Mecanizado CNC de aluminio: una guía completa
El aluminio es una elección popular de material para aplicaciones de mecanizado CNC debido a sus cualidades físicas favorables. Es fuerte, lo que lo hace adecuado para piezas mecánicas, y su capa externa oxidada resiste a la corrosión causada por los elementos. Estas ventajas han hecho que las piezas de aluminio sean populares en varias industrias, especialmente en las industrias aeroespacial, automotriz, salud y electrónica de consumo.
Este artículo describe algunos de los principales beneficios del mecanizado CNC de aluminio y por qué es uno de los más populares.prototipo rápido y procesos de producción.
Por qué el aluminio en el mecanizado CNC
El mecanizado CNC de aluminio tiene varias ventajas como a continuación sobre otros metales.
Resistencia a la corrosión
El aluminio tiene una fuerte resistencia a la corrosión, lo que ofrece protección contra el desgaste químico y la oxidación. 6061 es uno de los grados más resistentes a la corrosión, y se utiliza en varias aplicaciones para proteger contra entornos corrosivos.
Reciclabilidad
El aluminio es altamente reciclable, lo que lo hace ideal para empresas que buscan reducir su impacto ambiental o minimizar los residuos de materiales al tiempo que ahorran dinero. Debido a las cantidades potencialmente enormes de residuos generados por estas operaciones durante el corte de piezas de trabajo, las aplicaciones de mecanizado CNC utilizan con frecuencia materiales reciclables.
Relación fuerza-peso
El aluminio se utiliza en muchas partes debido a sus grandes características físicas, como su naturaleza ligera pero de alta resistencia. Las cualidades del aluminio lo hacen excelente para la producción de piezas cruciales en una variedad de industrias, incluyendo la industria automotriz y aeroespacial. Los ejes automotrices y los accesorios de aviación son dos ejemplos de piezas que dependen del aluminio mecanizado por CNC.
Es importante entender que diferentes tipos de aluminio servir a diferentes fines. Un grado de uso general, como 6061, tiene una alta relación resistencia-peso que es compatible con una amplia gama de piezas. Mientras tanto, las aplicaciones marítimas y aeronáuticas pueden requerir aluminio más fuerte como el grado 7075.
Conductividad eléctrica
Debido a la excelente conductividad del aluminio, el aluminio mecanizado por CNC se utiliza con frecuencia en componentes eléctricos. Aunque no es tan conductor como el cobre, el aluminio puro puede conducir alrededor de 37,7 millones de Siemens por metro a temperatura ambiente de alrededor de 20 ° C. Ciertas aleaciones pueden tener menor conductividad, pero el aluminio es generalmente más conductor que el acero inoxidable y otros metales.
Maquinabilidad
Los ingenieros generalmente prefieren el aluminio a otros metales debido a su maquinabilidad. Debido a que este metal es fácil de formar y triturar, se puede cortar correctamente y eficientemente utilizando máquinas de mecanizado CNC. Este alto nivel de mecanizabilidad disminuye el marco de tiempo del trabajo de mecanizado, haciendo que el procedimiento sea considerablemente más económico. Además, la maquinabilidad del aluminio reduce la posibilidad de deformación del componente al cortar la pieza de trabajo, lo que resulta en una mayor precisión, precisión y repetibilidad.
Aleaciones de aluminio populares para mecanizado CNC
Aquí hay algunos de los populares aleaciones de aluminio disponible para mecanizado CNC, incluyendo sus pros y contras:
Aluminio 1050
El aluminio 1050 es una aleación de aluminio comercial pura con excelente resistencia a la corrosión y alta conductividad eléctrica. Es suave y altamente dúctil, lo que lo hace fácil de formar y mecanizar. Sin embargo, tiene menor resistencia mecánica en comparación con otras aleaciones.
