Adquisición de material para CNC: Consejos para su material CNC
La adquisición de material para CNC es una de las decisiones más importantes en el proceso de fabricación de un componente fresado o torneado. El material CNC seleccionado determina la funcionalidad y el rendimiento. También define la eficiencia, economía y fiabilidad con la que puede fabricarse un componente.
Una pieza bien planificada en el modelo CAD puede resultar cara o imposible de fabricar en la práctica. Esto ocurre si el material CNC seleccionado no se ajusta a los parámetros de mecanizado, las tolerancias o los requisitos de mecanizado. Esta guía pretende ayudarle en la selección y adquisición estructuradas de materiales para proyectos CNC
Introducción
Esta guía de adquisición de materiales para CNC proporciona a ingenieros y compradores una valiosa ayuda orientativa. El objetivo es que puedan seleccionar con facilidad los materiales CNC adecuados. Explica los grupos de materiales más importantes y destaca sus propiedades específicas.
También analiza su impacto en los costes y la fabricabilidad. Esto crea una base sólida para optimizar la pieza CNC, desde el diseño inicial hasta la producción en serie.
Los expertos de FACTUREE le ayudarán a tomar la mejor decisión para los materiales CNC en su proyecto. Juntos examinamos los criterios decisivos para que su componente esté perfectamente diseñado desde el principio.
Los materiales CNC más importantes en detalle
Los materiales CNC habituales pueden dividirse en cinco categorías principales: Aleaciones de aluminio, aceros, aceros inoxidables, metales blandos y plásticos. Además, los materiales compuestos CNC y la cerámica también están ganando importancia. Cada uno de estos grupos trae consigo un conjunto único de características y retos.
CNC acero y metalurgia
Los metales son los materiales más utilizados en el mecanizado CNC. Por su resistencia, dureza y versatilidad, son el material más popular en ingeniería mecánica y aviación.
Aluminio
El aluminio es probablemente el metal CNC más mecanizado. Se caracteriza por una elevada relación resistencia-peso, una excelente resistencia a la corrosión y una excelente mecanizabilidad.
- Aluminio 6061 (Al-Mg1SiCu) es un material versátil. Tiene una resistencia media, es fácil de soldar y no se oxida rápidamente. Por eso se utiliza a menudo para componentes de ingeniería, construcción de vehículos y bicicletas. La resistencia a la tracción es de hasta 290 MPa y la densidad de 2,70 g/cm³. Es una opción favorable si no se requiere una resistencia extremadamente alta.
- Aluminio 7075 (Al-Zn6MgCu) es mucho más fuerte y resistente que el 6061. Es ligero (2,81 g/cm³) y tiene una resistencia a la tracción muy alta, de hasta 572 MPa. Por eso se utiliza a menudo en la industria aeroespacial, por ejemplo para piezas de aviones. El mecanizado es más difícil que con el 6061, pero su dureza hace que apenas se creen rebabas o bordes ásperos.
Acero
El acero es un material todoterreno en el mecanizado CNC. Ofrece una excelente resistencia a la tracción, dureza y durabilidad, además de ser muy rentable. Se utilizan en ámbitos en los que priman las cargas mecánicas elevadas.
- Aceros al carbono (por ejemplo, C45 AISI 1045): Como acero "blando", el C45 se considera muy rentable, fácil de mecanizar y de soldar. Se utiliza a menudo en las industrias del automóvil y la construcción para carrocerías, bastidores y otros componentes. La velocidad de corte típica es de 70-90 m/min.
- Aceros para herramientas (por ejemplo, 1.2842): Estas aleaciones están especialmente diseñadas por su extrema dureza y resistencia al desgaste. Son la mejor elección para la fabricación de herramientas, piezas de maquinaria y moldes de plástico. Éstos deben tener una elevada resistencia mecánica. El mecanizado de aceros para herramientas es exigente debido a su dureza y contenido en elementos de aleación. Requiere herramientas especiales de metal duro y una refrigeración controlada para evitar el sobrecalentamiento.
Acero inoxidable
Los aceros inoxidables son indispensables en el mecanizado CNC. Se caracterizan por su resistencia inherente a la corrosión, que se consigue gracias a un contenido de cromo de al menos 10 %.
Esto lo convierte en una importante clase de material. Se utiliza en las industrias alimentaria, química y de tecnología médica. También se utiliza en el transporte marítimo.
El mecanizado de aceros inoxidables austeníticos (por ejemplo, 304, 316) es un reto debido a su tendencia a endurecerse por deformación. Esto se debe a que la superficie se endurece durante el mecanizado y el desgaste de la herramienta aumenta drásticamente. Las velocidades de corte recomendadas son de sólo 40-60 m/min, lo que prolonga los tiempos de mecanizado.
- Acero inoxidable 303 (1.4305) es muy fácil de mecanizar. Esto significa que se puede fresar o tornear fácilmente con CNC. Por tanto, es muy adecuado para la producción de grandes cantidades. Sin embargo, se oxida algo más rápido que otros aceros inoxidables.
- Acero inoxidable 304 (1.4301) es el acero inoxidable más utilizado. Apenas se oxida, es estable y fácil de soldar. Es frecuente encontrarlo en cocinas, para tuberías o fregaderos.
