Elegir el Metal Adecuado para Mecanizado CNC: Resistencia, Durabilidad y Coste

Al diseñar componentes para mecanizado CNC, a menudo se elige un material metálico. Para ello hay que considerar requisitos de resistencia, resistencia química, estabilidad térmica, coste y otros factores. Con tantas opciones, puede resultar abrumador. Primero defina las características más importantes de su pieza: ¿cómo funciona? ¿A qué entorno se expondrá? ¿Cómo interactúa con otros componentes?

Tras entender esas características, combine los seis factores que se detallan a continuación para elegir el metal adecuado.

Propiedades Mecánicas de los Metales

Empecemos por las propiedades mecánicas, medidas por el comportamiento del material bajo distintas fuerzas.

Las principales propiedades a considerar son:

Dureza:

Materiales más duros resisten mejor rayaduras y abolladuras. Son adecuados para piezas de desgaste como casquillos. Algunos materiales pueden mecanizarse y endurecerse después. Recuerde que el endurecimiento cambia las propiedades: puede volver el material más frágil. La superficie también puede endurecerse con recubrimiento.

La siguiente imagen compara simplemente la dureza de metales comunes.

Densidad:

La densidad del aluminio es mucho menor que la del acero dulce, pesando aproximadamente un tercio. Según el grado, el aluminio puede ser más resistente que el acero en relación peso/resistencia (ratio resistencia-peso).

Resistencia a la Tracción:

Esfuerzo máximo que un material soporta antes de romperse. Si diseña un soporte que une dos componentes, considere su interacción. La resistencia a la tracción representa la capacidad del material para resistir la fractura.

Amortiguamiento (los metales duros tienden a tener menor capacidad de amortiguamiento)

Fragilidad:

Materiales muy frágiles no se estiran ni deforman antes de romper. Si sus piezas deben doblarse continuamente, los materiales frágiles no son buena opción.

Si alguna de estas propiedades es importante para su proyecto, investigue los valores reales de cada material.

Características de Desgaste y Fatiga de los Metales

Generalmente, si mecaniza piezas para prototipos de ajuste y función, no necesita preocuparse por el desgaste. Si necesita garantizar resistencia o soportar características ambientales como temperaturas extremas, la elección del material es crucial. Analicemos las características de fatiga más importantes.

Resistencia a la Fatiga y Tenacidad:

Es el esfuerzo que el material soporta durante un número determinado de ciclos. Estos cambios se han estudiado ampliamente para seleccionar materiales adecuados a sus requisitos de uso final. De hecho, la fatiga metálica es el daño acumulativo gradual, localizado y permanente bajo tensión o deformación cíclica en uno o varios puntos, llevando a grietas o fractura completa tras cierto número de ciclos. Aproximadamente el 90 % de fallos metálicos ocurren rápido y sin aviso, por lo que se suele usar la media de ratios para medir la resistencia a la fatiga. Al seleccionar materiales, si sabe que sus piezas soportarán múltiples ciclos de tensión, evalúe el nivel de resistencia a la fatiga.

Temperatura de Trabajo de las Piezas Metálicas

La temperatura de operación del entorno es otro factor importante. El punto de fusión del material CNC debe ser superior a la temperatura de operación; si no, la estructura de la pieza puede cambiar. Además, asegúrese de que el material mecanizado CNC soporte cambios extremos de temperatura. Algunos materiales los soportan, pero otros pueden sufrir cambios estructurales tras un tiempo.

Hay muchos recursos para ensayos de ciclos ambientales. Normalmente, los materiales se colocan en entorno controlado y se prueban a altas/bajas temperaturas, humedad, ciclos térmicos y choque térmico.

• Metales resistentes a alta temperatura: titanio y acero inoxidable.
• Metales que soportan frío extremo y mantienen ductilidad a baja temperatura: cobre y aluminio.

La resistencia al creep es la capacidad de resistir la deformación lenta bajo alta tensión prolongada. Puede superar el límite de tensión estándar porque tarda más en ocurrir. Níquel, titanio y acero inoxidable tienen la mayor resistencia al creep.

Resistencia a la Corrosión (Oxidación) de los Metales

La corrosión es la degradación u oxidación por reacción química entre el metal y su entorno. Hay muchas causas; cabe notar que todos los metales se corroen. El hierro puro se corroe rápido, pero el acero inoxidable (hierro con otras aleaciones) lo hace muy lento. Si le preocupa la corrosión, el acero inoxidable es excelente.

Otra alternativa es el aluminio anodizado, que reduce la corrosión y ofrece un acabado muy duradero. El acero dulce niquelado puede ser más rentable que el acero inoxidable.

Propiedades Térmicas de los Metales

Los metales se expanden, funden y conducen electricidad. La propiedad térmica más común es la conductividad eléctrica, es decir, la capacidad de conducir calor. Materiales con alta conductividad térmica transfieren mejor el calor. Si sus componentes se usan para refrigeración, preste atención a materiales con alta conductividad térmica.

La tabla siguiente muestra propiedades térmicas de metales comunes para referencia.

Rendimiento de Fabricación

La mecanibilidad es la facilidad con que un material se modifica por corte. Por ejemplo, el aluminio es muy fácil de mecanizar y no desgasta las herramientas tan rápido como otros materiales. Por tanto, el coste de mecanizado del aluminio es «más barato» comparado con materiales de menor mecanibilidad.

Los metales tienen distintas propiedades que determinan el rendimiento del producto final. Estas características son excelentes, pero deben equilibrarse con costes de materia prima y mecanizado. Por ejemplo, si sus piezas son de acero inoxidable, hay varios grados con grandes diferencias de coste y propiedades. Además, algunos aceros inoxidables son más difíciles de cortar, lo que aumenta ligeramente su coste en máquinas CNC.