Ventajas
- Excelente resistencia a la corrosión
- Alta conductividad eléctrica y térmica
- Bueno para formar y anodizar
Desventajas
- Baja resistencia y dureza
- No adecuado para aplicaciones de alta tensión
Aluminio 2014
El aluminio 2014 es una aleación de alta resistencia conocida por su excelente maquinabilidad y resistencia a la fatiga. Se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales y estructurales. El cobre, como su elemento de aleación principal, aumenta la resistencia pero reduce la resistencia a la corrosión.
Ventajas
- Alta resistencia y resistencia a la fatiga
- Excelente maquinabilidad
- Bueno para aplicaciones estructurales
Desventajas
- Pobre resistencia a la corrosión
- Soldadabilidad limitada
Aluminio 3003
El aluminio 3003 es una aleación con el manganeso como su componente principal, mejorando su resistencia y resistencia a la corrosión. Se utiliza comúnmente para hojas de techo, tanques de combustible y utensilios de cocina debido a su excelente capacidad de trabajo.
Ventajas
- Resistencia a la corrosión superior
- Fácilmente soldable y formable
- Efectivo en función de los costos
Desventajas
- Baja resistencia en comparación con otras aleaciones
- No se puede tratar térmicamente
Aluminio 5056
El aluminio 5056 es una aleación a base de magnesio conocida por su alta resistencia a la corrosión, especialmente en entornos marinos. Se utiliza comúnmente en remaches, pantallas de alambre y componentes automotrices.
Ventajas
- Excelente resistencia a la corrosión, especialmente contra el agua salada
- Alta resistencia y buena mecanizabilidad
- Buena resistencia al desgaste
Desventajas
- No se puede tratar térmicamente
- Difícil de soldar
Aluminio 6060
El aluminio 6060 es una aleación de resistencia media con excelente resistencia a la corrosión y buena soldabilidad. Se utiliza ampliamente en aplicaciones arquitectónicas y estructurales.
Ventajas
- Buena relación resistencia-peso
- Alta resistencia a la corrosión
- Bueno para extrusión y soldadura
Desventajas
- Resistencia ligeramente inferior a 6061
- No adecuado para aplicaciones de alta carga
Aluminio 7075
El aluminio 7075 es una de las aleaciones de aluminio más fuertes, comúnmente utilizadas en aplicaciones aeroespaciales, automotrices y militares. El zinc, como su elemento principal de aleación, aumenta su resistencia y dureza.
Ventajas
- Extremadamente alta resistencia y dureza
- Buena resistencia a la fatiga
- Ligero con excelentes propiedades mecánicas
Desventajas
- Pobre resistencia a la corrosión
- Difícil de soldar
Procesos de mecanizado CNC de aluminio
Hay una variedad de tecnologías de mecanizado CNC disponibles hoy en día para el mecanizado de aluminio. Los siguientes son algunos de estos procesos:
fresado CNC
fresado CNC Los procesos de aluminio son los más utilizados en el mecanizado de piezas de aluminio CNC. Un corte multipunto gira a lo largo de su eje para eliminar materiales mientras que la pieza de trabajo permanece estacionaria o gira a lo largo de su eje. Este movimiento se puede realizar a lo largo de muchos ejes.
Este proceso CNC es ideal para mecanizar componentes de aluminio complejos, incluyendo carcasas, soportes, etc.
Tornado CNC
La pieza de trabajo gira en custom Tornado CNC operaciones, pero la herramienta de corte de un solo punto permanece estacionaria a lo largo de su eje durante la eliminación del material. Es más adecuado para piezas cilíndricas como ejes, cojines y anillos.
Perforación CNC
La perforación CNC es el proceso de crear un agujero en una pieza de trabajo. Una herramienta de corte giratoria multipunto de un tamaño específico va en una línea recta perpendicular a la superficie perforada, haciendo efectivamente un agujero. Este proceso CNC se utiliza para crear agujeros precisos en piezas de aluminio, como placas, bloques y componentes aeroespaciales.
Enrutamiento CNC
El enrutamiento CNC es perfecto para cortar y dar forma a láminas delgadas de aluminio, paneles y perfiles 2D/3D complejos. Los enrutadores CNC utilizan herramientas de corte giratorias de alta velocidad para crear cortes precisos, lo que los hace ideales para componentes estructurales ligeros y elementos decorativos.
