Mecanizado CNC de metales: cómo funciona y mejores tipos de metal

Metales, plásticos y materiales compuestos son algunos de los materiales de ingeniería entre los que puede elegir para la producción de sus piezas cuando utilice el mecanizado de metales CNC por control numérico por ordenador. Sin embargo, los metales son los materiales de ingeniería CNC más utilizados en numerosos sectores.

En este artículo, destacaremos el proceso de mecanizado CNC de metales, las diferentes operaciones de mecanizado de metales y los metales típicos adecuados para el mecanizado CNC. Siga leyendo.

Índice

Papel del mecanizado CNC en la fabricación de piezas metálicas

En la producción de metales, el mecanizado CNC de metales y el mecanizado desempeñan diversas funciones. Más precisamente, se emplean para llevar a cabo varias tareas esenciales, tales como:

Prototipos metálicos

Antes de fabricar una pieza pasan muchas cosas, desde pasos importantes como la creación de un diseño CAD hasta someter los diseños a pruebas y análisis virtuales.

Pero para evaluar la funcionalidad del concepto, los fabricantes necesitan un prototipo metálico. Aunque en la creación de prototipos se utilizan muchos procesos, los fabricantes suelen necesitar el mecanizado CNC para hacerlo con rapidez.

La creación de prototipos metálicos mediante mecanizado CNC garantiza la repetibilidad y la coherencia. También es muy preciso y ahorra tiempo, además de ser rentable. Otra ventaja del mecanizado CNC de metal para prototipos metálicos es la versatilidad del proceso, ya que funciona con una amplia gama de metales y materiales no metálicos.

Producción de bajo volumen

Las piezas de mecanizado de metales CNC de bajo volumen o de lotes pequeños se refieren a la producción de piezas o productos en lotes pequeños, que suelen oscilar entre 10 y 1.000 piezas. Es un método que utilizan los fabricantes para reducir el coste de la producción de metal. Producir pequeñas cantidades reduce Costes de mecanizado CNC y facilita los cambios de diseño sin causar pérdidas.

¿Cómo funciona el mecanizado CNC de metales?

Diseño CAD

El primer paso consiste en crear un diseño asistido por ordenador (CAD) en formato 2D o 3D utilizando software CAD. Este software permite renderizar cualquier pieza que cumpla las especificaciones técnicas necesarias.

Es esencial tener en cuenta que las características de la pieza metálica influyen considerablemente en el diseño y el resultado.

Programación

A continuación, el archivo CAD debe convertirse a un formato de archivo compatible con un metal de mecanizado CNC de control numérico por ordenador. El software de fabricación asistida por ordenador (CAM) inspecciona el archivo CAD y genera códigos de programación. A grandes rasgos, los códigos se dividen en dos categorías: Código de máquina (M-Code) y Código geométrico (G-Code).

Configuración de la máquina

La puesta a punto de la máquina CNC requiere dos pasos. En primer lugar, hay que asegurarse de que la máquina está en buenas condiciones de funcionamiento mediante una comprobación exhaustiva.

El siguiente paso consiste en fijar firmemente la pieza metálica a la máquina. Mientras se fijan los equipos y piezas necesarios, la pieza metálica puede introducirse directamente en la máquina.

Mecanizado de piezas metálicas

Una vez configurada la máquina CNC, puede iniciar el programa CNC. El programa CNC representa el núcleo de las funcionalidades del mecanizado CNC de metales. Dirige los movimientos y acciones de la máquina para obtener el resultado deseado, asegurándose de que las piezas de metal mecanizadas cumplen las especificaciones del fabricante.

Tipos de metal habituales para el mecanizado CNC

Varios metales y aleaciones se utilizan en la Proceso de mecanizado CNCpero aquí hablaremos de los más comunes. Entre ellas están:

Acero

Uno de los metales más populares para el mecanizado preciso CNC es el acero. Es una aleación con hasta 2% de carbono, hierro y varios elementos adicionales en diferentes proporciones. Cuatro tipos principales de acero se utilizan en el mecanizado CNC: Al carbono, inoxidable, aleado y para herramientas. Es importante tener en cuenta que estos tipos de acero tienen subcategorías y grados. Por ejemplo, el acero inoxidable tiene los grados 304, 316, 410, 430 y 2205.

No obstante, si su pieza mecanizada se va a utilizar en un clima húmedo, el acero podría no ser la mejor elección de metal debido a su alta susceptibilidad a la corrosión.

