Mecanizado CNC del cobre: sus procesos y grados de aleación

En lo que respecta a la fabricación de alta precisión, el mecanizado CNC es uno de los procesos a los que hay que recurrir, especialmente si se utilizan distintas máquinas. Son muy eficaces y versátiles para una gran variedad de materiales, como metal, polímeros plásticos y materiales compuestos.

El mecanizado CNC del cobre es un proceso típico para fabricar componentes con este metal. Además de las aleaciones de acero y aluminio, el cobre es un metal muy utilizado para fabricar piezas, especialmente para la industria eléctrica, debido a su alta conductividad.

Propiedades del material de cobre

Las buenas propiedades mecánicas y químicas del cobre lo hacen adecuado para operaciones de mecanizado CNC de cobre y otras técnicas de fabricación. Dicho esto, centrémonos en las características de este metal que lo convierten en una buena elección en el mecanizado.

Alta conductividad

El cobre es ampliamente conocido por su excelente conductividad eléctrica. Esta característica beneficia significativamente el uso de material de cobre en la fabricación de componentes eléctricos como conectores. Sin embargo, esta característica también tiene sus inconvenientes cuando se mecaniza cobre con CNC. La alta conductividad puede aumentar la tendencia al desgaste de las herramientas de corte. Por lo tanto, los mecanizadores deben tener en cuenta la alta conductividad térmica durante el mecanizado.

Alta conductividad térmica

Además de su conductividad eléctrica, el cobre también tiene una alta conductividad térmica, lo que beneficia la fabricación de componentes intrincados. Por lo tanto, los materiales de cobre son adecuados para la fabricación de piezas que requieren especificaciones de tolerancia estrictas. Además, esta característica puede beneficiar al mecanizado, ya que reduce las posibilidades de acumulación excesiva de calor, alabeo o deformación por calor.

Resistencia a la corrosión

En comparación con el hierro y otros metales férreos, el cobre para mecanizado CNC es extraordinariamente resistente a la oxidación y la corrosión. Esta excelente propiedad química lo hace ideal para aplicaciones con fácil acceso a la humedad y los productos químicos. Sin embargo, es posible que los fabricantes tengan que realizar operaciones de postprocesado después de que el cobre haya sido sometido a un tratamiento general. Mecanizado CNC para garantizar la eliminación completa de los contaminantes que puedan reducir la resistencia a la corrosión del cobre.

Ductilidad y maleabilidad

Los materiales de cobre son dúctiles y muy maleables, por lo que son excelentes para el mecanizado CNC de cobre y otros metales. Esta característica les permite conservar los intrincados detalles necesarios, garantizando un mecanizado de alta precisión. Además, su gran flexibilidad puede hacer que sea propenso a la formación de rebabas. Por lo tanto, es posible que necesite un maquinista experto cuando fabrique piezas con material de cobre.

Calidades de cobre para mecanizado CNC

Existen diferentes calidades de cobre para mecanizado CNC con fines de mecanizado y fabricación. Cada una de ellas, normalmente una aleación, tiene características distintas que las separan de las demás. A continuación se indican las aleaciones estándar de cobre utilizadas para el mecanizado CNC.

Cobre C101

El cobre C101 también se denomina cobre electrónico sin oxígeno (OFE). Se trata de una aleación de cobre de alta conductividad que contiene al menos un 99,9% de metal de cobre puro, con otros elementos, especialmente oxígeno, en cantidades ínfimas.

Esta variante del cobre es relativamente blanda, lo que facilita su mecanizado. Produce cortes suaves con menos efectos de desgaste en las herramientas de corte. Debido a su alta conductividad, beneficia considerablemente la fabricación de aparatos eléctricos y piezas de alta precisión. Sin embargo, el cobre C101 es menos resistente a la corrosión y susceptible a la formación de rebabas.

Aun así, es una de las calidades de cobre más utilizadas. De hecho, por su alto contenido en cobre, suele ser el material base en la fabricación de otras aleaciones de cobre como el bronce y el latón. Algunas de las aplicaciones de estas calidades de cobre son la fabricación de cables eléctricos, barras colectoras, conectores, juntas vidrio-metal, etc.