Pasos para mejorar la estabilidad dimensional en el aluminio CNC
Estos son los pasos a seguir para aumentar la estabilidad dimensional en aluminio CNC:
Optimizar el procedimiento de retención de trabajo
Es necesario fijar la pieza de trabajo firmemente para dejar de moverse y vibrar durante el mecanizado. Los accesorios bien diseñados ofrecen suficiente fuerza de sujeción y soporte, mejorando la estabilidad y la precisión, especialmente para componentes complejos o de paredes delgadas. Si se utiliza un mandril autocentrado de tres mandriles o un mandril de resorte para sujetar radialmente el componente de casquillo mecanizado CNC de pared delgada, la pieza de trabajo seguramente se distorsionará una vez liberada después del mecanizado. En consecuencia, se prefiere un método de compresión de cara extrema axial con alta rigidez.
Se puede colocar un mandril roscado en el orificio interior de la pieza para su posición en función del orificio interior de la pieza. Para la precisión del procesamiento, evite la aflojación y la deformación durante el procesamiento del círculo externo, es imprescindible apretar la tuerca hacia atrás, presionar la cara final y cubrir la placa firmemente.
Utilizar el método correcto de operación
Seleccione la profundidad de corte apropiada, la velocidad del husillo y la velocidad de alimentación;
El mecanizado enfocado impide la disipación del calor, se sugiere usar técnicas de mecanizado simétricas en ambos lados de los componentes.
Para aplicar una fuerza uniforme a la pieza y minimizar la deformación, se utiliza una técnica de mecanizado de aluminio múltiple en capas para todas las cavidades de la pieza de trabajo.
Sin embargo, taladrar antes de una fresadora de aluminio al mecanizar partes de cavidad profunda para evitar la eliminación inadecuada de virutas, lo que conduce a virutas, daño a la herramienta y sobrecalentamiento de la pieza de trabajo.
Mejorar la estructura de la herramienta
Con gran plasticidad, el aluminio es propenso a soportar deformaciones sustanciales durante el procesamiento, es crítico reducir el número de dientes de fresadora durante el mecanizado de aluminio.
Las virutas de aluminio son pegajosas y pueden interferir con la fabricación de artículos delicados con las tolerancias necesarias. El mayor espacio entre los bordes de corte permite que las virutas más grandes escapen.
Para molir el borde de corte, mantenga la rugosidad por debajo de 0,4 µm y utilice procesos de molienda apropiados. Esto eliminará cualquier rebaja no deseada, lo que resulta en una reducción de la disipación de calor y la distorsión de corte.
La sustitución o renovación de la herramienta de corte debe seguir los criterios establecidos. Como resultado, cuando la rugosidad de la superficie supera los 0,2 mm y la temperatura de corte supera los 100 grados Celsius, es necesario cambiar o reponer la herramienta.
Reducir el estrés interno en el Metales Pieza
El material de aluminio puede tener tensiones internas e inducir deformación durante el mecanizado. El pretratamiento del material con técnicas de alivio de la tensión como recocido o estabilización térmica ayuda a reducir las tensiones residuales y aumentar la estabilidad dimensional. El envejecimiento natural o artificial y el tratamiento por vibración son métodos estándar para eliminar la tensión interna de las piezas de aluminio.
El envejecimiento natural expone una pieza a circunstancias naturales, como el exterior, con el fin de liberar naturalmente la tensión interna de la pieza, eliminando o disminuyendo en última instancia la tensión residual. El envejecimiento artificial es un procedimiento hecho por el hombre que a menudo implica calentamiento o congelación para eliminar o reducir el microestrés y mecanizar la tensión residual en la pieza de trabajo después de la extinción para evitar la distorsión y la rotura.