Aluminio

Al igual que el acero, el aluminio es popular por su uso en muchos sectores diferentes. Sin embargo, su resistencia a la corrosión y su ligereza lo distinguen de los demás. En general, el aluminio es 2,5 veces menos denso que el acero y es menos propenso a fracturarse durante el mecanizado CNC.
Las aleaciones de aluminio comunes que encuentran aplicación en el mecanizado CNC de metal incluyen el 2024, 6061 y 7075. También hay aleaciones de aluminio poco comunes utilizados para el mecanizado CNC, incluyendo 3003 y 5052.

Latón

El zinc y el cobre son los dos metales que componen el latón. El latón es conocido por ser estable, fuerte, de dureza media y, sobre todo, fácil de mecanizar. A diferencia de la mayoría de los metales blandos utilizados en el mecanizado CNC, las aleaciones de latón no sobrecargan innecesariamente la maquinaria.

A diferencia de la mayoría de los metales blandos utilizados en el mecanizado CNC de metales, las aleaciones de latón no suponen un esfuerzo innecesario para la maquinaria. Existen varios tipos de aleaciones de latón para el mecanizado CNC, como C360, C230 y C220.

El latón es propenso al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que puede suponer un problema importante, sobre todo en presencia de amoníaco o soluciones a base de amoníaco. Para superar esta restricción, debe aplicar tratamientos térmicos como el recocido a la pieza durante el postprocesado.

Cobre

El cobre es un metal que se mecaniza con frecuencia para su uso en diversas industrias. Presenta una excelente calidad superficial, una gran conductividad eléctrica y térmica y una excelente mecanizabilidad.

Los componentes de cobre mecanizados por CNC se utilizan habitualmente para placas de circuitos y electroimanes en las industrias electrónica y de semiconductores. Sin embargo, el principal inconveniente de las aleaciones de cobre es que se corroen fácilmente con los sulfuros, los halógenos y las soluciones que contienen amoníaco.

Titanio

El titanio es un metal muy solicitado por muchas industrias debido a su excepcional relación fuerza-peso y su resistencia a la corrosión. Además de ser un material poco caro, las piezas mecanizadas de titanio CNC son de gran calidad. También favorece casi todas las técnicas de acabado de superficies, como la electroforesis, el recubrimiento en polvo y el granallado.

Existen diferentes grados de titanio para el mecanizado CNC de metales, incluidos los grados 1, 2, 3, 4, 11 y 12. Estos grados tienen diferentes niveles de resistencia, resistencia a la corrosión y conformabilidad. Estos grados tienen diferentes niveles de resistencia, resistencia a la corrosión y conformabilidad.

Diferentes procesos CNC en el mecanizado de metales

Existen diferentes procesos CNC utilizados para el mecanizado de metales. Algunos ejemplos de los procesos de mecanizado CNC más típicos son los siguientes:

Fresado CNC

El material se retira de la pieza de trabajo mediante multipuntos giratorios Herramientas de corte CNC en el proceso de fresado. Cuando se utiliza el fresado CNC, normalmente el metal de mecanizado CNC alimenta la pieza de trabajo a la herramienta de corte en la misma dirección que la rotación de la herramienta de corte.

El fresado de una pieza metálica es una forma específica que implica el giro de herramientas de corte multipunto. Las fresas de chaflán, de mango y helicoidales son herramientas de fresado que pueden orientarse vertical u horizontalmente.

Torneado CNC

El torneado CNC es un método de mecanizado sustractivo extremadamente preciso que funciona según los mismos principios que una máquina de torno. La herramienta de corte se presiona contra una pieza giratoria para eliminar material y dar la forma deseada.

Mientras la materia prima gira rápidamente, el centro de torneado o torno permanece en su sitio. Una herramienta de corte de una sola punta ayuda a dar forma al material mientras la pieza gira a lo largo del movimiento del doble eje de metal de mecanizado CNC. El programa informático de entrada controla el centro de torneado o el torno, lo que garantiza la fabricación de componentes de gran precisión.

Taladrado CNC

El proceso de taladrado utiliza agujeros cilíndricos de piezas metálicas mediante brocas multipunto. Además, el taladrado crea orificios alineados verticalmente con tamaños iguales a la broca utilizada para la operación alimentando la broca giratoria a través de la máquina perpendicularmente a la superficie de la pieza.

Para las operaciones de taladrado angular, esto implica configuraciones específicas de la máquina y sistemas de sujeción del trabajo.

