Todo sobre el aluminio

Los maquinistas y los fabricantes de herramientas son un grupo resistente y temen poco. Muchos han conquistado el mundo de la fabricación con poco más que un juego de micrómetros y una lima. La mayoría ha sobrevivido a encuentros con ingenieros, inspectores de calidad y temidos profesionales de la seguridad.

Lo único que asusta a este grupo de malhumorados profesionales de la fabricación son los materiales difíciles de mecanizar. La principal preocupación de estos profesionales es que se les asigne la tarea de romper machos de máquina, desafilar taladros y, en general, agravar metales como el acero inoxidable, Hastelloy e Inconel. Todos esperan trabajos de aluminio.

El aluminio es liviano, limpio y fácil de mecanizar, razón por la cual los maquinistas disfrutan trabajar con él. Las aleaciones de aluminio llegan sin incrustaciones, suciedad ni aceites porque los procesos de fabricación del aluminio son más limpios que los de otros materiales. El aluminio también es uno de los materiales menos densos que se usan comúnmente para la fabricación, lo que hace que el metal sea fácil de manejar. Lo que es más importante, es un material dúctil, lo que hace que los procesos de fabricación y mecanizado no sean complicados.

La gente a veces pregunta: "¿A qué velocidad se puede mecanizar aluminio?" La respuesta es tan rápido como funcionará una máquina. Debido a que el aluminio es fácil de mecanizar, existe una amplia gama de velocidades de corte efectivas. El aluminio es muy indulgente y se puede mecanizar con éxito utilizando una amplia gama de parámetros de corte. La naturaleza misericordiosa del aluminio lo convierte en un material ideal para capacitar a los estudiantes, probar nuevos programas CNC y crear demostraciones geniales de máquinas herramienta en ferias comerciales.

Desafíos

Aunque el mecanizado de aluminio puede ser fácil, las características que hacen que sea sencillo de mecanizar pueden plantear desafíos, especialmente cuando se presentan grandes cantidades de producción, requisitos de ciclos estrictos y tolerancias estrechas.

Las aleaciones laminadas y extruidas son propensas a deformarse durante el proceso de mecanizado porque se interrumpen las tensiones internas. Es común que una parte esté dentro de la tolerancia mientras está restringida en un accesorio y fuera de tolerancia cuando no está restringida. Combatir la distorsión puede requerir un tratamiento térmico, técnicas de mecanizado modificadas y operaciones posteriores al mecanizado. Las piezas grandes con secciones delgadas, como las estructuras aeroespaciales, son las más problemáticas.

Además de ser dúctil, el aluminio conduce muy bien el calor y la combinación reduce la fragilidad en la zona de corte durante la formación de virutas. Esto significa que al aluminio no le gustan los procesos de rectificado tradicionales, por ejemplo, el rectificado de superficies y el rectificado de diámetro exterior. La creación de piezas de tolerancia estrecha sin esmerilado puede ser un desafío. Cuando estaba en la industria aeroespacial, aplicábamos anodizado de capa dura a las superficies de aluminio para poder usar rectificadoras OD en piezas de aluminio.

El control de virutas es otro problema típico de las aleaciones laminadas, forjadas y extruidas. En resumen, formar una viruta es fácil, pero puede ser difícil romperla, lo que da como resultado virutas largas y fibrosas que envuelven herramientas y piezas. Las geometrías de las herramientas de corte han avanzado significativamente en los últimos años, pero las profundidades de corte ligeras y las velocidades de corte altas aún pueden crear problemas con la formación continua de virutas. Eliminar las virutas fibrosas puede requerir modificar las velocidades de corte, las cargas de virutas y las geometrías de las herramientas. Las virutas continuas son un obstáculo sustancial para lograr tiempos de ciclo óptimos.

