Todo sobre el aluminio.

Los maquinistas y 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 profesionales de la fabricación son los materiales difíciles de mecanizar. Ser asignado a romper machos de roscar, desafilar taladros y, en general, dañar metales como el acero inoxidable, Hastelloy e Inconel es la principal preocupación de estos profesionales. Todos esperan con ansias los trabajos en aluminio.

El aluminio es ligero, limpio y fácil de mecanizar, motivo por el cual los maquinistas disfrutan trabajando 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 es también uno de los materiales menos densos que se utilizan habitualmente en la fabricación, lo que hace que el metal sea fácil de manipular. Lo más importante es que es un material dúctil, lo que simplifica los procesos de fabricación y mecanizado.

A veces la gente pregunta: "¿Qué tan rápido se puede mecanizar aluminio?" La respuesta es tan rápida como lo haría 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 estudiantes, probar nuevos programas CNC y crear interesantes demostraciones de máquinas herramienta en ferias comerciales.

Desafíos

Aunque mecanizar aluminio puede ser fácil, las características que lo hacen sencillo pueden plantear desafíos, especialmente cuando se presentan altas cantidades de producción, requisitos de ciclo 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 pieza esté dentro de la tolerancia mientras está restringida en un dispositivo y fuera de tolerancia cuando no está restringida. Combatir la distorsión puede requerir 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 viruta. Esto significa que al aluminio no le gustan los procesos de rectificado tradicionales, por ejemplo, el rectificado de superficies y el rectificado del diámetro exterior. Crear piezas con tolerancias estrechas sin esmerilado puede resultar un desafío. Cuando estaba en la industria aeroespacial, aplicábamos anodizado de capa dura a las superficies de aluminio para poder usar rectificadoras de diámetro exterior 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 se envuelven alrededor de 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 viruta. La eliminación de virutas fibrosas puede requerir la modificación de 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 específicas para el aluminio ha avanzado rápidamente desde la década de 1990, y varios fabricantes de máquinas herramienta han comercializado máquinas diseñadas expresamente para mecanizar aluminio. Cuando se combina con herramientas de corte avanzadas, la combinación puede crear enormes volúmenes de virutas de aluminio. Si no se retiran del área de trabajo, pueden suceder cosas malas. Comúnmente conocido como recorte, las virutas pueden ser aspiradas por una herramienta de corte y quedar atrapadas entre la herramienta y la pieza, provocando un acabado superficial deficiente, rotura de la herramienta y un mayor desgaste de la misma. 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 queden por encima de las herramientas de corte, lo que obliga a que las virutas se caigan de las piezas.

El aluminio también tiene tendencia a soldarse con virutas o a adherirse al borde de una herramienta de corte. La soldadura de viruta altera la geometría de la herramienta, lo que agrava el problema de la soldadura y crea una reacción en cadena que normalmente resulta en fallas de la herramienta. Un acabado superficial con apariencia borrosa o derretida es el principal indicador de soldadura por viruta. Las virutas de aluminio bien formadas deben ser muy brillantes y lisas por un lado y tener una apariencia esmerilada por el otro. Esto indica que las virutas se deslizan libremente por la cara de la herramienta. Si una viruta está borrosa y blanca en ambos lados, es probable que se haya producido una soldadura de la viruta. Para combatir la soldadura de virutas se necesitan velocidades de corte correctas, refrigerante adecuado, herramientas de corte preparadas adecuadamente y un buen desarrollo del proceso.

Las piezas de aluminio para automóviles 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 perfecta, con frecuencia se requiere 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 rápido ni siquiera se tiene en cuenta al mecanizar piezas fundidas a presión, y las herramientas de carburo normalmente se utilizan sólo cuando es necesario. El mecanizado de aleaciones fundidas requiere herramientas de diamante policristalino.

Las herramientas PCD se fabrican soldando diamantes de calidad industrial sobre cuerpos de carburo o HSS. Luego, estas herramientas se traslapan para crear la geometría deseada. Dos características importantes hacen que el PCD sea ideal para mecanizar aluminio. El PCD es la sustancia más resistente al desgaste utilizada en la fabricación de herramientas de corte y es muy resistente a la soldadura por viruta. El mecanizado de piezas de automóviles de gran volumen en células autónomas exige el uso de herramientas PCD.

Como puede imaginar, 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 filo. La soldadura por viruta 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, superacabar 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 están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Aluminio que contiene cantidades específicas de elementos de aleación añadidos para obtener las propiedades físicas y mecánicas 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 sólo uno o dos son los elementos de aleación principales, 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 y accionamientos del husillo de la máquina y controla las distintas 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 soluble o mezclas químicas (semisintéticas, sintéticas) pero puede ser aire presurizado u otro gas. Debido a la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor, se usa ampliamente como refrigerante y vehículo para diversos compuestos de corte, y la relación agua-compuesto varía según la tarea de mecanizado. Ver fluido de corte; fluido de corte semisintético; fluido de corte en aceite soluble; fluido de corte sintético.

Proceso de fundición en el que el metal fundido se introduce 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 mecanizado en la que se elimina el material de la pieza de trabajo mediante una muela abrasiva motorizada, piedra, correa, pasta, lámina, compuesto, lodo, etc. Toma varias formas: rectificado de superficies (crea superficies planas y/o cuadradas); rectificado cilíndrico (para formas cilíndricas y cónicas externas, filetes, socavados, etc.); rectificado sin centros; biselado; rectificado de hilos y formas; rectificado de herramientas y cortadores; molienda brusca; lapeado y pulido (pulido con granos extremadamente finos para crear superficies ultralisas); bruñido; y rectificado de discos.

Disponible en dos tipos principales: aceros rápidos de tungsteno (designados con la letra T que tienen tungsteno como principal elemento de aleación) y aceros rápidos de molibdeno (designados con la letra M que tienen molibdeno como principal elemento de 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 para corte de metales (fresas, taladros, escariadores y machos de roscar), herramientas para trabajar la madera, diversos tipos de punzones y matrices, rodamientos de bolas y de rodillos. Los aceros tipo M se utilizan para herramientas de corte y diversos tipos de troqueles.

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

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

Material de herramienta de corte que consiste en cristales de diamante naturales o sintéticos unidos entre sí bajo alta presión y temperaturas elevadas. El PCD está disponible como 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 naturales o sintéticos unidos entre sí bajo alta presión y temperaturas elevadas. El PCD está disponible como 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 pasando una pieza de trabajo por debajo de una muela abrasiva en un plano paralelo al husillo de la muela abrasiva. Ver molienda.

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

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