Mecanizado por descarga eléctrica

Las descargas de arco eléctrico, o EDM para abreviar, se utilizan en el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) para producir microrroturas que producen rápidamente cortes completos. La electroerosión, a veces denominada mecanizado por chispa, se utiliza en situaciones en las que se necesitan tolerancias precisas y patrones geométricos intrincados en materiales duros. Sin embargo, su aplicación se limita a las aleaciones metálicas, ya que requiere que el material base sea conductor de la electricidad.

Ventajas de las piezas metálicas mecanizadas por CNC

Las piezas mecanizadas por CNC ofrecen ciertas ventajas que no pueden conseguirse con piezas moldeadas por inyección o Impreso en 3D piezas. Estas son algunas de las principales ventajas de las piezas metálicas mecanizadas.

Prototipos excelentes

Dado que las piezas metálicas mecanizadas por CNC pueden fabricarse como piezas únicas, son útiles y tienen un precio razonable para prototipos metálicos. Además, el mecanizado es más rápido que el moldeo, por lo que los equipos de investigación y desarrollo pueden pasar rápidamente por varias iteraciones de un artículo y luego probarlo y evaluarlo según sea necesario antes de ponerlo en producción.

Consistencia de la calidad de las piezas

La creación de piezas metálicas de mecanizado CNC permite alcanzar altos niveles de calidad. Y lo que es más importante, los clientes pueden establecer tolerancias que el maquinista debe respetar. Esto implica que el operario de la máquina o el maquinista pueden tomarse su tiempo mientras mecanizan componentes y detalles con tolerancias precisas.

Aunque los moldes de inyección pueden producir piezas con tolerancias extremadamente ajustadas, no mantienen este estándar en todos los moldes. La estrecha tolerancia conseguida con piezas producidas anteriormente suele desaparecer hacia el final de la vida útil del molde.

Parte Fuerza

El mecanizado CNC de metales es más resistente que otros procesos de fabricación como la impresión 3D, que pueden ser más débiles a lo largo de un eje debido al apilamiento de materiales unos sobre otros. Esto se debe a que el mecanizado CNC es un proceso sustractivo, que consiste en fabricar la pieza deseada cortando materiales de un bloque sólido, con lo que se consiguen piezas con una resistencia uniforme.

Además, las piezas metálicas mecanizadas por CNC suelen ser más resistentes que sus homólogas moldeadas. Esto se debe a que la mayoría de las piezas moldeadas tienen una restricción en su rendimiento mecánico debido a los requisitos de paredes finas.

Plazos de entrega más cortos

El mecanizado CNC es uno de los procesos de fabricación de metales más rápidos que existen en la actualidad, lo que se traduce en un plazo de entrega más rápido. El proceso de fabricación también es muy eficiente, lo que contribuye en parte a ello.

Dado que el mecanizado es un proceso de un solo paso y que los centros de mecanizado de metales CNC funcionan con rapidez, las piezas metálicas mecanizadas son fáciles de crear (en pequeñas cantidades), lo que reduce los plazos de entrega y permite una comercialización más rápida.

Mejor acabado superficial

Las piezas metálicas mecanizadas están libres de los problemas de calidad superficial que surgen con el moldeo, como saltos en la línea de separación, chorreado y líneas de flujo. Las piezas mecanizadas pueden alcanzar niveles de calidad superficial extremadamente altos con solo un pequeño tratamiento posterior.

Además, incluso sin postprocesado, el mecanizado produce un pulido superficial considerablemente mejor que la impresión 3D. El lijado o el tratamiento químico son necesarios para suavizar cualquier línea de capa aparente que la impresión 3D, especialmente la impresión FDM, pueda dejar en la superficie de la pieza. Estas líneas de capa no están presentes en las piezas mecanizadas.

No Cantidad mínima de pedido (MOQ)

Una de sus principales ventajas es que el mecanizado CNC de metal puede producir piezas sin pedido mínimo. Para las piezas moldeadas es necesario fabricar utillaje metálico, una operación que requiere mucha mano de obra y suele costar decenas de miles de dólares. En cambio, como las piezas mecanizadas se cortan directamente a partir de una pieza en bruto, resulta asequible encargar cantidades extremadamente pequeñas o incluso piezas únicas.