El método de alivio de tensión por vibración utiliza un vibrador portátil potente para hacer vibrar la estructura de aleación de aluminio. La deformación plástica reduce y redistribuye la tensión interna. Para la aleación de aluminio, se sugiere usar el método de alivio de la tensión por vibración dentro de 0-2 horas después de la extinción, y puede reducir la tensión residual en un 50% -70%.
Problemas comunes en el mecanizado de aleación de aluminio
Hay algunos problemas comunes a tener en cuenta durante el mecanizado de aluminio CNC, e incluyen:
Problemas de tratamiento superficial
El tratamiento superficial mejora la apariencia, la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste de las piezas de aleación de aluminio. Sin embargo, viene con inconvenientes tales como una mala adherencia del recubrimiento. Si la superficie de la aleación de aluminio no está lo suficientemente limpia para su preparación, los recubrimientos como la pintura o el revestimiento pueden no adherirse, lo que resulta en pelado, ampollas o descamación con el tiempo. Esto no es solo una preocupación estética, sino que puede poner en peligro la función protectora del recubrimiento.
El anodizado, un proceso popular de tratamiento superficial para aleaciones de aluminio, también puede plantear desafíos. Lograr un espesor de película de óxido anódico estable y homogéneo puede ser un desafío. Las variaciones en el espesor de la película pueden causar cambios en el color, la resistencia a la corrosión y las cualidades aislantes eléctricas. Para lograr un revestimiento anódico de alta calidad, se deben gestionar cuidadosamente variables tales como la composición del electrolito, la densidad de corriente y el tiempo de tratamiento.
Desgaste y rotura de herramientas
Aunque las aleaciones de aluminio se consideran generalmente fáciles de mecanizar, las condiciones de corte inadecuadas pueden conducir a desgaste excesivo y rotura de la herramienta. La alta conductividad térmica del aluminio significa que el calor se transfiere rápidamente fuera de la zona de corte, causando expansión térmica y daño a la herramienta. Para prolongar la vida útil de la herramienta, los maquinistas deben usar herramientas recubiertas de carburo o diamantes diseñadas para soportar altas velocidades de corte. La optimización de las velocidades de alimentación y la reducción de la profundidad de corte también pueden minimizar la tensión innecesaria de la herramienta y mejorar el rendimiento de mecanizado.
Deformación de la pieza de trabajo
Las piezas delgadas de aluminio son particularmente susceptibles a la deformación debido a las tensiones internas y la generación excesiva de calor durante el mecanizado. Cuando se introduce demasiado calor en el material, puede expandirse de manera desigual, causando deformación o flexión de la parte final. Para prevenir esto, se deben utilizar técnicas de sujeción adecuadas para soportar la pieza de trabajo de forma segura, al tiempo que se minimiza la fuerza de sujeción innecesaria que podría inducir tensión. Además, el uso de herramientas de corte afiladas y la aplicación de una cantidad adecuada de refrigerante puede ayudar a disipar el calor y mantener la estabilidad dimensional de la pieza.
Soldadura y adhesión de chips
El aluminio produce virutas largas y de cuerda, que pueden soldarse en la herramienta de corte e interferir con el proceso de mecanizado. Este problema de adhesión puede conducir a un corte inconsistente, un mayor desgaste de la herramienta y un daño potencial a la pieza de trabajo. Para reducir la soldadura por virutas, es importante usar refrigerante o lubricación para crear una barrera entre la herramienta y la superficie de aluminio. La selección del recubrimiento adecuado para herramientas, como nitruro de titanio (TiN) o diboriuro de titanio (TiB2), puede reducir la adhesión de las virutas y mejorar la eficiencia general del mecanizado.
Superar los desafíos en el mecanizado CNC de aluminio
A pesar de los desafíos durante el mecanizado CNC de aluminio, todavía hay algunas maneras de superar estos desafíos. Estos incluyen:
Optimización del tratamiento superficial
Para mejorar los resultados del tratamiento superficial, una buena preparación de la superficie es primordial. Utilice limpiadores alcalinos o grabado ácido para limpiar a fondo la superficie de aleación de aluminio de cualquier aceite, óxido o impureza. Esto mejora la adherencia de recubrimientos y películas anódicas.