- Acero inoxidable 316L (1.4404) es aún más resistente a la oxidación, especialmente cuando se expone al agua salada o a productos químicos. Por eso se utiliza a menudo en la construcción naval o la tecnología médica. Sin embargo, es más caro y más difícil de mecanizar que el 304.
Metales no ferrosos: latón y cobre
Los metales no férreos, como el latón y el cobre, son buenos para el mecanizado CNC. Tienen buena maquinabilidad y propiedades especiales.
- De latón: El latón (por ejemplo, MS58) es un material muy blando con una excelente maquinabilidad. Por lo tanto, es ideal para la producción de piezas CNC complejas. Este material se forma fácilmente a temperaturas normales y es fácil de soldar en blando y en duro. Por eso se utiliza a menudo en automoción y construcción naval, así como para accesorios y conectores.
- Cobre: El cobre (por ejemplo, C101) se caracteriza por su excelente conductividad térmica y eléctrica. Esta propiedad lo convierte en un material indispensable para componentes electrónicos y disipadores de calor en ingeniería eléctrica. Con una velocidad de corte típica de 150-200 m/min, es muy fácil de mecanizar. Sin embargo, su ductilidad puede favorecer la formación de bordes acumulados.
Titanio
Titanio (por ejemplo, grado 5 / Ti-6Al-4V): Este metal ligero se caracteriza por una excepcional relación resistencia-peso. Su excelente resistencia a la corrosión y biocompatibilidad lo convierten en un material clave para aplicaciones exigentes. Se utiliza a menudo en la industria aeroespacial, la tecnología médica y la ingeniería de automoción de alto rendimiento.
Sin embargo, el mecanizado del titanio plantea grandes exigencias al proceso de fabricación. Debido a la bajísima conductividad térmica del material, el calor generado se concentra en el filo de la herramienta.
Esto provoca un desgaste extremadamente rápido. Para compensarlo, se requieren velocidades de corte muy bajas, de 20 a 30 m/min. También se necesitan herramientas especiales resistentes al calor y refrigerantes de alta presión. Estos factores hacen del titanio uno de los materiales más caros en el mecanizado CNC.
Plásticos: ligeros, versátiles y rentables
Los plásticos se han convertido en una alternativa consolidada a los metales en el mecanizado CNC. Sus ventajas radican en su bajo peso, sus propiedades de aislamiento eléctrico, su resistencia a la corrosión y su mecanizabilidad, a menudo excelente.
- ABS: Este termoplástico ampliamente utilizado ofrece una buena solidez, resistencia al calor y mecanizabilidad. El ABS suele utilizarse para prototipos antes del moldeo por inyección.
- POM (Delrin): Este plástico es conocido por su excelente maquinabilidad. El POM es muy rígido y dimensionalmente estable. Tiene baja fricción y absorción de agua. Por tanto, es ideal para piezas de precisión como engranajes y cojinetes.
- Policarbonato (PC): Un termoplástico extremadamente duradero que se caracteriza por una mayor resistencia al impacto que el ABS. Por su transparencia y resistencia a la rotura, suele utilizarse como sustituto del vidrio.
- PEEK: Este plástico de alto rendimiento (poliéter éter cetona) ofrece una sorprendente estabilidad térmica y resistencia química. Gracias a sus excelentes propiedades mecánicas, el PEEK puede sustituir a los materiales metálicos en algunas aplicaciones.
Una ventaja decisiva en la tecnología médica es su biocompatibilidad y su capacidad para soportar varios ciclos de esterilización. Sin embargo, el mecanizado requiere precauciones especiales para evitar tensiones internas y grietas. En el caso de los productos sanitarios, a menudo es necesario el mecanizado en seco para no perjudicar la biocompatibilidad.
Compuestos CNC
Los materiales compuestos CNC, como el CFRP y el GFRP, son conocidos por su buena relación resistencia-peso. También tienen una gran rigidez. Se utilizan mucho en las industrias aeroespacial, automovilística y de equipamiento deportivo.
Sin embargo, el mecanizado de estos materiales plantea un reto particular. El fino polvo conductor que se produce no sólo puede ser perjudicial para la salud, sino que también puede dañar los componentes electrónicos sensibles. Por eso son importantes las máquinas CNC especiales y cerradas. Necesitan buenos conceptos de extracción y directrices estrictas (TRGS 900).
