El mecanizado CNC es sin duda el alma de la industria manufacturera con aplicaciones como la aeroespacial, los dispositivos médicos y la electrónica. La elección de componentes mecanizados por CNC equilibra factores como la resistencia del material, la maquinabilidad y los requisitos específicos de la aplicación. Los avances en tecnología amplían continuamente las opciones de materiales, lo que hace que la selección informada sea fundamental para el rendimiento óptimo y la durabilidad de los componentes en estas industrias exigentes.
En este artículo, exploramos el mundo de los materiales CNC, centrándonos en cómo elegir los adecuados para el mecanizado CNC. Cubriremos opciones tanto populares como menos conocidas, ofreciendo información sobre sus propiedades y aplicaciones únicas. Esta guía simplificada tiene como objetivo mejorar su comprensión del mecanizado de materiales sin abrumarlo con detalles excesivos.
Cómo elegir el mejor material de mecanizado CNC
La disponibilidad de una amplia gama de materiales para el mecanizado CNC brinda a los ingenieros la libertad de elegir la mejor opción para sus necesidades específicas. Es fundamental comprender los diversos factores a considerar antes de elegir materiales de mecanizado para sus proyectos. Esto le ayudará a tomar decisiones informadas y garantizar que sus proyectos sean exitosos.
Entorno de mecanizado
Es importante tener en cuenta el entorno de mecanizado, ya que diversos materiales responden de forma única a diferentes condiciones, como la velocidad de corte, el material de la herramienta y el uso de refrigerante. Factores como la temperatura, la humedad y los posibles contaminantes del medio ambiente influyen significativamente en el proceso de mecanizado y la calidad del producto final.
Por ejemplo, algunos materiales pueden tender a astillarse o agrietarse si la temperatura de mecanizado aumenta demasiado, mientras que otros pueden experimentar un desgaste excesivo de la herramienta si la velocidad de corte es demasiado alta. De manera similar, puede ser necesario el uso de ciertos refrigerantes o lubricantes para reducir el calor y la fricción durante el mecanizado. Sin embargo, es posible que estos no sean compatibles con ciertos materiales y puedan provocar corrosión u otras formas de daño.
Por lo tanto, tener en cuenta el entorno de mecanizado puede ayudar a mejorar la productividad, reducir costos y garantizar la calidad del producto terminado.
Peso de la parte
Es esencial considerar el peso de la pieza para garantizar la rentabilidad, el rendimiento y la capacidad de fabricación. Las piezas más pesadas requieren más materiales CNC, lo que puede aumentar el coste de producción. Además, las piezas más pesadas pueden requerir máquinas CNC más grandes y potentes para su fabricación, lo que aumenta los costos y el tiempo de producción. Por tanto, elegir un material con menor densidad, como el aluminio o el magnesio, puede ayudar a reducir el peso de la pieza y abaratar los costes de producción.
Además, el peso de la pieza también puede afectar el rendimiento del producto final. Por ejemplo, en aplicaciones aeroespaciales, reducir el peso de un componente puede aumentar la eficiencia del combustible y mejorar el rendimiento general. En aplicaciones automotrices, reducir el peso también puede mejorar la eficiencia del combustible y aumentar la aceleración y el manejo.
Resistencia al calor
La resistencia al calor afecta directamente la capacidad del material para soportar altas temperaturas sin experimentar deformaciones o daños significativos. Durante procesos como cortar, taladrar o fresar, la exposición a ciclos de calentamiento y enfriamiento puede causar expansión térmica y deformación en materiales en stock que carecen de suficiente resistencia al calor.
Elegir metales con buena resistencia al calor también puede ayudar a mejorar el proceso de mecanizado, reducir los costos de producción y permitir velocidades de corte más rápidas y cortes más profundos. Esto conlleva tiempos de mecanizado más cortos y un menor desgaste de las herramientas.
La selección de materiales para el mecanizado CNC varía según su resistencia al calor y la aplicación prevista del producto final. Los metales como el aluminio y el cobre son adecuados para disipadores de calor y aplicaciones de gestión térmica debido a su buena conductividad térmica. Sin embargo, el acero inoxidable y el titanio son ideales para aplicaciones aeroespaciales y médicas debido a sus altos puntos de fusión y resistencia a la corrosión.
