El aluminio y sus aleaciones tienen numerosas aplicaciones en diversos sectores como el transporte, la ingeniería general, la electricidad, las estructuras y la construcción. También es útil en la elaboración de productos domésticos y para embalajes en los sectores químico y alimentario. El aluminio, en comparación con otros metales, tiene una baja dureza y un alto valor de expansión térmica. Esto hace que la producción de componentes de precisión de aluminio sea vulnerable a la deformación del producto.
Una variedad de factores contribuyen a la deformación de los componentes de precisión de aleación de aluminio. Estos factores incluyen el material, el entorno de fabricación, la forma de la pieza y el rendimiento del fluido de corte. Las siguientes son formas de reducir la distorsión en componentes de aleación de aluminio durante el mecanizado CNC:
1. Reducir la tensión interna del material de aluminio.
La tensión se define como la medida de las fuerzas internas inducidas por las partículas dentro de un material que ejercen presión entre sí. La deformación es una medida de la tensión que refleja el grado de deformación inducido por la tensión interna de un material. La deformación en un material es inducida por fuerzas internas o externas. Las fuerzas externas aplican tensión a la masa del material (por ejemplo, la gravedad) o a su superficie (por ejemplo, fuerzas de contacto, presión externa, fricción).
La tensión residual es una forma común de tensión que comúnmente queda del proceso de fabricación. La tensión residual causa la mayor distorsión en componentes delgados.
Algunos de los métodos más comunes para liberar tensión en el aluminio son:
- Realice una serie de cortes suaves a medida que el componente se acerque al tamaño completo. El alivio de tensión de la pieza entre el mecanizado de desbaste y acabado también puede reducir o eliminar la distorsión causada por las tensiones de mecanizado.
- La liberación de tensión por vibración (VSR) es otra forma común de aliviar la tensión. La VSR implica doblar el metal con suficiente amplitud para combinar la tensión generada y residual. Como resultado, se produce un flujo plástico, lo que da como resultado un alivio de la tensión. Para optimizar la cantidad de alivio de tensión, la VSR apunta a la frecuencia de resonancia del metal. Este método de alivio de tensión no térmico se utiliza en la metalurgia para mejorar la estabilidad dimensional y la integridad mecánica. Se utiliza, en particular, para aluminio fundido, forjado o soldado. Los componentes de precisión con tolerancias dimensionales o geométricas excepcionalmente ajustadas se emplean con frecuencia con VSR.
- La criogenia es otro método de alivio de tensiones que reduce la tensión residual y mejora la resistencia al desgaste y la corrosión. Un artículo de aluminio se coloca en un tanque específico y se somete a nitrógeno líquido. Dependiendo del tipo de aleación y el grosor, la temperatura desciende hasta -300 °F y el metal se deja allí durante un período de tiempo específico. Luego se aumenta gradualmente la temperatura hasta alcanzar la temperatura ambiente. El método criogénico es una opción a las técnicas más habituales de tratamiento térmico. El aluminio tratado de esta manera tiene menos posibilidades de deformarse y es más resistente y duradero. Otras ventajas incluyen menos fisuras por tensión, un menor coeficiente de fricción y una mayor resistencia al impacto. Las piezas que se manipulan de esta manera son más fáciles de mecanizar y rectificar, y las piezas terminadas tienen una vida útil más larga.
- Métodos de tratamiento térmico del aluminio.
- Recocido. Las aleaciones de aluminio frecuentemente se endurecen por trabajo al principio del ciclo de fabricación. La deformación plástica deliberada de una pieza de trabajo a menudo se describe como endurecimiento por deformación. El endurecimiento por deformación modifica la estructura cristalina dentro del metal y posteriormente se restablece mediante recocido. El metal se calienta durante hasta tres horas, a temperaturas que oscilan entre 570 °F y 770 °F. Esto reduce la tensión causada por el proceso de endurecimiento por trabajo y ayuda a resolver las deformaciones y otras dificultades.
- El tratamiento térmico en solución es otro tipo de tratamiento térmico. El metal se sumerge en una solución a alta temperatura (entre 825 °F y 980 °F) y luego se enfría para enfriar rápidamente la sustancia. Esta trampa disuelve los componentes, que luego precipitan, dando como resultado un efecto de endurecimiento por envejecimiento. Es fácil trabajar con el metal justo después del enfriamiento, pero se endurece con el tiempo y se vuelve cada vez más difícil trabajar con él.
