Mecanizado CNC de acero: Diferentes calidades de acero en la fabricación de piezas

Los métodos convencionales de fabricación de piezas de acero suelen requerir mucho tiempo y mano de obra. Hoy en día, los fabricantes y diseñadores de productos utilizan el proceso de mecanizado por control numérico computerizado (CNC) para crear diferentes piezas de acero más rápidas y precisas.

Comprender los fundamentos del mecanizado CNC de acero es esencial para mecanizar con éxito piezas de acero CNC que se ajusten a las aplicaciones y especificaciones previstas.

¿Qué es el mecanizado CNC del acero?

El mecanizado CNC de acero es un método de fabricación que utiliza un programa informático para controlar el movimiento y la interacción de las máquinas herramienta con el material de la pieza. Esta tecnología de mecanizado es adecuada para fabricar materiales de acero con el fin de crear diversos diseños.

Aunque el mecanizado CNC es muy compatible con una amplia gama de materiales, el acero es un material muy utilizado para la creación de prototipos y la fabricación de piezas CNC.

Diferentes calidades de acero utilizadas para el mecanizado CNC

Existen varias calidades de acero que los maquinistas utilizan para proyectos de mecanizado en distintas aplicaciones. Por ello, elegir la calidad de material adecuada para sus productos es esencial para el éxito de su proyecto. Cada calidad de acero tiene propiedades distintas. En esta sección se analizan las calidades de acero típicas para piezas de mecanizado CNC de acero.

Acero 4140

El acero 4140 es una aleación cuya composición química incluye manganeso, cromo y molibdeno. Estos elementos de aleación mejoran la tenacidad, ductilidad y resistencia del acero. Además, el contenido de cromo aumenta la resistencia a la corrosión. Por ello, los ingenieros de producto de todos los sectores utilizan este acero por su excelente mecanizabilidad y resistencia a la abrasión.

Sin embargo, no es fácil soldar el acero 4140, ya que puede requerir un tratamiento particular previo y posterior al calentamiento. Mecanizado CNC de magnesio piezas como tuercas, acoplamientos, pernos, husillos y piezas de automoción son un uso típico de este grado de acero.

Propiedades mecánicas del acero 4140

• Dureza (Brinell): 197
• Resistencia a la tracción (MPa): 655
• Densidad (g cm-3): 7.87
• Módulo de cizallamiento (GPa): 80
• Alargamiento a la rotura (%): 19

Acero 4130

El acero 4130 comprende grados más altos de elementos de aleación que el acero 4140. Este tipo de acero contiene azufre, fósforo, hierro, silicio, molibdeno, carbono, manganeso y cromo. Estos elementos mejoran la compatibilidad térmica, la maquinabilidad y la tenacidad del acero, haciéndolo aplicable a diferentes usos en la construcción.

Además, los ingenieros del sector aeronáutico utilizan el acero 4130 en los soportes de los motores de los aviones. Dado que el mecanizado CNC de este acero es más barato y eficaz, los fabricantes de aviones suelen preferirlo al acero de calidad aeronáutica para el mecanizado de componentes aeronáuticos. Sin embargo, este tipo de acero puede ser difícil de soldar, aunque se puede tratar térmicamente.

Propiedades mecánicas del acero 4130

• Dureza (Brinell): 217
• Resistencia a la tracción (MPa): 460
• Densidad (g cm-3): 7.87
• Módulo de cizallamiento (GPa): 80
• Alargamiento a la rotura (%): 20

Acero 1018

El acero 1018 o acero dulce al carbono se compone de hierro, azufre, fósforo, carbono y manganeso. Los fabricantes suelen emplear este grado de acero en el mecanizado de piezas de acero debido a su alta soldabilidad. Como tal, es la elección de metal por defecto para el mecanizado de piezas CNC de acero carburizado. Sin embargo, sería mejor soldar las piezas de acero CNC sólo después de endurecerlas con el proceso de carburación.

