Introducción
El mecanizado de metales ha progresado desde el tradicional corte manual de metales hasta el micromecanizado con láser. El mecanizado es un término amplio que se refiere a una amplia gama de procesos y tecnologías utilizados en la producción.
Aprender los fundamentos del mecanizado de metales es esencial para los propietarios de nuevos negocios y los aspirantes a proveedores de piezas metálicas. El material se elimina de una pieza de trabajo durante el proceso de mecanizado. Al metal se le da el diseño deseado utilizando máquinas herramienta eléctricas para fabricar piezas o componentes metálicos en una variedad de aplicaciones. El mecanizado también se puede realizar sobre cualquier pieza existente, como una forja o una fundición a la cera perdida.
En este artículo aprenderá más sobre el proceso de mecanizado de metales para que pueda usarlo para ayudarlo a elegir los mejores procedimientos de fabricación para sus productos y satisfacer las necesidades y preferencias de sus clientes.
¿Qué es Mecanizado de metales
El mecanizado de metales es una técnica industrial para fabricar componentes, herramientas y maquinaria metálicos. Implica una serie de pasos para producir la forma, el diámetro del orificio, el tamaño, la textura y el acabado adecuados del producto final.
Además, incluye la utilización de máquinas herramienta para darle una forma específica a una pieza de trabajo. Durante el proceso de fabricación, la mayoría, si no todos, los componentes y elementos metálicos requieren algún tipo de mecanizado. Con frecuencia se mecanizan otros materiales, como plásticos, caucho, madera y productos de papel.
Tipos de tecnología de mecanizado
Tecnología de mecanizado por combustión
¿Qué pasaría si le dijéramos que existen varias formas diferentes de tecnología de mecanizado por combustión? Se utilizan máquinas herramienta de combustión y soldadura para calentar la pieza de trabajo y darle forma. Se sabe que queman diversos materiales.
· Tecnología de corte por láser
Las cortadoras láser derriten, queman o evaporan materiales emitiendo un haz de luz estrecho y de alta energía. Este método es ideal para grabar patrones o convertir acero en una obra de arte sólida. El corte por láser ofrece ventajas como una composición extrema y acabados de servicio de alta calidad.
· Tecnología de oxicorte
Para cortar y fundir materiales, este tipo de mecanizado emplea una combinación de oxígeno y gas combustible. Debido a que las moléculas de propano, hidrógeno, gasolina o acetileno son extremadamente inflamables, normalmente se utilizan en este proceso.
· Tecnología de corte por plasma
Esta herramienta funciona disparando un flujo de plasma en un arco eléctrico. Como resultado, los gases inertes se transforman en plasma. Por supuesto, al tratar con plasma, puede llegar a estar extremadamente caliente al tacto.
Tecnología de mecanizado por erosión
Aunque las herramientas de combustión utilizan calor para eliminar el material sobrante, las máquinas de erosión utilizan electricidad o agua para eliminar el material de la pieza de trabajo.
· Tecnología de corte por chorro de agua
Las cortadoras por chorro de agua utilizan una corriente de agua altamente presurizada para cortar una variedad de materiales. Para degradar los materiales más rápido que nunca, simplemente mezcle algún tipo de arena abrasiva en el chorro de agua. Las cortadoras por chorro de agua se utilizan normalmente en materiales que han sido distorsionados o dañados como resultado de la exposición al calor.
· Tecnología de mecanizado por descarga eléctrica.
Para hacer cráteres diminutos, se utilizan herramientas de mecanizado por descarga eléctrica para generar arcos eléctricos. Esto mejora el ritmo de los "cortes completos". El mecanizado por descarga eléctrica también se emplea en aplicaciones que necesitan formas complejas.
Las herramientas de mecanizado por descarga eléctrica también se pueden utilizar para cortar materiales difíciles. Las herramientas de mecanizado por descarga eléctrica limitan la cantidad de aleaciones ferrosas mediante el uso de un material base para conducir la electricidad.
Técnicas de mecanizado de metales.
- Torneado
- Fresado
- Trituración
- Aburrido
- Trío
- Aserradura
- brochado
- ECM/EDM
Torneado
El torneado es la operación de mecanizado más sencilla, que incluye la sujeción firme de una pieza de trabajo sobre una placa giratoria o un mandril. La herramienta de corte se mantiene contra la pieza de trabajo en un dispositivo montado sobre una corredera móvil mientras gira. La corredera se puede mover hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la pieza de trabajo, así como más cerca y más lejos de la línea central. Estos métodos de mecanizado sencillos son perfectos para eliminar de forma eficiente grandes cantidades de material. Una broca instalada en el contrapunto también puede perforar agujeros precisos a lo largo de la línea central de la pieza de trabajo.