Mantener la composición del electrolito, la densidad de corriente y el tiempo de tratamiento es una necesidad bajo control cuando se anodiza. Para un acabado anodizado decorativo en electrónica de consumo, puede ser apropiado un electrolito de ácido sulfúrico con una densidad de corriente de 1-2 A/dm2 y un tiempo de tratamiento de 15-30 minutos. Utilice dispositivos de anodización automatizados que puedan controlar con precisión estos parámetros para garantizar un grosor y un color de película consistentes.
Tratar con la suavidad y malleabilidad del aluminio
Si bien la flexibilidad del aluminio hace que sea más fácil de fabricar, también es propenso a distorsiones, especialmente cuando se sujeta incorrectamente. Mantener la integridad de la pieza mediante el uso de accesorios de sujeción de trabajo adecuados y evitar la fuerza indebida.
Reduzca el desgaste de la herramienta y asegure la precisión
La naturaleza pegajosa del aluminio puede acelerar el desgaste de la herramienta, afectando la precisión a largo plazo. Para aumentar la vida útil de la herramienta y preservar la precisión, utilice herramientas de punta de carburo o diamante.
Evitar la soldadura de materiales en la herramienta de corte
El aluminio es conocido por convertirse en "pegajoso" durante el mecanizado. Esta pegajosidad puede llevar al material a fusionarse sobre la herramienta, especialmente a altas velocidades. Para evitar esto, se emplean recubrimientos para herramientas adecuados tales como carbonitruro de titanio (TiCN) y refrigerantes apropiados para disipar el calor y prevenir la acumulación de material.
Acabados superficiales comunes en CNC de aluminio
Aquí hay algunos acabados superficiales comunes para proyectos de mecanizado de aluminio:
recubrimiento en polvo
Muchos diseñadores de productos elegirían el recubrimiento en polvo para colores vívidos y duraderos con buena resistencia a los rayos UV. Las piezas de aluminio se limpian y preparan antes de pulverizar con polvo de pintura seca sobre la superficie de aluminio con una pistola electrostática. Las piezas de aluminio recubiertas en polvo se hornean a continuación para fundir y curar el recubrimiento en un acabado liso.
Los recubrimientos en polvo no son tan duraderos y duros como el aluminio anodizado, pero proporcionan una excelente apariencia y una excelente protección contra la corrosión siempre y cuando el recubrimiento esté intacto. El recubrimiento en polvo también es menos dañino para el medio ambiente que la pintura líquida, que utiliza disolventes, incluidos compuestos orgánicos volátiles (COV).
Anodización
El anodizado se utiliza a menudo para mejorar la resistencia al desgaste y la corrosión de los productos de aluminio. También puede proporcionar otros beneficios deseables, tales como una mayor disipación del calor y aceptación del color.
A diferencia de los recubrimientos y pinturas, la anodización no aplica un producto externo al exterior del aluminio. En su lugar, se utiliza un método electroquímico para inducir que el revestimiento natural de óxido de aluminio se espese. Esto protege el aluminio subyacente de su entorno y le permite tomar tintes.
Aplicaciones de mecanizado CNC de aluminio
Aplicación de mecanizado CNC de aluminio
Las aleaciones de aluminio tienen varias características ventajosas. Como resultado, las piezas de aluminio mecanizadas por CNC son indispensables en una variedad de industrias, incluyendo las siguientes:
- Automotriz: Similar a la industria aeroespacial, varias partes en la industria automotriz, como ejes y otros componentes.
- Aeroespacial: Varios accesorios de aviones debido a su alta relación resistencia-peso.
- Electricidad: Las piezas de aluminio mecanizadas CNC con fuertes conductividades eléctricas se utilizan con frecuencia como componentes electrónicos en equipos eléctricos.
- Deportes: El servicio CNC de aluminio también se utiliza en la industria deportiva. Se utilizan con frecuencia para fabricar equipos deportivos como murciélagos de béisbol y silbatos deportivos.
