Prevención de la deformación en piezas CNC de aluminio: estrategias probadas

La aleación de aluminio se usa hoy en muchos campos y es materia prima esencial en la industria del mecanizado CNC. Sin embargo, comparado con otros metales, tiene baja dureza y alto coeficiente de dilatación térmica, lo que hace que el mecanizado de piezas de precisión de aleación de aluminio sea propenso a deformación. Las causas son múltiples: material, condiciones de producción, forma de la pieza y rendimiento del fluido de corte. Para reducir la deformación, los fabricantes de mecanizado de precisión de aleación de aluminio pueden tomar diversas medidas y mejorar el proceso. Aquí varios métodos para reducir la deformación en mecanizado CNC de aleación de aluminio.

Reducir el estrés interno de los brutos de aluminio

El estrés interno de los brutos puede eliminarse parcialmente por envejecimiento natural/artificial y tratamiento por vibración. El pretratamiento también es eficaz. Para brutos grandes de aluminio, la deformación tras mecanizado es grande. Si se elimina el exceso de material del bruto, se obtienen tolerancias precisas y se mejora la deformación. Tras reposar un tiempo, parte de la presión interna también se libera.

Mejorar la capacidad de corte de las herramientas

El material y parámetros geométricos de las herramientas influyen mucho en fuerza de corte y calor. La correcta selección es clave para reducir deformación.

Ángulo de ataque (Front Angle)

Debe configurarse correctamente para mantener resistencia del filo, si no los bordes afilados se desgastan. Manteniendo la resistencia, el ángulo debe ser apropiadamente grande: por un lado afila el filo, por otro reduce deformación de corte, facilita evacuación de viruta y reduce fuerza y temperatura de corte. No recomendamos herramientas con ángulo de ataque negativo.

Ángulo de depuración (Back Angle)

Su tamaño afecta directamente al desgaste lateral y calidad. El espesor de corte es parámetro importante al configurarlo. En desbaste: avance grande, carga pesada, mucho calor → buena disipación → ángulo de depuración menor. En acabado: filo afilado para reducir fricción lateral-superficie y deformación elástica → ángulo mayor.

Ángulo de hélice (Helix Angle)

Para fresado suave y reducir fuerza, el ángulo de hélice debe ser lo mayor posible.

Ángulo de entrada (Entering Angle)

Reducirlo adecuadamente mejora disipación de calor y reduce temperatura media de la zona de mecanizado.

Mejorar la estructura de las herramientas

Reducir número de dientes y aumentar espacio de viruta

Por la gran plasticidad del aluminio y gran deformación de corte, se requiere mayor espacio de viruta. Radio del fondo de la canaleta mayor y menos dientes.

Radio del fondo mayor, menos dientes. Ejemplo: 2 dientes en fresa ≤20 mm, 3 dientes en 30–60 mm para evitar deformación en piezas de pared delgada por atasco de virutas.

Rectificado de precisión de los dientes

Rugosidad del filo < Ra 0,4 µm. Antes de usar herramienta nueva, frotar suavemente caras frontal/trasera de los dientes con grano fino para eliminar rebabas y marcas de serrado del rectificado. Reduce calor y deformación de corte.

Control estricto de estándares de desgaste

Tras desgaste: rugosidad superficial aumenta, temperatura de corte sube, deformación de pieza aumenta. Además de materiales con buena resistencia al desgaste, el estándar de desgaste no debe superar 0,2 mm, si no se forman fácilmente bordes de viruta. En fresado/torneado CNC, temperatura de pieza no debe superar 100 °C para evitar deformación.