Conductividad eléctrica y requisitos magnéticos
La conductividad eléctrica es una medida de la capacidad de un material para conducir electricidad. Los materiales con alta conductividad eléctrica, como el cobre y el aluminio, son famosos por su eficiencia para disipar el calor. Este aspecto es crucial en el mecanizado de metales, donde la generación de calor puede provocar deformaciones o deformaciones. El uso de dichos materiales conductores ayuda a prevenir estos problemas.
Las propiedades magnéticas también influyen en la elección del material en el mecanizado CNC. Cuando se trabaja con metales ferromagnéticos como hierro, níquel y cobalto, sus fuertes campos magnéticos pueden afectar el proceso de corte. Por el contrario, las opciones no magnéticas como el titanio y el acero inoxidable son populares, ya que no se ven afectadas por los campos magnéticos, lo que da como resultado cortes más limpios.
Dureza
La maquinabilidad describe la facilidad con la que se puede cortar, perforar o moldear una pieza de trabajo mediante herramientas de corte CNC.
Cuando es demasiado duro, puede resultar difícil cortarlo o darle forma, lo que provoca un desgaste excesivo de la herramienta, roturas o acabados superficiales deficientes. Por otro lado, los materiales demasiado blandos pueden deformarse o deformarse bajo las fuerzas de corte, comprometiendo la precisión dimensional o la calidad de la superficie.
La dureza también influye en la velocidad y la eficiencia del mecanizado, ya que las sustancias más duras pueden requerir velocidades de corte más lentas o herramientas de corte más robustas. Por lo tanto, seleccionar un material con la dureza adecuada es vital para un mecanizado CNC de precisión y alta calidad.
Acabado de la superficie
El acabado de la superficie afecta el rendimiento y la apariencia del producto final maquinado. Por ejemplo, una pieza con un acabado superficial rugoso puede experimentar más fricción, lo que puede provocar un desgaste prematuro y fallas. Por otro lado, una parte con un acabado superficial liso tendrá menos fricción, lo que dará como resultado un mejor rendimiento y una vida útil más prolongada. Además, el acabado de la superficie también juega un papel importante en la estética. Un acabado superficial pulido puede mejorar la apariencia de una pieza y hacerla más atractiva para los clientes.
Por tanto, es fundamental considerar los requisitos de acabado superficial del producto final. Algunos materiales son más fáciles de mecanizar hasta obtener un acabado superficial liso que otros. Por ejemplo, metales como el aluminio y el latón son relativamente fáciles de mecanizar hasta obtener un acabado liso. Por el contrario, los plásticos como la fibra de carbono y la fibra de vidrio pueden ser más difíciles de mecanizar y lograr un acabado superficial suave puede requerir herramientas y técnicas especializadas.
Estética
Si planifica un proyecto de mecanizado CNC para un producto minorista de alta gama, la estética juega un papel importante. El material de mecanizado CNC elegido debe ofrecer atractivo visual, con una textura, color y acabado superficial atractivos. También debe permitir un fácil pulido, pintura o acabado para lograr la apariencia deseada.
Además, en industrias como la automotriz y aeroespacial, la estética puede ser una indicación de la calidad del producto y la atención al detalle del fabricante. Esto es particularmente importante en los vehículos de lujo, donde los consumidores pagan una prima por materiales y acabados de alta calidad.
Aplicación
La aplicación final del producto es el determinante clave a la hora de seleccionar los materiales adecuados para el mecanizado CNC. Esta decisión integra varias consideraciones que van más allá de las propiedades del propio material. Factores como la maquinabilidad, la estabilidad química, las propiedades adhesivas, la disponibilidad y la resistencia a la fatiga desempeñan un papel importante.
Por ejemplo, en situaciones en las que el producto final estará expuesto a altas temperaturas, es ventajoso optar por materiales como el aluminio o el cobre. Su conductividad térmica superior y su resistencia al daño por calor los hacen ideales para tales entornos.