El desarrollo de máquinas herramienta, herramientas de corte y técnicas de mecanizado específicamente para aluminio ha avanzado rápidamente desde la década de 1990, y varios fabricantes de máquinas herramienta han puesto en el mercado máquinas diseñadas expresamente para el mecanizado de aluminio. Cuando se combina con herramientas de corte avanzadas, la combinación puede crear grandes volúmenes de virutas de aluminio. Si no se retiran de un área de trabajo, pueden ocurrir cosas malas. Comúnmente conocido como re-corte, las virutas pueden ser absorbidas por una herramienta de corte y quedar atrapadas entre la herramienta y la pieza, causando un acabado superficial deficiente, la rotura de la herramienta y un mayor desgaste de la herramienta. Los fabricantes han empleado refrigerante a alta presión para expulsar las virutas de la zona de corte y han aplicado sistemas de inundación de alto volumen para eliminar las virutas de la máquina. El volumen de virutas de estas máquinas es tan grande que los diseños de las máquinas herramienta tuvieron que cambiar para poder utilizar la gravedad para ayudar a evacuar las virutas. Algunos tornos verticales se han invertido para que sus mandriles estén por encima de las herramientas de corte, lo que obliga a que las virutas se caigan de las piezas.

El aluminio también tiene una propensión a soldarse con virutas o adherirse al borde de una herramienta de corte. La soldadura por astillas altera la geometría de la herramienta, lo que exacerba el problema de la soldadura y crea una reacción en cadena que normalmente provoca la falla de la herramienta. Un acabado superficial borroso o de aspecto derretido es el principal indicador de la soldadura por astillas. Las virutas de aluminio bien formadas deben ser muy brillantes y suaves por un lado y tener una apariencia escarchada por el otro. Esto indica que las virutas se deslizan por la cara de la herramienta sin obstáculos. Si una viruta es borrosa y blanca en ambos lados, es probable que se haya producido una soldadura de viruta. Se necesitan velocidades de corte correctas, refrigerante adecuado, herramientas de corte debidamente preparadas y un buen desarrollo del proceso para combatir la soldadura por virutas.

Las piezas automotrices de aluminio a menudo se fabrican mediante fundición a presión, y los fabricantes de automóviles utilizan enormes cantidades de aluminio fundido a presión. Aunque es rápido y preciso y crea piezas con una forma casi neta, con frecuencia se requiere un mecanizado para garantizar un ajuste mecánico adecuado. Los productos químicos de aleación utilizados para crear aleaciones de fundición a presión hacen que los materiales sean extremadamente abrasivos y pueden causar estragos en las herramientas de corte. El uso de acero de alta velocidad ni siquiera se considera cuando se mecanizan piezas fundidas a presión, y las herramientas de carburo generalmente se usan solo cuando es necesario. El mecanizado de aleaciones fundidas a presión requiere herramientas de diamante policristalino.

Las herramientas PCD se fabrican mediante la soldadura fuerte de diamantes de grado industrial en cuerpos de carburo o HSS. Luego, estas herramientas se superponen para crear la geometría deseada. Dos características significativas hacen que el PCD sea ideal para el mecanizado de aluminio. PCD es la sustancia más resistente al desgaste utilizada para la fabricación de herramientas de corte y es muy resistente a la soldadura por virutas. El mecanizado de piezas automotrices de gran volumen en celdas autónomas exige el uso de herramientas PCD.

Como puede suponer, las herramientas PCD son muy caras y casi siempre están diseñadas a medida para una aplicación específica. PCD es capaz de trabajar a velocidades extremadamente altas. También es la primera opción para el acabado de piezas con tolerancias estrechas porque el aluminio no se suelda al borde de corte. La soldadura por astillas es la causa principal del acabado superficial deficiente y la incapacidad de mantener tolerancias estrictas.

El aluminio puede presentar desafíos, pero los fabricantes de máquinas herramienta y herramientas de corte han logrado avances significativos en las últimas dos décadas. Ser eficiente requiere comprender las tecnologías disponibles y equilibrar los costos con las cantidades de producción.

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Sustancia utilizada para esmerilar, bruñir, lapear, superterminar y pulir. Los ejemplos incluyen granate, esmeril, corindón, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico y diamante en varios tamaños de grano.