En el círculo exterior de un objeto redondo, se emplean tornos para crear formas concéntricas. En un torno se fabrican muchas características redondas o circulares, incluidas ranuras, ranuras para anillos, hombros escalonados, roscas internas y externas, cilindros y ejes. También pueden generar acabados superficiales notablemente lisos y homogéneos.
Fresado
El fresado se diferencia del torneado en que la pieza de trabajo permanece estacionaria mientras la herramienta de corte gira sobre un husillo. En la mayoría de los casos, la pieza de trabajo se sostiene horizontalmente en un tornillo de banco que se mueve en las direcciones X e Y. El husillo se desplaza en los ejes X, Y y Z y lleva una variedad de herramientas de corte.
Un molino puede perforar agujeros y perforaciones, pero es mejor para eliminar material de piezas más complejas y asimétricas. Las fresas se utilizan para hacer caras cuadradas/planas, muescas, chaflanes, canales, perfiles, chaveteros y otras características que dependen del ángulo. La mayoría de las operaciones de las máquinas herramienta CNC se realizan mediante fresado y torneado juntos. El fluido de corte se utiliza para enfriar la pieza de trabajo y la herramienta de corte, lubricarla y eliminar las partículas metálicas en todas las operaciones de mecanizado de metales.
Trituración
El rectificado es un proceso de mecanizado que implica eliminar una pequeña cantidad de material de una pieza de trabajo con una rueda giratoria abrasiva para lograr un acabado fino. El pulido también se puede utilizar para texturizar el objeto o realizar cortes ligeros.
· Rectificado de superficies
Para muchas aplicaciones, una superficie muy lisa en artículos metálicos es fundamental y el mejor método para lograrlo es con una amoladora. La amoladora consta de un disco giratorio cubierto de un grano abrasivo grueso. La pieza de trabajo se monta sobre una mesa y se mueve hacia adelante y hacia atrás lateralmente debajo de la muela abrasiva o se mantiene quieta mientras la muela gira. Naturalmente, este procedimiento sólo se puede utilizar en caras que no estén obstruidas por protuberancias que sobresalgan de la superficie.
Dependiendo del material que se esté moliendo, se utilizan distintos tipos de abrasivos. Debido a que el calor y el estrés mecánico del proceso de pulido pueden dañar la pieza de trabajo, es importante mantener la velocidad y la temperatura de la herramienta bajo control.
· Rectificado cilíndrico
En este proceso se utilizan el rectificado de superficies y el torneado. Normalmente, se hace girar una muela de rectificado circular o cilíndrica contra la superficie de la pieza de trabajo mientras esta se mantiene fija. Tanto en diámetros interiores como exteriores, se pueden utilizar rectificadoras cilíndricas en toda la longitud de la pieza o en profundidades parciales.
Este procedimiento tiene la ventaja de producir tolerancias extremadamente precisas y exactas con una textura superficial muy suave.
· Rectificado óptico
En este proceso se utilizan el rectificado de superficies y el torneado. Normalmente, se hace girar una muela de rectificado circular o cilíndrica contra la superficie de la pieza de trabajo mientras esta se mantiene fija. Tanto en diámetros interiores como exteriores, se pueden utilizar rectificadoras cilíndricas en toda la longitud de la pieza o en profundidades parciales.
Este procedimiento tiene la ventaja de producir tolerancias extremadamente precisas y exactas con una textura superficial muy suave.
Aburrido
La perforación es el proceso de expandir agujeros ya perforados o fundidos. El mandrinado lineal (uno de ambos extremos sostenido por una barra de mandrinar), el mandrinado posterior (realizar un orificio en la mitad posterior de la pieza de trabajo) y el mandrinado con torno son ejemplos de mandrinado (ampliar un orificio con una herramienta de corte de un solo punto para crear agujeros cónicos o cuadrados)
El mandrinado también puede denominarse como un método para agrandar agujeros previamente cortados en una pieza de trabajo. Se puede utilizar la perforación para hacer los primeros agujeros. La perforación, a diferencia de la perforación, emplea un instrumento de corte de un solo punto.
Trío
El taladrado es un método de mecanizado que emplea brocas para crear agujeros cilíndricos en materiales sólidos; es una de las técnicas de mecanizado más importantes, ya que los agujeros creados se utilizan a menudo para ayudar con el ensamblaje. Las prensas taladradoras son las más utilizadas, pero también se pueden utilizar tornos. El taladrado es una fase de preprocesamiento en la mayoría de las operaciones de fabricación que da como resultado agujeros terminados que luego se roscan, escarian, perforan o modifican de otro modo para producir agujeros roscados o llevar las dimensiones de los agujeros dentro de tolerancias aceptables. Las brocas generalmente cortan agujeros más grandes que su tamaño nominal y agujeros que no son necesariamente rectos o redondos debido a la flexibilidad de la broca y al deseo de buscar el camino de menor resistencia. Como resultado, el taladrado generalmente se especifica por debajo del tamaño, con mecanizado para obtener el agujero a su tamaño final.