- Alimentos / farmacéuticos:Las piezas de aluminio son importantes en las industrias alimentaria y farmacéutica porque no reaccionan con la mayoría de los compuestos orgánicos.
Mejores prácticas para las técnicas de fabricación CNC de aluminio
Debido a su excelente mecanizabilidad y relación resistencia-peso, el aluminio es un metal popular para el mecanizado CNC. Esta mecanizabilidad da como resultado tiempos de mecanizado más cortos, lo que reduce los costos de mano de obra y tiempo de máquina. También facilita el mecanizado de aluminio a las tolerancias más finas necesarias para artículos de precisión.
Sin embargo, el alto coeficiente de expansión térmica del aluminio puede poner en peligro las tolerancias si la pieza de trabajo se calienta demasiado durante la fresadora, particularmente para piezas delgadas. Para evitar cualquier impacto negativo, cree rutas de herramientas que no permanezcan en una ubicación por demasiado tiempo. Esta tecnología permite el drenaje del calor, lo que permite el examen y el ajuste de las trayectorias de la herramienta en el software CAM durante el programa de mecanizado CNC.
Si las fuerzas son demasiado grandes, la suavidad de algunas aleaciones de aluminio permite la deformación durante el mecanizado. Por lo tanto, para generar la cantidad adecuada de fuerza durante el mecanizado, use las alimentaciones y velocidades recomendadas para su grado específico de aluminio. Otra regla general para prevenir la deformación es mantener el grosor de su parte más de 0,020 pulgadas en todas las ubicaciones.
Otro impacto de la maleabilidad del aluminio es la formación de un borde acumulado de material en la herramienta de corte. Esto oscurece la superficie de corte afilada de la herramienta, la entorpece y disminuye su capacidad de corte. El acabado superficial de la pieza sufre como resultado del borde construido. probar diferentes materiales de herramienta de corte para evitar un borde acumulado; utilizar insertos de carburo en lugar de HSS (acero de alta velocidad).
Maximice la precisión y la eficiencia con el mecanizado CNC de aluminio
En ZCprecision, nos especializamos en mecanizado CNC de precisión de aluminio, ofreciendo una amplia gama de servicios que incluyen fresado, torneado y enrutamiento. Nuestras instalaciones de última generación, como los centros de fresado CNC de 5 ejes Hermle y el equipo de expertos, aseguran que sus piezas cumplan con los más altos estándares de calidad y precisión.
¿Listo para transformar su diseño en un componente de alto rendimiento? ContactoZCprecisiónhoy para una consulta y cotización gratuitas. Trabajemos juntos para lograr la excelencia en sus esfuerzos de fabricación. Tu visión, nuestra experiencia, ¡vamos a construir algo grande!
Conclusión
El aluminio se destaca como un material principal en el mecanizado CNC debido a su combinación única de propiedades mecánicas y versatilidad de fabricación. Su excepcional resistencia a la corrosión, alta relación resistencia-peso y conductividad eléctrica superior lo hacen indispensable en todas las industrias, desde componentes aeroespaciales que exigen durabilidad ligera hasta piezas automotrices que requieren precisión y desde carcasas electrónicas que requieren gestión térmica hasta dispositivos médicos que requieren biocompatibilidad. La gama de aleaciones de aluminio, como la versátil 6061, la de alta resistencia 7075 y la resistente a la corrosión 5056, ofrece soluciones a medida para cada aplicación, mientras que procesos como fresado, torneado y perforación aseguran la precisión en geometrías complejas.
Sin embargo, dominar el mecanizado de aluminio requiere abordar desafíos como el desgaste de la herramienta, la deformación de la pieza de trabajo y la adhesión de la viruta, desafíos que se pueden superar a través de una retención de trabajo optimizada, herramientas avanzadas y técnicas de enfriamiento estratégicas. Los tratamientos superficiales como la anodización y el recubrimiento en polvo mejoran aún más su rendimiento y atractivo estético, ampliando su utilidad tanto en aplicaciones funcionales como decorativas.