Sustancias que tienen propiedades metálicas y que están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Aluminio que contiene cantidades especificadas de elementos de aleación añadidos para obtener las propiedades mecánicas y físicas necesarias. Las aleaciones de aluminio se dividen en dos categorías: composiciones forjadas y composiciones de fundición. Algunas composiciones pueden contener hasta 10 elementos de aleación, pero solo uno o dos son los principales elementos de aleación, como cobre, manganeso, silicio, magnesio, zinc o estaño.

Controlador basado en microprocesador dedicado a una máquina herramienta que permite la creación o modificación de piezas. El control numérico programado activa los servos de la máquina y los accionamientos del husillo y controla las diversas operaciones de mecanizado. Ver DNC, control numérico directo; NC, control numérico.

Fluido que reduce la acumulación de temperatura en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Normalmente toma la forma de un líquido como mezclas químicas o solubles (semisintéticas, sintéticas) pero puede ser aire comprimido u otro gas. Debido a la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor, se usa ampliamente como refrigerante y vehículo para varios compuestos de corte, y la relación agua-compuesto varía según la tarea de mecanizado. Véase fluido de corte; fluido de corte semisintético; fluido de corte de aceite soluble; Fluido de corte sintético.

Proceso de fundición en el que el metal fundido se fuerza a alta presión en la cavidad de un molde de metal.

Dispositivo, a menudo de fabricación propia, que sujeta una pieza de trabajo específica. Ver plantilla; fijación modular.

Operación de maquinado en la cual el material es removido de la pieza de trabajo por medio de una rueda abrasiva motorizada, piedra, banda, pasta, hoja, compuesto, lodo, etc. Toma varias formas: pulido superficial (crea superficies planas y/o cuadradas); rectificado cilíndrico (para formas cilíndricas y cónicas externas, filetes, muescas, etc.); rectificado sin centro; biselado; rectificado de roscas y formas; rectificado de herramientas y cortadores; molienda improvisada; lapeado y pulido (pulido con granos extremadamente finos para crear superficies ultrasuaves); bruñido; y rectificado de discos.

Disponible en dos tipos principales: aceros rápidos de tungsteno (designados con la letra T que tiene el tungsteno como principal elemento de aleación) y aceros rápidos de molibdeno (designados con la letra M que tiene el molibdeno como elemento principal de la aleación). Los aceros rápidos tipo T que contienen cobalto tienen mayor resistencia al desgaste y mayor dureza al rojo (caliente), soportando temperaturas de corte de hasta 1,100º F (590º C). Los aceros tipo T se utilizan para fabricar herramientas de corte de metales (fresas, taladros, escariadores y machos de roscar), herramientas para trabajar la madera, varios tipos de punzones y matrices, rodamientos de bolas y de rodillos. Los aceros tipo M se utilizan para herramientas de corte y varios tipos de matrices.

Cota que define el diámetro exterior de una pieza cilíndrica o redonda. Ver ID, diámetro interior.

Cota que define el diámetro exterior de una pieza cilíndrica o redonda. Ver ID, diámetro interior.

Material de herramienta de corte que consiste en cristales de diamante natural o sintético unidos entre sí bajo alta presión a temperaturas elevadas. PCD está disponible como una punta soldada a un soporte de inserto de carburo. Se utiliza para mecanizar aleaciones no ferrosas y materiales no metálicos a altas velocidades de corte.

Material de herramienta de corte que consiste en cristales de diamante natural o sintético unidos entre sí bajo alta presión a temperaturas elevadas. PCD está disponible como una punta soldada a un soporte de inserto de carburo. Se utiliza para mecanizar aleaciones no ferrosas y materiales no metálicos a altas velocidades de corte.

Mecanizado de una superficie plana, en ángulo o contorneada al pasar una pieza de trabajo por debajo de una muela abrasiva en un plano paralelo al husillo de la muela abrasiva. Ver molienda.

Cantidad mínima y máxima que se permite que una dimensión de la pieza de trabajo varíe de un estándar establecido y aún así sea aceptable.

Christopher Tate es gerente de ingeniería de manufactura en Unified Brands Inc. en Vicksburg, Mississippi.