Las brocas utilizadas tenían dos ranuras helicoidales que recorrían el eje. Las "estrías" expulsan las piezas o virutas del orificio cuando la broca penetra en el material. Cada tipo de material tiene una velocidad de perforación y un avance recomendados.
Aserradura
Los metales se cortan normalmente con máquinas de corte para cortar longitudes más cortas a partir de barras, formas extruidas y otros materiales. Las sierras de cinta, tanto verticales como horizontales, cortan el material con bucles continuos de bandas dentadas. La velocidad de la banda varía según el material; algunas aleaciones de alta temperatura requieren una velocidad lenta de 30 pies por minuto y materiales más blandos como el aluminio requieren 1000 pies por minuto o más. Las sierras de arco eléctricas, las sierras de disco abrasivo y las sierras circulares son ejemplos de otras máquinas de corte.
Grabado por láser
El grabado láser es ideal para el etiquetado o marcado de alta precisión, ya que utiliza tecnología láser para un marcado permanente, flexibilidad, tiempos de ciclo rápidos e integración en la línea de producción. Es un método de bajo costo para marcar artículos de metal.
La tecnología láser permite el estampado de metal con precisión mediante grabado láser. El etiquetado de productos metálicos con números de serie, códigos de identidad, marcas y números de modelo adecuados se puede realizar con precisión y uniformidad mediante el estampado de precisión en metal. El uso de tecnología láser impresionará a sus clientes e inversores.
brochado
El brochado se utiliza para hacer agujeros cuadrados, chaveteros y agujeros estriados, entre otras cosas. La brocha se compone de varios dientes que se colocan en un patrón similar a una lima, y cada diente es un poco más grande que el anterior. La brocha realiza una serie de cortes más profundos a medida que se tira o se empuja a través de un orificio guía preparado (o más allá de una superficie). Las prensas verticales se utilizan con frecuencia para el brochado por empuje. El brochado por tracción se realiza comúnmente con dispositivos verticales u horizontales que generalmente son propulsados hidráulicamente. Las velocidades de corte para metales de alta resistencia varían de 5 a 50 fpm para metales más blandos.
ECM/EDM
· ECM
El mecanizado electroquímico es un tipo de galvanoplastia inversa que da como resultado orificios sin rebabas con excelentes acabados superficiales. La pieza de trabajo no está sometida a ninguna presión térmica porque es una técnica de mecanizado en frío.
· EDM
Estos son métodos de eliminación de materiales no mecánicos que dependen de chispas o productos químicos corrosivos. El mecanizado por descarga eléctrica implica enviar una chispa desde un electrodo a la superficie de una pieza de trabajo conductora a través de un fluido dieléctrico. Con esta tecnología se pueden fabricar orificios de diámetro pequeño, cavidades de matriz y otras características finas. Las características térmicas y la conductividad del metal, más que la dureza, influyen en la velocidad de descarga.
Al elegir herramientas de corte para máquinas CNC, hay factores a considerar
Material y características de la pieza de trabajo.
El material de la pieza tiene un gran impacto en la selección de la herramienta. Las piezas fundidas de aluminio, hierro dúctil y hierro gris son los materiales mecanizados con mayor frecuencia en Stecker Machine. Para cada material, tenemos herramientas de corte de metales de mecanizado CNC favoritas. A los ingenieros les gusta comenzar con herramientas estandarizadas probadas y verdaderas, lo que reduce el riesgo, el inventario y los gastos.
Se utilizan taladros, fresas y machos de roscar para mecanizar diversas funciones, y hay herramientas estándar disponibles para cada tipo de herramienta y material. Stecker, por ejemplo, ofrece tres fresas escuadradas básicas de 90°: una para cortar aluminio, otra para mecanizar hierro dúctil y otra para mecanizar hierro gris. El aluminio tiene la mayor maquinabilidad de estos materiales, por lo que las herramientas de aluminio tienen mayores estándares de superficie en pies por minuto (SFM), lo que les permite funcionar más rápido.
Volumen de Producción
En general, los proyectos de gran volumen requieren herramientas de corte especializadas y de alta gama, mientras que los de bajo volumen utilizan herramientas de nivel más económico. Todo se reduce a economías de escala, donde el enorme volumen de componentes que se producirán justifica el alto costo de las herramientas de alta gama con características específicas.