2. Mejorar la eficiencia de corte de la herramienta..
Es vital elegir las herramientas de corte correctas para reducir la deformación del mecanizado de componentes. El material de la herramienta de corte y los factores geométricos tienen un impacto significativo en la fuerza de corte y el calor.
Los factores geométricos que influyen en la eficiencia de la herramienta son:
i. Ángulo frontal
El ángulo frontal debe ajustarse con cuidado para preservar la resistencia de la hoja; de lo contrario, los bordes afilados se deteriorarían. El ángulo de ataque debe ser lo suficientemente grande para preservar la resistencia del borde. Por un lado, se puede utilizar para afilar bordes. También puede, por otro lado, reducir la distorsión de corte, garantizar una eliminación suave de las virutas y, por lo tanto, reducir la fuerza de corte y la temperatura. No se recomienda el uso de herramientas con ángulo de ataque negativo.
ii. Ángulo trasero
El ángulo trasero tiene un efecto significativo sobre el desgaste lateral y la calidad del procesamiento. Al determinar el ángulo trasero, el espesor de corte es un factor esencial a considerar. La herramienta utilizada debe tener condiciones adecuadas de disipación de calor, por lo que se debe utilizar un ángulo de relieve menor. Esto se debe a la alta velocidad de avance, la fuerte carga de corte y la alta producción de calor en el fresado de desbaste. Los bordes afilados son necesarios en el fresado fino para disminuir la fricción entre el lado y la superficie mecanizada, así como la deformación elástica. En consecuencia, se debe elegir un ángulo de relieve más amplio.
iii. Ángulo de hélice
El ángulo de la hélice debe ser tan grande como sea apropiado para proporcionar un fresado suave y una menor fuerza de fresado.
iv. Ángulo de desviación principal
Una reducción adecuada del ángulo de desviación primaria puede mejorar las condiciones de disipación de calor y reducir la temperatura promedio del área de procesamiento.
3. Se deben mejorar las técnicas de sujeción de piezas de trabajo
En ciertos componentes de aluminio de paredes delgadas con baja rigidez, se pueden utilizar los métodos de sujeción que se describen a continuación para disminuir la deformación:
Mandril autocentrante de tres mordazas
- Si se utiliza un mandril autocentrante de tres mordazas o un mandril de resorte para sujetar componentes de casquillos mecanizados CNC de pared delgada desde la dirección radial, la pieza de trabajo sin duda se distorsionará una vez que se suelte después del procesamiento.
Se debe adoptar un método de prensado de la cara del extremo axial con buena rigidez. Se fabrica un mandril roscado para encontrar el orificio interior de la pieza en función de la posición del orificio interior de la misma. Se debe insertar en el orificio interior de la pieza. La cara del extremo se comprime con la placa de cubierta y la tuerca se aprieta hacia atrás, con lo que se puede evitar la deformación por desbloqueo mientras se mecaniza el círculo exterior y se puede lograr precisión en el mecanizado.
- A menos que se procesen componentes de placas de paredes delgadas, es aconsejable emplear ventosas de vacío para lograr una fuerza de sujeción distribuida más uniformemente y luego procesar con una cantidad de corte menor para evitar la deformación de la pieza.
Alternativamente, se pueden emplear procedimientos de llenado. Para aumentar la rigidez del proceso de piezas de trabajo de paredes delgadas, se pueden introducir medios en la pieza de trabajo para disminuir la deformación de la pieza durante la sujeción y el corte. Por ejemplo, se puede verter en la pieza de trabajo una masa fundida de urea que contenga entre un 3% y un 6% de nitrato de potasio. Después del procesamiento, sumerja la pieza de trabajo en agua o alcohol, luego disuelva y escurra el relleno.
4. Mejorar el diseño de herramientas de corte
herramientas de corte
- Reduzca la cantidad de dientes de la fresa mientras aumenta el espacio para contener virutas.
Debido a la alta plasticidad del material de aluminio y a la alta deformación del corte durante el procesamiento, es necesaria una mayor superficie de viruta.