Además, el acero 1018 ofrece una excelente maquinabilidad aparte de ser notablemente soldable. Este tipo de acero es idóneo para Dispositivos CNC procesos como el torneado y el fresado del acero. Por lo tanto, los ingenieros y fabricantes de productos utilizan este grado de acero para ejes, husillos, tirantes y otras piezas de moldes. Sin embargo, el acero 1018 es bastante caro.

Propiedades mecánicas del acero 1018

• Dureza (Brinell): 131
• Resistencia a la tracción (MPa): 310
• Densidad (g cm-3): 7.87
• Módulo de cizallamiento (GPa) 78
• Alargamiento a la rotura (%): 15

Acero 1045

Este grado es un acero de carbono medio que contiene manganeso, hierro, silicio, carbono, fósforo o azufre. El acero 1045 es otro grado de acero versátil que los fabricantes de piezas de acero CNC utilizan para crear diferentes componentes. Este grado de acero es perfecto para aplicaciones de mecanizado CNC de acero donde la resistencia al agua es crucial porque es resistente y fuerte.

Además, el acero 1045 ofrece propiedades importantes como una alta soldabilidad y maquinabilidad, lo que lo hace adecuado para el mecanizado de precisión CNC. Por ello, los fabricantes prefieren este grado de acero para aplicaciones que requieren velocidades más altas.

Este grado de acero se aplica a la fabricación de espárragos, engranajes, pernos y ejes. Sin embargo, no es ideal para fabricar componentes muy resistentes, aunque es relativamente fuerte debido a sus propiedades medias de resistencia a la tracción y templabilidad.

Propiedades mecánicas del acero 1045

• Dureza (Brinell): 170
• Resistencia a la tracción en el límite elástico (MPa): 450
• Densidad (g cm-3): 7.87
• Módulo de cizallamiento (GPa): 60
• Alargamiento a la rotura (%): 12

1215 acero

Este grado de acero CNC tiene azufre, hierro, fósforo, carbono y manganeso en su composición química. Se conoce comúnmente como acero de mecanizado libre debido a su contenido relativamente alto de azufre.

El acero 1215 permite mayores velocidades de mecanizado y evita enredos en el mecanizado CNC del acero porque forma pequeñas virutas durante el mecanizado. Sin embargo, el mayor reto de este grado de acero es que no es soldable, y su contenido relativamente bajo de carbono limita su resistencia en comparación con otros grados estirados en frío.

Sin embargo, este grado de acero es adecuado para realizar proyectos automáticos que requieran un mecanizado pesado. Las aplicaciones típicas del acero 1215 incluyen racores para mangueras, espárragos, acoplamientos y tornillos.

Propiedades mecánicas del acero 1215

• Dureza (Brinell): 167
• Resistencia a la tracción (MPa): 415
• Densidad (g cm-3): 7.87
• Módulo de cizallamiento (GPa): 80
• Alargamiento a la rotura (%): 10

Opciones de acabado superficial para piezas de acero CNC

Los maquinistas suelen utilizar varios acabado superficial opciones para mejorar la estética y la funcionalidad del mecanizado CNC del acero. Por lo tanto, sería útil comprender que los distintos metales requieren acabados superficiales específicos. A continuación se indican los acabados superficiales estándar aplicables a Mecanizado CNC de acero inoxidable partes.

Recubrimiento en polvo

El recubrimiento en polvo es una opción de postprocesado que deposita polvo seco en la superficie de las piezas de mecanizado CNC de acero, formando una capa protectora. Esta capa de revestimiento tiene un grosor que oscila entre 0,15 (0,006") y 0,3 mm (0,012"). Los fabricantes utilizan este tratamiento de acabado para evitar la corrosión de las piezas de acero mecanizadas, ya que el acero desnudo puede oxidarse con facilidad.

Carburación

La carburación consiste en calentar el metal de acero en presencia de materiales carbonados como el carbón vegetal y el monóxido de carbono. El objetivo principal de este proceso es endurecer la superficie de las piezas de acero. Además, mejora considerablemente la resistencia al desgaste de las piezas.