Comparación de materiales típicos de CNC
La siguiente tabla sirve de guía estratégica para facilitar la selección inicial del material para el mecanizado CNC.
| Grupo de materiales | Maquinabilidad | Costes relativos (€/kg) | Principal ventaja | El reto |
|---|---|---|---|---|
| Metales | ||||
| Aluminio | Excelente | Bajo | Elevada relación resistencia/peso | Expansión térmica, formación de rebabas |
| Aceros | Buena a moderada | Muy bajo | Alta resistencia y rentabilidad | Óxido (acero al carbono) |
| Aceros inoxidables | Moderado | Medio | Alta resistencia a la corrosión | Eliminación de virutas, curado |
| Metales blandos | Excelente | Medio | Conductividad, estética | Fuerza inferior |
| Titanio | Moderado a bajo | Alta | Alta resistencia, biocompatibilidad | Desgaste de la herramienta, disipación del calor |
| Plásticos | ||||
| Termoplásticos estándar | Excelente | Muy bajo | Rentabilidad, ligereza | Menor resistencia, estabilidad dimensional |
| Plásticos de alto rendimiento | Bien | Alta | Rendimiento extremadamente alto | Costes, parámetros especiales del proceso |
| Materiales compuestos | ||||
| CFRP/GRP | Moderado | Alta | Rigidez extrema, ligereza | Polvo fino peligroso, abrasivo |
Posibles acabados superficiales y métodos de acabado*.
| Grupo de materiales | Procedimiento de tratamiento posterior | Principal ventaja |
|---|---|---|
| Aluminio | ||
| Anodizado | Protección contra la corrosión, estética | |
| Pulido | Estética, superficie reflectante | |
| Recubrimiento en polvo | Robustez, estética | |
| Acero / acero inoxidable | ||
| Pasivado | Alta resistencia a la corrosión | |
| Revestimiento de óxido negro | Estética, ligera protección contra la corrosión | |
| Pulido | Estética, función (almacén) | |
| Recubrimiento en polvo | Robustez, estética | |
| Plásticos | ||
| Pulido | Estética, transparencia (por ejemplo, acrílico) | |
| General | ||
| Granallado de vidrio, chorro de arena | Superficie cosmética, textura difusa | |
*Ésta es sólo una selección de los posibles métodos de superficie y acabado que ofrece FACTUREE. Aquí encontrará todos los tratamientos superficiales del adoquín en línea.
Lista de comprobación para la adquisición de material para CNC
¿No está seguro de qué material CNC es el adecuado para su componente?
Utilice nuestra sencilla guía para aclarar los factores decisivos y hacer la mejor elección.
¿Cuál es el principal requisito de su componente?
[Alta resistencia / dureza / resistencia al desgaste]
[Bajo peso (construcción ligera)
[Máxima resistencia a la corrosión y a los productos químicos]
[Propiedades eléctricas / térmicas específicas]
[Costes totales más bajos posibles (material + transformación)].
¿En qué entorno se utiliza el componente?
[Interior, seco, temperatura normal]
[Zona exterior, intemperie / humedad]
[Contacto con agua salada / productos químicos agresivos]
[Temperaturas altas o muy bajas]
¿Qué otros factores son decisivos?
[Mecanizado rápido y rentable (alta maquinabilidad)
[Geometría compleja con paredes finas o bolsas profundas]
[Calidad superficial especialmente alta / aspecto decorativo]
[Una proporción equilibrada de todas las propiedades]
Sus respuestas nos ayudan a seleccionar los mejores materiales. Así podremos aconsejarle la mejor solución para usted.
Ejemplos prácticos de material CNC procedente de industrias
Para ilustrar la selección estratégica de materiales, se presentan los siguientes casos prácticos.
Caso práctico 1: Aeroespacial
La industria aeroespacial es la que más exige al rendimiento de los materiales. Aquí, el bajo peso, la resistencia extrema, la resistencia a la fatiga y la fiabilidad en condiciones extremas (temperatura, presión) son de la máxima importancia. Las aleaciones de aluminio, especialmente las de alto rendimiento:
- 7075, son el material principal para fuselajes, alas y mamparos del fuselaje debido a su elevada relación resistencia-peso.
- Titanio se utiliza para componentes críticos de motores y trenes de aterrizaje.
- Plásticos de alto rendimiento como PEEK se utilizan cada vez más como sustituto del metal para piezas más ligeras y resistentes al calor.
Caso práctico 2: Industria del automóvil
En la industria del automóvil, la selección de materiales es un conflicto directo de objetivos entre coste, funcionalidad y volumen de producción.
- Para las carrocerías y muchas piezas estructurales, es más favorable Acero al carbono utilizado. Ofrece un buen equilibrio entre dureza, resistencia y rentabilidad en la producción en serie.
- Aleaciones de aluminio se utilizan en zonas sensibles al peso, como los componentes del motor y el chasis.
- Latón se utiliza a menudo en la construcción de automóviles y barcos porque es fácil de trabajar y dura mucho tiempo. También es muy fácil de reciclar sin que pierda nada de su calidad.
Caso práctico 3: Tecnología médica
La tecnología médica requiere diversos materiales que cumplan las normas más estrictas de precisión, durabilidad, biocompatibilidad y esterilizabilidad. Por eso, además de metales como Titanio también Plásticos de alto rendimiento usado.
El plástico de alto rendimiento PEEK se ha consolidado como un eficaz sustituto del titanio en la fabricación de implantes como los dispositivos de fusión espinal. Una ventaja decisiva es la biocompatibilidad del material.
Esto permite un contacto limitado con la piel y los tejidos. Y permite su uso en implantes y prótesis dentales. Además, el PEEK de grado médico puede soportar múltiples ciclos de esterilización sin pérdida de calidad, lo que es de vital importancia para los instrumentos médicos.
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