Por lo tanto, el radio de la parte inferior de la ranura de viruta debe ser mayor, pero el número de dientes de la fresa debe ser menor. El radio del fondo del tanque debe aumentarse, mientras que el número de dientes de la fresa se reduce. Para minimizar la distorsión de los componentes de aleación de aluminio de paredes delgadas debido al bloqueo de viruta, se utilizan dos dientes de corte en una fresa de 20 mm o menos, y tres dientes de corte en una fresa de 30 a 60 mm.
- Afilar finamente los dientes.
El filo tiene una rugosidad de Ra=0.4um o menos. Antes de utilizar una herramienta de corte nueva, se deben frotar suavemente con asfalto fino en la parte delantera y trasera de los dientes del cortador para eliminar cualquier rebaba o marcas dentadas menores que puedan haber quedado después de rectificar los dientes de la herramienta. Gracias a este método se reduce el calor de corte y se minimiza la distorsión de corte.
- Controlar lo más estrictamente posible el estándar de desgaste de la herramienta.
La rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo aumenta a medida que la herramienta se desgasta, junto con la temperatura de corte y la deformación de la pieza de trabajo. Como resultado, además de seleccionar materiales de herramienta con una fuerte resistencia al desgaste, el estándar de desgaste de la herramienta no debe ser mayor de 0.2 mm, de lo contrario, se producen fácilmente bordes de viruta. Para evitar la distorsión, la temperatura de la pieza de trabajo tratada no debe superar los 100 °C durante el corte mediante fresado o torneado CNC.
5. Organice el proceso de producción adecuadamente
La vibración ocurre con frecuencia durante el fresado en el corte a alta velocidad debido al amplio margen de mecanizado y al corte intermitente. Esto afecta la precisión del mecanizado y la rugosidad de la superficie. Como resultado, el proceso de corte CNC de alta velocidad se clasifica en términos generales de la siguiente manera: mecanizado en desbaste, mecanizado semiacabado, mecanizado de esquinas claras y acabado. Puede ser esencial realizar un segundo paso de semiacabado antes del acabado para artículos que requieren un alto nivel de precisión. Se deja que las piezas se enfríen naturalmente después del mecanizado en desbaste para reducir la tensión interna y la deformación.
Después del mecanizado en bruto, el margen residual debe ser mayor que la distorsión, generalmente 1-2 mm. La superficie de la pieza debe ser homogénea durante todo el acabado.
En general, mantener la herramienta estable durante el proceso de acabado con 0.2-0.5 mm es la mejor técnica para reducir la deformación del corte, lograr una alta calidad de procesamiento de superficies y mantener la corrección del producto.
Aparte de las razones expuestas anteriormente, la técnica de operación también es crítica en la operación real, y el método de operación correcto puede minimizar significativamente la flexión de los componentes de aleación de aluminio.
6. Mecanizado simétrico
Para mejorar la disipación de calor y prevenir la deformación térmica en componentes mecanizados de aluminio CNC con altos márgenes de mecanizado, se debe evitar la concentración extrema de calor. El procesamiento simétrico es una técnica que se puede utilizar para hacer esto.
Consideremos el caso de una placa de metal de 90 mm de espesor que se debe reducir a 60 mm de espesor. Aunque cada superficie se trata hasta el tamaño final y el margen de mecanizado continuo es considerable, si el lado fresado se transfiere instantáneamente al otro lado, la concentración de calor será un problema y la planitud de la placa de aleación será de solo 5 mm.
Sin embargo, si la técnica de procesamiento simétrico se realiza en ambos lados, cada superficie se puede tratar al menos dos veces más hasta alcanzar el tamaño final, que es favorable para la disipación de calor y la planitud se puede regular en 0.3 mm.
7. Seleccione los parámetros de corte adecuados
La fuerza de corte y el calor resultante se pueden reducir utilizando los parámetros de corte adecuados. Cuando los parámetros de corte son mayores de lo habitual en el proceso de procesamiento mecánico, se producirá una fuerza de corte excesiva. Una fuerza de corte excesiva puede provocar fácilmente la deformación de los componentes, además de influir en la rigidez del husillo y la longevidad de la herramienta.