Presupuesto
En primer lugar, el coste del material puede variar significativamente según el tipo y la cantidad requerida. Los metales de alta calidad pueden ser costosos, mientras que los plásticos o los compuestos suelen ofrecer una alternativa más económica. Establecer un presupuesto es esencial para filtrar sus opciones, permitiéndole centrarse en opciones asequibles.
En segundo lugar, los costos de mecanizado de CNC puede ser costoso y llevar mucho tiempo. Tanto en términos de dinero como de tiempo están influenciados por varios factores. Estos incluyen la complejidad de la pieza, el tipo de recurso utilizado y la maquinaria requerida. Optar por recursos más rentables que aún cumplan con sus requisitos de mecanizado puede ayudar a reducir los gastos generales de producción.
Por último, la asequibilidad de los materiales seleccionados puede tener implicaciones en la calidad del producto final. Las opciones menos costosas pueden ser más susceptibles a fallas o tener una vida útil más corta en comparación con sus contrapartes de mayor calidad. Por lo tanto, equilibrar su presupuesto con la selección de calidad es crucial para garantizar que el producto final sea duradero y cumpla con altos estándares.
Los mejores materiales para proyectos de mecanizado CNC
Ahora, pasemos a la siguiente parte de nuestra discusión: tipos de materiales de mecanizado CNC.
Materiales CNC metálicos
Los metales son el material más común para las piezas CNC. Ofrecen una amplia gama de propiedades favorables, como alta resistencia, dureza, resistencia térmica y conductividad eléctrica.
Aluminio (6061, 7075)
El aluminio es uno de los materiales más versátiles y valiosos en la fabricación CNC. Tiene una relación resistencia-peso excepcional, naturaleza liviana, resistencia a la corrosión y una apariencia plateada llamativa. Por tanto, el aluminio es muy deseable para su uso en una amplia variedad de aplicaciones. Además, sus favorables propiedades térmicas y eléctricas lo hacen ideal para su uso en una variedad de aplicaciones de gestión térmica y electrónica. La alta calidad Grados 6061 y 7075 de aluminio son particularmente populares para su uso en estructuras aeroespaciales, piezas de motores de automóviles y equipos deportivos livianos.
Comparado con otros metales CNCEl aluminio, como el titanio y el acero, es relativamente fácil de mecanizar, lo que lo convierte en una opción popular para los fabricantes. Sin embargo, tenga en cuenta que el aluminio no es la opción más barata disponible. Y es más caro que otros, como el acero inoxidable.
Acero inoxidable (316, 303, 304)
El acero inoxidable viene en numerosos grados. Sin embargo, en general posee alta resistencia y tenacidad, resistencia al desgaste y a la corrosión, y tiene una apariencia brillante como el aluminio. Además, se encuentra entre los metales de precio medio. Sin embargo, es un material CNC difícil de mecanizar debido a su dureza.
El acero inoxidable 316 es útil en aplicaciones marinas, equipos médicos y recintos exteriores debido a su capacidad para resistir el calor y la corrosión. 303 y 314 comparten composiciones similares y generalmente son más baratos y más mecanizables que el 316. Su uso principal incluye sujetadores (pernos, tornillos, casquillos, etc.), piezas de automóviles y electrodomésticos.
Acero al carbono y acero aleado
El acero al carbono y sus aleaciones relacionadas ofrecen excelente resistencia y maquinabilidad, lo que los hace ideales para su uso en muchas aplicaciones. También son compatibles con diversos procesos de tratamiento térmico, mejorando aún más sus propiedades mecánicas. Además, el acero al carbono es relativamente económico en comparación con otros metales CNC.
Sin embargo, vale la pena señalar que el acero al carbono y sus aleaciones no son inherentemente resistentes a la corrosión, a diferencia del acero inoxidable o el aluminio. Además, su apariencia rugosa puede no ser adecuada para aplicaciones estéticas.