Cobre C110

La variante de cobre C110 es otro grado de este material metálico. También se conoce como Paso duro electrolítico (ETP) de cobre. Al igual que la variante C101, también contiene un alto porcentaje de metal de cobre puro, al menos el 99,90%, con otros elementos, principalmente oxígeno, que forman la aleación. Sin embargo, hay que mencionar que contiene más impurezas que el C101, lo que le confiere propiedades más distintivas.

Por ejemplo, el cobre C110 es ligeramente más duro, pero sigue siendo un metal blando en general, que otras aleaciones más rígidas como el acero y el acero inoxidable. Sin embargo, esta aleación de cobre también tiene una buena maquinabilidad, por lo que se utiliza ampliamente para diversos fines de fabricación.

Estas dos calidades de cobre son las más habituales en la fabricación. No obstante, a continuación se describen brevemente otras dos variantes de cobre.

Cobre C145

Esta aleación de cobre para mecanizado CNC se conoce como cobre telurio porque contiene la sustancia semimetálica telurio (0,4 a 0,7%). Sin embargo, al igual que las aleaciones de cobre anteriores, tiene al menos un 99,0 por ciento de cobre puro, incluyendo fósforo y otros elementos en cantidades traza. La adición de telurio aumenta la maquinabilidad del cobre. Esta ley de cobre es útil para fabricar tornillos y piezas delicadas.

Cobre C147

Esta aleación de cobre también se denomina cobre sulfurado porque puede contener hasta un 0,5% de azufre. En cantidades mínimas, esta aleación también contiene otros elementos como fósforo, zinc, manganeso, hierro y plomo. La adición de estos elementos a esta aleación contribuye a mejorar sus propiedades generales. Al igual que otras calidades de cobre, tiene buenas propiedades de mecanizado y una alta conductividad.

Esta aleación también tiene una buena resistencia a la corrosión, lo que la hace ideal para la soldadura fuerte y blanda. Sin embargo, produce soldaduras de baja calidad, pero es más adecuada para procesos de soldadura específicos como la soldadura por puntos, la soldadura por arco metálico y la soldadura a tope.

Por lo tanto, al seleccionar una ley de cobre específica para la fabricación, debe tener en cuenta las propiedades de cada aleación de cobre para mecanizado CNC en relación con la especificación deseada para asegurarse de elegir la que mejor se adapte a su aplicación.

Ventajas del mecanizado CNC del cobre

Las ventajas del mecanizado CNC de piezas de cobre incluyen las ventajas generales del mecanizado: alta precisión, reproducibilidad, versatilidad, facilidad para conseguir componentes con geometrías complejas y tolerancias ajustadas, y muchas más.

Además de estas ventajas, las piezas de cobre mecanizadas por CNC son conocidas por su excelente resistencia al impacto y a la abrasión. Asimismo, conservan la conductividad eléctrica y térmica del material de cobre real, lo que reduce la corrosión, el desgaste y la resistencia al desgarro.

En cuanto al acabado de la superficie, Dispositivos CNC es un proceso automatizado y exacto que garantiza una ligera deformación o defectos. Por lo tanto, suele haber menos necesidad de acabado superficial, ya que deja la pieza de cobre con un acabado superficial de calidad.

Limitaciones del mecanizado del cobre

Aunque las piezas CNC de cobre presentan numerosas ventajas, también tienen algunos inconvenientes. Un ejemplo típico es la incapacidad de ciertas piezas de cobre mecanizadas para someterse a operaciones de soldadura específicas, como la soldadura por puntos y la soldadura por arco metálico. Esto aumenta su propensión a la corrosión y la oxidación.

Procesos de mecanizado CNC para metal de cobre

Existen varios procesos de mecanizado CNC. A continuación se indican las operaciones de mecanizado aplicables al material de cobre.

Fresado CNC Cobre

Las operaciones de fresado CNC implican el uso de fresas giratorias para eliminar piezas de una pieza de trabajo hasta conseguir la forma deseada. Al igual que Mecanizado CNC de latónPor lo general, está automatizada, lo que garantiza que sea de alta precisión y adecuada para fabricar orificios, ranuras, muescas, ranuras, contornos y superficies planas.