Mejorar el método de sujeción de la pieza

Para piezas de pared delgada con mala rigidez, estos métodos reducen deformación:

Para casquillos de pared delgada, si se usa plato de 3 mordazas autocentrante o plato de muelle para sujetar radialmente, al soltar tras mecanizado la pieza se deformará inevitablemente. Método: presionar cara axial con buena rigidez. Según posición del agujero interior, fabricar mandril roscado para centrar por el agujero. Insertar en el agujero, placa de tapa comprime cara final, tuerca aprieta hacia atrás. Al mecanizar círculo exterior, se evita deformación por sujeción y se obtiene precisión satisfactoria.

También métodos de relleno. Para mejorar rigidez de proceso de piezas de pared delgada, rellenar medio en la pieza para reducir deformación durante sujeción y corte. Ejemplo: verter fundente de urea con 3–6% nitrato potásico. Tras mecanizado, sumergir en agua/alcohol, disolver relleno y verter.

Organizar razonablemente el proceso de producción

En corte de alta velocidad, por gran arranque y corte intermitente, a menudo hay vibración durante fresado, afectando precisión y rugosidad. La tecnología CNC de alta velocidad suele dividirse: desbaste, semiacabado, limpieza de esquinas y acabado. Para piezas de alta precisión, a veces segundo semiacabado y luego acabado. Tras desbaste, enfriar naturalmente para eliminar estrés interno y reducir deformación.

Margen tras desbaste > deformación, usualmente 1–2 mm. En acabado, superficie uniforme. Generalmente 0,2–0,5 mm mantiene herramienta en estado estable, reduce mucho deformación, buen acabado y garantiza precisión.

Además, el método de operación es muy importante en la práctica real, y el correcto también reduce mucho la flexión de piezas de aleación de aluminio.

Mecanizado simétrico

Para piezas de aluminio con gran margen, evitar concentración excesiva de calor para mejor disipación y reducir deformación térmica. El mecanizado simétrico evita acumulación excesiva de calor alrededor de la pieza durante el mecanizado, reduciendo posibilidad de deformación térmica.

Elegir los parámetros de corte adecuados

Parámetros adecuados reducen calor y fuerza de corte. Parámetros superiores a lo normal causan fuerza excesiva en mecanizado CNC de aluminio. Por gran calor generado, fácil deformación. Además, al afectar la vida de la herramienta la rigidez del husillo, se reduce durabilidad.

Entre todos los factores, la profundidad de corte (arranque) tiene mayor influencia en fuerza de corte. Aunque reducir número de pasadas ayuda a evitar deformación, reduce eficiencia. El fresado de alta velocidad CNC resuelve esto: reduciendo profundidad de corte, aumentando avance y velocidad, se reduce fuerza de corte manteniendo eficiencia.

Mecanizado por capas (técnica estratificada)

Cuando hay múltiples cavidades en piezas de aleación de aluminio, por fuerza desigual, el mecanizado secuencial cavidad por cavidad no es adecuado, causa fuerza desigual y deformación. Fresado con método de capas: cada capa se mecaniza en todas las cavidades a la vez, luego siguiente capa, para que la pieza se esfuerce uniformemente y reduzca deformación. Menor riesgo que mecanizar todo de una vez. La fuerza aplicada es más uniforme.

Taladrado y fresado

Mecanizar piezas con cavidades tiene sus problemas. Si la fresa se aplica directamente, el corte no es suave por espacio insuficiente de viruta. Acumulación de calor, expansión y deformación, incluso fractura de pieza o herramienta.

Mejor solución: taladrar y luego fresar. Primero taladrar agujero con herramienta no menor que la fresa, luego colocar fresa en el agujero y empezar a fresar.

Atender a la secuencia de trayectoria de la herramienta

Desbaste: eficiencia y velocidad de corte por unidad de tiempo. Usualmente fresado inverso (up milling): elimina material excedente del bruto en menor tiempo, formando básicamente contorno geométrico para acabado. Acabado: alta precisión y calidad, recomendado fresado directo (down milling). Espesor de corte de los dientes disminuye de máximo a cero, endurecimiento de pieza reducido, deformación reducida.

(Todo sobre piezas de mecanizado de aluminio)