargo, es importante saber que el cobre es débil contra ciertos químicos, como ácidos, halógenos, sulfuros y soluciones de amoníaco.

Plásticos

Además de los materiales metálicos, los servicios de mecanizado CNC de alta precisión de SANS también son compatibles con varios plásticos. A continuación se muestran algunos de los plásticos más utilizados para la tecnología de fresado CNC.

ABS

El ABS es uno de los materiales termoplásticos más comunes, con buenas propiedades mecánicas, excelente resistencia al impacto, alta resistencia al calor y buena maquinabilidad.

El ABS tiene una baja densidad, por lo que es muy adecuado para aplicaciones ligeras. Las piezas de ABS mecanizadas CNC generalmente se usan como prototipos antes de la producción en masa mediante moldeo por inyección.

Nylon

El Nylon, también conocido como poliamida (PA), es un tipo de termoplástico. Debido a sus excelentes propiedades mecánicas, buena resistencia al impacto, alta resistencia química y a la abrasión, y también tiene resistencia moderada a la llama, se usa comúnmente en aisladores, cojinetes y productos de corto plazo que se usarán para moldeo por inyección. La desventaja es que absorbe fácilmente agua y humedad.

POM

El POM también se llama Delrin. Es un termoplástico de ingeniería y tiene la mayor procesabilidad entre los plásticos.

El POM (Delrin) suele ser la mejor opción para el mecanizado CNC de piezas plásticas que requieren alta precisión, alta rigidez, baja fricción, excelente estabilidad dimensional a altas temperaturas y absorción de agua extremadamente baja.

PTFE

El PTFE, comúnmente conocido como politetrafluoroetileno (Teflón), es un termoplástico de ingeniería con excelente resistencia química y térmica y el coeficiente de fricción más bajo de cualquier sólido conocido. Es un excelente aislante eléctrico. Sin embargo, tiene propiedades mecánicas puras y a menudo se usa como revestimiento o inserto en componentes.

HDPE

El polietileno de alta densidad (HDPE) es un termoplástico con alta relación resistencia-peso, alta resistencia al impacto y buena resistencia a la intemperie.

El HDPE es un termoplástico ligero, adecuado para uso exterior y transporte por tuberías. Al igual que el ABS, a menudo se usa para crear prototipos antes del moldeo por inyección.

PEEK

El PEEK es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento con excelentes propiedades mecánicas, estabilidad térmica en un amplio rango de temperatura y excelente resistencia a la mayoría de los químicos.

El PEEK a menudo se usa para reemplazar piezas metálicas debido a su alta relación peso-resistencia. También están disponibles grados médicos, lo que hace que el PEEK también sea adecuado para aplicaciones biomédicas.