El fresado CNC de cobre es una operación estándar debido a la relativa maquinabilidad del cobre. Las fresas para esta operación suelen ser de metal duro de 2 filos.

CNC Torneado de cobre

Otra operación típica del CNC es el torneado. La pieza suele estar inmóvil y, a continuación, las fresas giratorias se desplazan alrededor de la pieza, cortando los excesos hasta obtener el diseño deseado.

El torneado es uno de los procesos más rentables del mecanizado CNC de Cobre y admite la fabricación de piezas metálicas. Esta operación CNC es adecuada explícitamente para fabricar componentes con simetría axial, como conos, cilindros, discos o una combinación de estas formas. Las aplicaciones típicas del torneado CNC de cobre incluyen la fabricación de conectores de cables, válvulas, radiadores y barras colectoras.

Cobre Mill-Turn

Como su nombre indica, una fresadora-tornilladora es un dispositivo híbrido de mecanizado CNC de cobre que puede realizar operaciones de fresado y torneado. La máquina es valiosa, especialmente cuando se trabaja con piezas de cobre con geometrías complicadas. Un ejemplo es el mecanizado de una estructura formada por una combinación de superficies cilíndricas y planas y orificios, entre otros detalles delicados.

Básicamente, las fresadoras-tornos ofrecen una configuración doble, lo que reduce la excesiva configuración de la máquina y ahorra tiempo y espacio. Además, al tratarse de una sola máquina, se mejora la exactitud y la precisión.

Opciones de postprocesado para el mecanizado CNC de cobre

Tras el mecanizado, es posible que los fabricantes y maquinistas necesiten realizar algún postprocesado y acabado superficial para mejorar las propiedades de la pieza mecanizada. Esto suele mejorar su aspecto y las características generales del producto.

A continuación se describen técnicas eficaces de postprocesado y acabado de superficies para el mecanizado de piezas de cobre.

Galvanoplastia

La galvanoplastia es un proceso electroquímico que consiste en recubrir la superficie de un material metálico. El efecto de este acabado es una mejora del aspecto y de la resistencia mecánica y química, incluida la resistencia a la corrosión. Las piezas de cobre resultantes suelen ser más duraderas, sin apenas afectar a su conductividad eléctrica y térmica.

Granallado

Este acabado superficial se utiliza a menudo para enmascarar defectos y mecanizar deformaciones de piezas de cobre mecanizadas por CNC. Consiste en propulsar (granallar) diminutos trozos de un material abrasivo contra un material. Además de ocultar defectos de fabricación, también mejora el aspecto y la longevidad del producto.

Cepillado

El cepillado es una operación mecánica que utiliza un cepillo abrasivo para mejorar las propiedades superficiales de un material. Ya sea manual o automatizado, el acabado consigue desbarbar y alisar el componente de cobre mecanizado.

Pulido

El pulido es un acabado superficial vital que ayuda a mejorar la estética de la pieza fabricada. Aunque el pulido duro es laborioso, es eficaz; sin embargo, el electropulido es mejor. Este último puede librar a la superficie del material de impedimentos microscópicos, incluso de hasta 2,5 mm. Por tanto, la pieza de cobre mecanizada queda lisa, brillante y reluciente.

Factores a tener en cuenta para el mecanizado del cobre

Durante la fabricación, incluso con un proceso automatizado como el mecanizado CNC del cobre, existen criterios que los maquinistas deben cumplir estrictamente.

Selección de la ley de cobre adecuada

Antes del mecanizado, debe seleccionar la calidad de cobre más adecuada para su fabricación. El proceso de selección suele basarse en la aplicación prevista de la fabricación; también puede incluir el proceso de mecanizado seleccionado.

Por ejemplo, el cobre C101, aunque es una ley de cobre más pura, es menos mecanizable que el C110. Sin embargo, es mejor para fabricar componentes diminutos y complejos. Pero, en general, el C110 es mejor para el mecanizado, especialmente las operaciones de torneado, debido a su mayor ductilidad.