Granallado

La técnica de granallado ofrece a las piezas de mecanizado CNC de acero una textura uniforme y un mejor acabado superficial. Consiste en disparar pequeñas perlas esféricas a gran velocidad sobre la superficie de acero. Este procedimiento elimina eficazmente los bordes afilados, los materiales residuales o las rebabas de las piezas de acero, mejorando la calidad de la superficie de sus piezas.

Niquelado

El acabado de niquelado galvaniza el acero CNC formando una fina capa uniforme de níquel de 0,1 mm de precisión en las piezas mecanizadas. Este proceso mejora la resistencia de la pieza de acero al desgaste y a las sustancias corrosivas.

Retos y soluciones para el mecanizado de acero

Aunque el mecanizado de acero es un método de fabricación habitual, este proceso de mecanizado de metales presenta algunos retos. Sin embargo, existen remedios ideales para conseguir un proceso de mecanizado CNC del acero rentable y fiable, mejorando la calidad, seguridad y eficacia del proceso. A continuación se presentan los retos típicos a los que se enfrentan los maquinistas al mecanizar acero y cómo superarlos.

Formación de virutas de material

Durante el mecanizado de acero con CNC, el acero forma virutas largas y continuas que pueden enredarse y atascar la máquina, lo que da lugar a un acabado superficial deficiente.

Sin embargo, cuando mecanice acero, utilice refrigerantes y lubricantes adecuados, como sistemas de refrigeración de alta presión. Mejora la formación y eliminación de virutas, garantizando un excelente acabado superficial.

Fuerza de mecanizado

El mecanizado CNC de acero suele utilizar grandes fuerzas de corte para fabricar piezas de acero. En consecuencia, puede provocar un fallo prematuro de la herramienta porque somete a la máquina a grandes esfuerzos. Sin embargo, garantizar la Mecanizado CNC de diferentes piezas lo mejor sería que tuviera una integridad estructural adecuada para soportar las fuerzas de mecanizado aplicadas. Además, utilice métodos de mecanizado adaptativos que regulen los parámetros de corte en tiempo real en función de la información del sensor para mejorar el acoplamiento de la herramienta y las fuerzas aplicadas.

Generación de calor

El mecanizado del acero produce un exceso de calor que puede provocar imprecisiones dimensionales y dilataciones térmicas en las piezas de acero acabadas. Sin embargo, puede disipar eficazmente el calor al mecanizar acero utilizando los refrigerantes y lubricantes adecuados.

Desgaste de herramientas

Las herramientas de corte CNC se desgastan más rápidamente y necesitan sustituciones constantes debido a la abrasividad del acero. Como consecuencia, los costes de las herramientas aumentan considerablemente. No obstante, utilizar recubrimientos avanzados para herramientas como el nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) o el carbo-nitruro de titanio (TiCN) aumenta la vida útil de las herramientas de corte y su resistencia al desgaste. Asimismo, utilizar la herramienta de corte y los parámetros de corte adecuados ayuda a reducir el desgaste de la herramienta.

Distorsión de la pieza

Las piezas de mecanizado CNC de acero (por ejemplo, acero 1045) pueden sufrir deformaciones o alabeos, especialmente cuando se retira material en grandes cantidades. Sin embargo, para evitar cualquier forma de distorsión al mecanizar acero, se aconsejan soluciones de sujeción de piezas fiables. Asimismo, lo mejor es reducir los voladizos. Esto reduce la desviación de la pieza y aumenta la precisión dimensional.

Ventajas y limitaciones del mecanizado CNC del acero

El mecanizado CNC de piezas de acero requiere una gran habilidad y experiencia en el mecanizado para lograr resultados fiables. Aunque el mecanizado CNC de acero puede ser exigente, sus ventajas superan las limitaciones.

Ventajas

• Las piezas de acero CNC presentan una notable resistencia al desgaste y la corrosión.
• Las calidades de acero poseen una buena maquinabilidad.
• Los materiales de acero son compatibles con una amplia gama de opciones de acabado superficial.