Posibilidades de combinaciones
En el mecanizado CNC, las herramientas de múltiples funciones pueden ahorrar mucho dinero y tiempo. Cuando una sola herramienta puede realizar varias operaciones (tres, cuatro o más), la duración del ciclo aumenta mientras que el tiempo de cambio de herramienta disminuye.
Por ejemplo, una herramienta combinada insertable bien diseñada puede perforar y biselar de tres maneras distintas, completando el trabajo en una sola pasada con una herramienta en lugar de seis (y seis pasadas). Sí, esa herramienta multifunción hecha a medida podría costarle $3,000, pero los ahorros se acumulan rápidamente para cubrir el precio, especialmente en un proyecto de gran volumen.
Capacidad de las máquinas
La mayoría de las herramientas de corte son compatibles con máquinas CNC. Sin embargo, esto no siempre implica que esas máquinas sean las más eficientes. Los ingenieros y operadores entienden que una máquina de mayor potencia (con un cono más grande) les permite utilizar herramientas combinadas multifuncionales.
Las piezas más pequeñas no requieren el uso de polipastos para moverlas, mientras que las piezas más grandes sí. De hecho, desarrollar un dispositivo que pueda ejecutar dos o tres componentes pequeños a la vez en una máquina más grande puede brindar potencial para mejorar la eficiencia. Éste es un ejemplo de cómo una máquina enorme no siempre implica una fundición masiva.
Material de la herramienta
La misma herramienta de corte se puede producir a partir de una variedad de materiales, algunos de los cuales son más duraderos (y por lo tanto más caros) que otros.
El carburo sólido es un material para herramientas de corte extremadamente duradero. Por otro lado, una herramienta con punta de PCD alcanza otro nivel de durabilidad. La herramienta de corte actual más dura es el PCD, o diamante policristalino, que se crea sinterizando partículas de diamante con un aglutinante metálico.
Una herramienta de perforación con punta de PCD tiene una vida útil de alrededor de 4 veces la de una herramienta de carburo sólido (2,500 piezas frente a 10,000 25), pero también puede funcionar un 180 % más rápido. La diferencia de costos entre los dos (alrededor de $960 para el carburo contra $XNUMX para el PCD) se contrarresta con la diferencia en la producción (mayor velocidad del husillo, velocidad de avance adicional, Y mano de obra, configuración y otros ahorros).
Estrategia
Los ingenieros suelen diseñar un escenario de mejor caso (mejores herramientas, tiempos de ciclo agresivos, utillaje de alta gama) y un escenario de "Plan B" al determinar cómo se completará un nuevo proyecto en el taller (herramientas menos costosas, máquinas menos potentes, etc.). La tentación es mantener los costos bajos eligiendo una solución menos costosa, pero esto generalmente implica que las herramientas se ven afectadas.
El error de ese argumento es que no tiene en cuenta posibles problemas con las herramientas, que no sólo cuestan tanto como el mejor de los casos iniciales, sino que también añaden el coste del tiempo perdido al proyecto.
La experiencia es invaluable
Algunas empresas de máquinas CNC tienen empleados con más conocimientos que otras. Nada puede igualar el conocimiento adquirido durante décadas de proyectos exitosos de máquinas CNC. Estos pioneros tienen experiencia en la gestión de proyectos desde su concepción hasta su finalización y cuentan con los procesos necesarios, así como muchas de las herramientas necesarias.
Entonces, ¿cómo puede un recién llegado ingresar a un taller de máquinas CNC experimentado? Después de todo, ni siquiera los mejores programas de educación superior en CNC ni las sesiones de capacitación enseñan a seleccionar herramientas. En este caso, se trata de un ejemplo de conocimiento tribal: una habilidad que se transmite de ingeniero a ingeniero, generalmente en talleres de máquinas CNC de alta gama.
Resumen
Ahora comprende mejor los distintos tipos de mecanizado y procesos involucrados. El mecanizado implica el uso de diversos equipos y procesos, según la pieza de trabajo o el material utilizado, así como el resultado deseado del producto. Se pueden utilizar formas mecánicas, abrasivas, térmicas o químicas de eliminar material en el proceso de mecanizado para lograr el mejor diseño y características del producto.
Comprender el mecanizado de metales le ayudará a planificar su negocio, tanto si es un emprendedor primerizo como si desea fabricar y proporcionar piezas de metal para las industrias automotriz, electrónica y otras. Si bien hay mucho que aprender, hablar con un profesional del mecanizado de metales puede ayudarlo a lograr sus objetivos.