No obstante, el acero al carbono y sus aleaciones tienen numerosas aplicaciones prácticas, que incluyen sujetadores mecánicos y elementos estructurales tales como vigas. A pesar de sus limitaciones, estos materiales siguen siendo opciones populares para muchas aplicaciones industriales y de fabricación debido a su resistencia, asequibilidad y maquinabilidad.
Latón
El latón, conocido por su excelente maquinabilidad, resistencia a la corrosión y conductividad térmica y eléctrica, es un metal versátil. También cuenta con una apariencia atractiva gracias a su contenido de cobre, así como excelentes propiedades de fricción superficial.
Sus propiedades lo convierten en una opción ideal para fabricar componentes que requieren durabilidad y resistencia manteniendo al mismo tiempo un atractivo estético. Tiene numerosas aplicaciones en diversas industrias. Por ejemplo, los fabricantes lo utilizan habitualmente en productos de consumo, sujetadores de baja resistencia, plomería y dispositivos eléctricos.
Cobre
El cobre es conocido por su excelente conductividad eléctrica y térmica. Sin embargo, puede resultar complicado mecanizarlo debido a su alta maleabilidad. Esto puede causar dificultades en la generación de virutas durante las operaciones del CNC. Además, el cobre es propenso a la corrosión, lo que puede ser un problema en determinados entornos.
A pesar de estos desafíos, el cobre se usa ampliamente en varias industrias, incluido el cableado eléctrico, productos magnéticos y fabricación de joyas. Sus excelentes propiedades de conductividad lo convierten en una opción ideal para aplicaciones eléctricas y electrónicas, mientras que su maleabilidad y atractivo estético lo convierten en una opción popular en la industria de la joyería.
Titanio
Las aleaciones de titanio son conocidas por su excepcional relación resistencia-peso, lo que las hace livianas y resistentes al mismo tiempo. También son resistentes a la corrosión y tienen una buena conductividad térmica. Además, el titanio es biocompatible, por lo que son aptos para aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, existen algunos inconvenientes en el uso de titanio. Tiene poca conductividad eléctrica y es difícil de mecanizar. Los cortadores regulares de HSS o de carburo más débil no son adecuados para mecanizarlo, y es un material costoso para usar en la fabricación CNC.
Aun así, el titanio es una selección popular, especialmente para piezas aeroespaciales de alto rendimiento, componentes militares y productos biomédicos como implantes.
Magnesio
El magnesio es un metal que combina fuerza con un bajo peso. Sus excelentes propiedades térmicas lo hacen ideal para su uso en entornos de alta temperatura, como en motores. Su naturaleza liviana permite la producción de vehículos más livianos y más eficientes en combustible.
Sin embargo, la inflamabilidad del magnesio también plantea problemas de seguridad en determinadas aplicaciones. Además, no es tan resistente a la corrosión como otros metales, como el aluminio, y su mecanizado puede resultar más caro.
Materiales plásticos CNC
Ahora hablaremos de los plásticos CNC. Aunque la mayoría de las resinas plásticas no son mecanizables debido a su baja rigidez y puntos de fusión, hemos seleccionado el pequeño grupo que tiene una amplia gama de aplicaciones CNC.
Acetal (POM)
El acetal es un plástico muy versátil utilizado para el mecanizado CNC con una variedad de propiedades deseables. Ofrece una excelente resistencia a la fatiga y al impacto, una tenacidad decente y bajos coeficientes de fricción. Además, es muy resistente a la humedad, lo que lo convierte en una excelente opción para su uso en ambientes húmedos.
Una de las principales ventajas del acetal es su rigidez, lo que facilita su mecanizado con gran precisión dimensional. Esto lo convierte en una opción popular para usar en componentes de precisión como cojinetes, engranajes y válvulas. Debido a sus excelentes propiedades mecánicas y alta resistencia a los factores ambientales, Acetal es una opción confiable para diversas industrias, como la automotriz, aeroespacial y de bienes de consumo.
Acrílico (PMMA)
El acrílico es un material de uso común que puede servir como sustituto del vidrio debido a sus propiedades deseables. Tiene buena rigidez y claridad óptica, lo que permite su uso en aplicaciones donde se necesitan superficies transparentes. Los componentes acrílicos ofrecen una alternativa atractiva y funcional al vidrio, con buena claridad óptica y un alto grado de durabilidad.
