Opción de metal para mecanizado CNC

Al diseñar componentes para mecanizado CNC, muchas veces elegirá un material metálico. Para esto, debe considerar los requisitos de resistencia, la resistencia química, la estabilidad térmica, el costo y otros factores similares. Con tantos materiales para elegir, puede ser un poco abrumador. Primero defina las características más importantes de su pieza. ¿Como funciona? ¿A qué ambiente estará expuesto? ¿Cómo interactúa con otros componentes?

Después de comprender las características importantes de las piezas anteriores, combine los seis factores que debe considerar antes de procesar metales duros o blandos presentados en este artículo. Creo que te ayudará a elegir el material de metal adecuado.

Propiedades mecánicas de los metales

Comencemos con las propiedades mecánicas, que se miden por el desempeño del material cuando se aplican diferentes fuerzas.

Las principales propiedades mecánicas de los metales a considerar son:

Dureza:

Los materiales más duros son más resistentes a los arañazos y las arrugas que los materiales blandos. Los materiales duros son adecuados para piezas de desgaste como casquillos. Algunos materiales también se pueden mecanizar y endurecer posteriormente. Recuerde que si el material se endurece, las propiedades del material cambiarán. Por ejemplo, endurecer el material puede hacerlo más frágil. La superficie de la pieza también se puede endurecer con un revestimiento.

La siguiente imagen simplemente compara la dureza de los materiales metálicos comunes

Fuente de https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html

Densidad:

La densidad del aluminio es mucho más baja que la del acero dulce, lo que lo convierte en aproximadamente un tercio de su peso. Según el grado del material, el aluminio puede ser más resistente que el acero en comparación con el peso (relación entre resistencia y peso).

Resistencia a la tracción:

Esfuerzo máximo que un material puede soportar antes de fallar. Si diseña un soporte que conecta dos componentes, considere cómo interactúan estos componentes. La resistencia a la tracción representará la capacidad del material para resistir la fractura.

Amortiguación (los metales duros tienden a tener menos capacidad de amortiguación)

Fragilidad:

Los materiales altamente frágiles no se estirarán ni deformarán antes de romperse. Si sus piezas deben doblarse continuamente, los materiales quebradizos no serán una buena opción.

Si alguna de las propiedades anteriores es importante para su proyecto, le recomendamos que investigue un poco para obtener la calificación de propiedad real de cada material.

Características de desgaste y fatiga de los metales

En general, si está mecanizando piezas para lograr el ajuste y la función del prototipo, no necesita preocuparse por el desgaste del material. Si necesita garantizar la resistencia o permitir que las piezas resistan la prueba de las características ambientales, como temperaturas extremas, la elección de los materiales será muy importante. Analicemos las características de fatiga más importantes a considerar.

Resistencia y tenacidad a la fatiga:

Este es el estrés que el material puede soportar dentro de un cierto número de ciclos. Estos cambios se han estudiado exhaustivamente para ayudar a seleccionar los materiales apropiados para cumplir con sus requisitos de uso final. De hecho, según las investigaciones sobre este tema, la fatiga del metal es el daño acumulativo permanente local gradual de materiales y componentes bajo la acción de esfuerzos cíclicos o deformaciones cíclicas en uno o varios lugares, y grietas o ocurrencias repentinas después de un cierto número de ciclos. El proceso de fractura completa. Aproximadamente el 90% de todas las fallas de metal ocurren rápidamente y sin previo aviso, por lo que generalmente usamos el promedio de las relaciones para medir la resistencia a la fatiga. Al seleccionar materiales, si sabe que sus piezas soportarán múltiples ciclos de estrés, le recomendamos que evalúe el nivel de resistencia a la fatiga.

W Temperatura de funcionamiento de piezas metálicas

La temperatura de funcionamiento del entorno en el que funcionará el componente es otro factor importante a considerar. Esto se debe a que el punto de fusión del material CNC utilizado debe ser superior a la temperatura de funcionamiento. Si no es así, la estructura de la pieza puede cambiar. Además, debe asegurarse de que el material mecanizado por CNC pueda soportar cambios extremos de temperatura. Aunque algunos materiales pueden soportar estos cambios de temperatura, algunos materiales pueden experimentar cambios estructurales después de un período de uso

Hay muchos recursos para la prueba del ciclo ambiental. En la mayoría de los casos, los materiales se colocan en un ambiente controlado y se prueban para temperaturas altas y bajas, humedad alta y baja, ciclos térmicos y choque térmico.

–Metales resistentes a altas temperaturas:titanio y acero inoxidable.

–Metales que pueden soportar temperaturas extremadamente frías y mantener la ductilidad a bajas temperaturas:cobre y aluminio.

La resistencia a la fluencia se define como la capacidad de un material para resistir la "fluencia", que se refiere a la tendencia de un material sólido a deformarse durante un largo período de tiempo debido a la exposición a altos niveles de tensión. Es importante tener en cuenta que la resistencia a la fluencia puede exceder el límite de tensión estándar del material porque tarda más en ocurrir. El níquel, el titanio y el acero inoxidable tienen la mayor resistencia a la fluencia frente a los metales.

Resistencia a la corrosión (oxidación) de los metales

Debido a la reacción química entre el metal y el ambiente circundante, la corrosión del metal es degradación u oxidación. Hay muchas razones para la corrosión del metal, vale la pena señalar que todos los metales se corroerán. El hierro puro generalmente se corroe muy rápido, pero el acero inoxidable que combina hierro y otras aleaciones se corroe muy lentamente. Si le preocupa la corrosión, el acero inoxidable es una excelente opción para el metal.

Otra alternativa al acero inoxidable es el aluminio anodizado. Este método ayuda a reducir la corrosión y es un acabado muy duradero. El acero dulce niquelado puede ser más rentable que el uso de acero inoxidable.

Propiedades térmicas de los metales

Los metales pueden expandirse, fundirse y conducir electricidad. La propiedad térmica más común es la conductividad eléctrica, que es la capacidad de un material para conducir el calor. Los materiales con alta conductividad térmica son mejores para transferir calor. Si sus componentes se utilizan para aplicaciones de refrigeración, es mejor prestar más atención a los materiales con alta conductividad térmica.

Las propiedades térmicas de los metales comunes se enumeran en la siguiente tabla como referencia.

Fuente de https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/

Rendimiento de fabricación

La maquinabilidad se refiere a la facilidad con la que se puede modificar un material mediante el corte (maquinado). Por ejemplo, el aluminio es muy fácil de mecanizar y no desgasta las herramientas tan rápido como otros materiales. Por lo tanto, el costo de procesamiento del aluminio es "más barato" en comparación con los materiales con menor trabajabilidad.

Los metales tienen diferentes propiedades materiales, que determinan las características de rendimiento del producto final. Estas diversas características son excelentes, pero deben equilibrarse con los costos de las materias primas y los costos de procesamiento. Por ejemplo, si sus piezas están designadas como acero inoxidable, encontrará que hay varios grados diferentes de acero inoxidable que difieren mucho en cuanto a costo y propiedades del material. Además, algunos aceros inoxidables son más difíciles de cortar que otros, lo que significa que su coste en máquinas herramienta CNC será ligeramente superior.