Limitaciones

• Aunque los distintos tipos de acero tienen propiedades diferentes, no todos son mecanizables. Por lo tanto, algunos tipos de acero son incompatibles con aplicaciones que incluyen la fabricación de piezas de acero con geometrías complejas.
• Ciertos grados de acero no son ideales para fabricar piezas de acero CNC sometidas a calor extremo, ya que los grados de acero tienen distintas sensibilidades.

Aplicaciones de las piezas de acero mecanizadas por CNC

El acero es uno de los metales de fabricación más utilizados. El mecanizado CNC del acero tiene diversas aplicaciones en todos los sectores.

• Aeroespacial: Se trata de álabes de turbina, soportes, piezas de motor y piezas estructurales.
• Productos sanitarios: Ejemplos: componentes de equipos médicos, instrumentos quirúrgicos e implantes ortopédicos.
• Automoción: Ejemplos típicos de piezas de acero en el sector de la automoción son las piezas del sistema de frenos, las piezas del motor, los componentes de la suspensión, los componentes de la transmisión y otras piezas críticas.
• Electrónica: Componentes como chasis, disipadores, conectores y otros componentes utilizados en montajes electrónicos son ejemplos típicos de piezas de acero mecanizadas por CNC.
• Bienes de consumo: Se trata de ordenadores portátiles, teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos. aparatos electrónicos.

Mecanizado de acero frente a aluminio: ¿Cuál es el más adecuado para su proyecto?

El acero y el aluminio son dos materiales muy utilizados para el mecanizado CNC. Normalmente, los fabricantes eligen entre estos dos en la mayoría de los proyectos de mecanizado. Sin embargo, aquí tiene una comparación que puede ayudarle a elegir el ideal para su proyecto:

Velocidad de mecanizado

Los maquinistas pueden cortar y conformar el aluminio más rápidamente, ya que es más ligero que el acero. Asimismo, el aluminio calentado se enfría más rápidamente que el acero calentado. En consecuencia, los ciclos de fabricación del mecanizado CNC del acero son más largos.

Maquinabilidad

Diferentes factores, como la resistencia y la dureza de un metal, determinan su maquinabilidad. En general, un metal es menos mecanizable cuando es extremadamente duro. Por consiguiente, este principio se aplica a los materiales de aluminio.

El aluminio tiene una dureza Brinell inferior (alrededor de 15), mientras que el acero tiene un rango superior (80 - 600). Además, el aluminio tiene un límite elástico y una resistencia a la tracción inferiores a los del acero. Por tanto, el acero es menos mecanizable pero más resistente que el aluminio.

Coste

El coste del acero frente al aluminio influye mucho a la hora de decidir cuál es el adecuado para un proyecto de mecanizado. Suele ser el caso cuando ambos metales son ideales para un determinado proyecto. El mecanizado CNC de acero suele ser más caro que el de aluminio, a pesar de que existen varios tipos y grados de ambos metales.

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Conclusión

El acero es un material versátil con muchas aplicaciones en diferentes industrias. El proceso de mecanizado CNC del acero ayuda a fabricar las mejores piezas de acero CNC adecuadas para diferentes fines a pesar de las propiedades variables de los distintos grados de acero.

Preguntas frecuentes

¿Puedo cortar acero con una máquina CNC?

Las máquinas CNC son perfectas para cortar metales como el acero. Estas máquinas ofrecen el alto grado de exactitud y precisión que requiere el mecanizado del acero.

¿Cómo puedo mejorar la maquinabilidad de los materiales de acero?

Se pueden añadir elementos de aleación, como azufre y fósforo, para que los materiales de acero sean más mecanizables.

¿Qué hace el cobre cuando se añade al acero?

Los fabricantes suelen combinar el cobre con el acero porque es un elemento de refuerzo. Mejora la resistencia a la fluencia y a la corrosión de las piezas de acero CNC.