Limitaciones y especificaciones de diseño

También es fundamental tener en cuenta las limitaciones y especificaciones del diseño antes de mecanizar el cobre. Esto le permite fabrique piezas que lograrán la funcionalidad deseada.

Por ejemplo, una pauta general para el mecanizado CNC de piezas de cobre es mantener un grosor de pared de al menos 0,5 mm. Además, es posible que los maquinistas tengan que volver a comprobar las dimensiones de las herramientas, entre otros detalles intrincados, antes del mecanizado. A menudo es mejor reducir el número de piezas configuradas y utilizar un radio pequeño para evitar que la fabricación desarrolle cavidades profundas.

Selección de herramientas de mecanizado

El cobre es relativamente rígido, con una maquinabilidad variable en función de las calidades con las que se trabaje. Por lo tanto, los fabricantes deben seleccionar las herramientas de corte adecuadas para los fines prácticos del mecanizado. La herramienta de corte ideal para el mecanizado general de cobre con CNC es el acero rápido (HSS). Debido a la alta velocidad de estas fresas, hay una mayor resistencia al desgaste y menos complicaciones de mecanizado, como la formación de virutas.

Otra excelente herramienta de corte para diferentes calidades de cobre son los carburos cementados, que comparten similitudes con el HSS en cuanto a la velocidad de corte. Por lo tanto, también evita los defectos de mecanizado y garantiza unos servicios de mecanizado sin problemas.

Avance de las herramientas de corte

El avance se refiere a la velocidad a la que las cuchillas interactúan con el material de cobre. Un avance elevado puede provocar un aumento de la temperatura, aumentando el riesgo de posibles deformaciones térmicas en la pieza y, posiblemente, aumentando la tendencia al desgaste de la herramienta. Además, no se debe aumentar la velocidad del husillo. Cuando mecanice cobre con CNC, mantenga una velocidad de proceso constante para conseguir un mecanizado óptimo.

Otra medida que debe cumplir durante el cobre Mecanizado CNC de aluminio es utilizar un lubricante ideal como refrigerante. Esto ayudará a limitar la acumulación de calor, evitando la deformación del mecanizado. Además, debe evitar que las chuletas obstruyan la boca de las fresas - las ranuras en espiral, para un corte eficaz.

Aplicaciones de las piezas de cobre mecanizadas por CNC

Hemos mencionado brevemente algunas de las aplicaciones del mecanizado CNC de piezas de cobre. A continuación se indican las industrias de las que se benefician estos componentes, con ejemplos concretos.

• Electrónica: Conectores, placas de circuito impreso, terminales, etc;
• Automoción: Intercambiadores de calor, juntas, cojinetes y engranajes, núcleos de radiador;
• Telecomunicaciones: Cableados y conectores;
• Fontanería: Accesorios y válvulas.

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Conclusión

El cobre es un material (metal) valioso para las distintas industrias manufactureras. Posee propiedades mecánicas y químicas de primer orden, lo que lo convierte en un material idóneo para las operaciones de mecanizado de cobre con CNC. Además de mejorar la fabricación en general, el método ha mejorado específicamente la forma en que los fabricantes utilizan el cobre.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las ventajas del mecanizado CNC del cobre frente a otros métodos de fabricación?

El mecanizado CNC del cobre es muy preciso y reduce la necesidad de operaciones de acabado superficial y postprocesado. Además, es muy versátil y eficaz, lo que lo convierte en un valioso proceso de fabricación de cobre.

¿Qué elemento de aleación aumenta la maquinabilidad del cobre?

Las aleaciones de cobre se forman añadiendo elementos, principalmente metales y semimetales, como zinc, estaño, telurio, níquel, aluminio, silicio, fósforo, etc. Todos estos elementos de aleación mejoran las propiedades de mecanizado del cobre en distintos grados.

¿Es fácil mecanizar el cobre?

El cobre puro es un metal difícil de mecanizar. De ahí la necesidad de alear el cobre para aumentar su maquinabilidad.