Opciones de tratamiento superficial para CNC Metal

Tras el mecanizado, las piezas metálicas pueden tratarse para cambiar la textura y el aspecto de su superficie. Los acabados pueden tener una finalidad práctica o estética. Las opciones de tratamiento de superficies para el mecanizado CNC de metal incluyen:

• Anodizado
• Recubrimiento en polvo
• Granallado
• Recubrimiento de alodine
• Revestimiento de óxido negro
• Galvanoplastia
• Pasivación
• Cepillado
• Pulido

Tipos de máquinas CNC utilizadas en el procesamiento de metales

En las modernas instalaciones de fabricación de metales, existen varios tipos de mecanizado CNC de metales. Entre ellos se encuentran algunos de estos:

Tornos CNC

Esta máquina crea piezas metálicas haciendo girar la pieza metálica sobre un husillo. Se utiliza una herramienta de corte para moldear la pieza con la forma adecuada a medida que el material va girando. Producen perfectamente productos simétricos con geometrías cónicas, esféricas o cilíndricas.

Rectificadoras CNC

Las rectificadoras desgastan el material utilizando una muela giratoria para rectificar o rallar el material hasta darle la forma deseada. La herramienta gira mientras la pieza, normalmente fijada a la mesa de la máquina, se desplaza a lo largo de los ejes X, Y y Z.

Fresadoras CNC

Este mecanizado CNC de metales permite un mecanizado de metales de precisión significativamente mayor que cuando el proceso se realiza manualmente. Las variaciones de profundidad, ángulo y dirección de corte pueden programarse en la fresadora CNC. Existen distintos tipos de fresadoras CNC, como las verticales, las horizontales y las multieje.

Taladradoras CNC

La tecnología CNC puede controlar sofisticadas máquinas de taladrado, garantizando una colocación precisa de los orificios en diversos materiales metálicos. El punzonado, también conocido como taladrado de corte interrumpido, es un proceso sistemático de perforación de orificios en metales gruesos.

Además, en las taladradoras de torreta CNC se instalan numerosas brocas e instrumentos de corte en una torreta. La automatización permite colocar con rapidez y precisión los instrumentos necesarios para taladrar.

Diversas aplicaciones de las piezas metálicas CNC

La precisión, adaptabilidad y durabilidad de las piezas CNC metálicas las hacen útiles en diversas industrias. Examinemos algunas de las principales industrias en las que el mecanizado CNC de metal es esencial:

Industria aeroespacial

El mecanizado aeroespacial de metales es esencial para la industria. Garantiza que las piezas metálicas de los aviones se fabriquen con precisión, algo esencial para la seguridad. Los soportes del motor, los componentes del tren de aterrizaje, los paneles de acceso al combustible y los componentes del flujo de combustible son ejemplos de piezas aeroespaciales mecanizables.

Industria del automóvil

El sector de la automoción utiliza con frecuencia fresadoras CNC tanto para producción como para prototipos. Es posible fresar metal extruido en piezas como ejes, cajas de cambios, válvulas y bloques de cilindros.

Industria de defensa

El mecanizado CNC garantiza la precisión y fiabilidad de los equipos de defensa. El mecanizado CNC de metales es útil para piezas metálicas como radares, armas y equipos de comunicación.

Sanidad

El mecanizado CNC es necesario para herramientas de diagnóstico, instrumentos quirúrgicos y implantes médicos. Para la seguridad del paciente, las piezas metálicas CNC deben tener alta precisión y biocompatibilidad.

Industria del petróleo y el gas

La investigación, el perfeccionamiento y la construcción de tuberías implican el mecanizado CNC de metales. La empresa fabrica piezas para equipos de perforación, bombas y válvulas.

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Conclusión

Uno de los aspectos más importantes del sector industrial es el mecanizado CNC de metales, que produce resultados precisos para una gran variedad de componentes. La capacidad y flexibilidad del mecanizado CNC garantizan resultados uniformes independientemente de la escala de producción y el tipo de metal utilizado.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuáles son las tolerancias del mecanizado CNC de metales?

El diseñador determina la tolerancia -el intervalo permitido para una dimensión- basándose en la forma, el ajuste y la funcionalidad de un producto. La tolerancia habitual para las piezas metálicas mecanizadas por CNC es de ±0,10 mm a ±0,05 mm, a menos que el diseñador especifique lo contrario.

¿Cuál es el metal más fácil de fresar?

Conocido por su escasa resistencia y estabilidad, el latón es uno de los metales más asequibles y sencillos de procesar.

¿Qué factores afectan a la selección de metales para el mecanizado CNC?

Al seleccionar un metal para el mecanizado CNC, las características importantes son la resistencia, la ductilidad, la tenacidad, la resistencia a la fatiga, la dureza y la conductividad. Además, las cualidades específicas de cada metal pueden hacer que sus precios y procedimientos de mecanizado varíen significativamente.