La profundidad de corte posterior es el parámetro de corte que más influye en la fuerza de corte. Reducir el número de herramientas de corte es esencial para garantizar que las piezas no se deformen. Sin embargo, esto provoca una reducción en la eficiencia del procesamiento. Este desafío se puede resolver con el fresado de alta velocidad del mecanizado por control numérico.
El mecanizado puede reducir la fuerza de corte y garantizar la eficiencia del procesamiento al reducir la profundidad del corte posterior, aumentar el avance y aumentar la velocidad de la máquina.
8. Tome nota de la secuencia del recorrido de la herramienta de corte
Las secuencias de corte para el mecanizado en desbaste y el acabado deben ser distintas.
El mecanizado de desbaste prioriza la eficiencia del mecanizado y el objetivo de tasa de eliminación por unidad de tiempo. En la mayoría de los casos, se puede utilizar el fresado inverso. (Un laminador inverso es un tipo de laminador en el que la pieza de trabajo pasa entre un par de rodillos hacia adelante y hacia atrás. El laminador inverso recibe su nombre del hecho de que el acero va y viene entre los rodillos, reduciendo gradualmente el espesor. con cada pase)
Es decir, el exceso de material en la superficie de la pieza en bruto se elimina lo más rápida y eficientemente posible, y esencialmente se genera el contorno geométrico requerido para el acabado.
Cuando se trata de acabado, se debe hacer hincapié en la precisión y la calidad, y se debe utilizar el fresado. El espesor de corte de los dientes de la fresa cae constantemente desde el máximo hasta cero durante el fresado, por lo que el grado de endurecimiento por trabajo se reduce considerablemente, al igual que el grado de deformación del componente.
9. Compresión dos veces de piezas de paredes delgadas.
La fuerza de sujeción provoca deformación durante el procesamiento de componentes de mecanizado de aluminio CNC. Antes de alcanzar el tamaño final, se debe soltar la pieza prensada y reducir la presión para recuperarla a su forma inicial. Luego se debe aplicar la segunda presión para disminuir la deformación de la pieza producida por la sujeción.
La superficie de apoyo es el lugar óptimo para el segundo punto de presión y la fuerza de sujeción debe aplicarse en la dirección de máxima rigidez.
La fuerza de compresión debe ser adecuada para evitar que la pieza de trabajo se afloje si todo está en orden.
Este procedimiento requiere el uso de operadores capacitados, pero puede garantizar que los componentes mecanizados de aluminio CNC procesados se deformen lo menos posible.
10. taladrado y fresado
El procesamiento de cavidades en componentes de mecanizado de aluminio CNC tiene su propio conjunto de desafíos. Siempre que se utiliza la fresa directamente sobre el componente, las virutas de corte no serán uniformes debido a la falta de espacio de fragmentación de la fresa. Esto hace que se acumule una gran cantidad de calor de corte, que expande y deforma las piezas de mecanizado de aluminio CNC, además de causar daños al componente o la herramienta.
Perforar primero y luego fresar es la mejor técnica para solucionar este problema.
Esto implica perforar un orificio con una herramienta no más pequeña que la fresa antes de colocar la fresa en el orificio para comenzar a fresar.
11. Utilice aceite de corte especial de aleación de aluminio
El aceite de corte especial es un tipo de fluido que debe usarse durante todo el proceso de corte CNC para lubricación, enfriamiento y limpieza.
Se pueden utilizar varios tipos de refrigerantes al mecanizar aluminio.
Las mezclas solubles en agua se pueden utilizar con éxito para dispersar el calor durante el mecanizado de desbaste donde la eliminación de material es suficiente para generar calor.
Otros aceites que pueden usarse son aceite mineral puro para sellos, una mezcla al 50% de aceite mineral para sellos y queroseno, una mezcla de 50% de aceite de manteca de cerdo y 10% de queroseno, y un aceite mineral de 90 segundos reducido con aceite mineral para sellos o queroseno. ser aconsejado.
Los nuevos aceites de corte suelen utilizar aditivos antidesgaste sulfurados de extrema presión como componentes principales. Esto se debe a la mejora continua de las herramientas, equipos y procesos de corte de alta velocidad. Esto ayuda a proteger las herramientas en el proceso de corte de velocidad ultraalta, mejorar la precisión del proceso y la eficiencia del corte.