Si bien el acrílico tiene algunas limitaciones, como su susceptibilidad al agrietamiento y al ablandamiento térmico, sigue siendo un material popular para el mecanizado CNC debido a su versatilidad y facilidad de uso. Con la capacidad de crear componentes precisos y de alta calidad, el acrílico es una excelente opción para una amplia gama de aplicaciones. Las lentes, los recintos transparentes, los recipientes para almacenar alimentos y los elementos decorativos son solo algunos ejemplos.
Policarbonato (PC)
El policarbonato (PC) también es una opción popular debido a su conjunto único de propiedades. Es muy transparente, lo que lo convierte en un material ideal para usar en productos que requieren claridad, como gafas de seguridad, equipos médicos y pantallas electrónicas. Además, tiene buena resistencia al calor, por lo que es adecuado para su uso en aplicaciones de alta temperatura.
Sin embargo, su susceptibilidad al rayado y la falta de resistencia a los rayos UV pueden limitar su uso en ciertas aplicaciones. La exposición prolongada a la luz solar puede hacer que se amarillee y se vuelva quebradizo. Esto puede limitar su uso en aplicaciones al aire libre a menos que se modifique con estabilizadores UV.
Un uso común de PC es en la producción de gafas de seguridad y protectores faciales, donde su resistencia al impacto y transparencia lo convierten en una opción ideal. PC también se utiliza en la producción de piezas de automóviles, componentes electrónicos y dispositivos médicos.
Polipropileno (PP)
El polipropileno es un polímero versátil con numerosos beneficios, incluida una alta resistencia química y resistencia a la fatiga. También es un material de grado médico, y produce un acabado superficial suave al mecanizar. Sin embargo, una de sus limitaciones es que no puede soportar altas temperaturas, ya que tiende a ablandarse y irritarse durante el corte, lo que hace que sea un poco difícil de mecanizar.
El PP sigue siendo una opción popular para diversas aplicaciones. Sus excelentes propiedades lo hacen adecuado para fabricar equipos y productos médicos.
ABS
El ABS es un material plástico altamente rentable que es muy adecuado para el mecanizado CNC debido a su excelente maquinabilidad, resistencia a la tracción, resistencia al impacto y resistencia química. Además, se puede colorear fácilmente, lo que lo hace ideal para aplicaciones donde la estética es importante.
Sin embargo, el ABS no es adecuado para su uso en entornos de alta temperatura y no es biodegradable. Además, produce un humo desagradable cuando se quema, lo que puede ser una preocupación en un taller de CNC.
El ABS tiene muchas aplicaciones y se usa comúnmente en impresión 3D y moldeo por inyección, a menudo con posprocesamiento mediante mecanizado CNC. Se utiliza con frecuencia para crear componentes automotrices y carcasas protectoras y para la creación rápida de prototipos.
Nylon
El nylon es un material versátil con excelente resistencia a la tracción, dureza y resistencia al impacto. Se puede usar en una variedad de formas compuestas, como nailon reforzado con fibra de vidrio, y tiene excelentes capacidades de lubricación superficial. Sin embargo, no se recomienda su uso en ambientes húmedos.
El nailon es particularmente adecuado para aplicaciones que requieren protección contra las fuerzas de fricción. Esto incluye componentes como engranajes, superficies deslizantes, cojinetes y ruedas dentadas. Con sus propiedades superiores de resistencia y lubricación, el nailon es una opción popular para muchos productos industriales y relacionados con el deporte.
UHMW-PE
UHMWPE proporciona propiedades excepcionales, que incluyen alta dureza, resistencia a la abrasión y al desgaste, y durabilidad. Sin embargo, su inestabilidad térmica durante el mecanizado dificulta su mecanizado.
A pesar de su dificultad de mecanizado, UHMWPE es una excelente opción para superficies deslizantes en rodamientos, engranajes y rodillos. Sus excelentes propiedades lo hacen ideal para aplicaciones donde se requiere alta resistencia al desgaste y durabilidad. Cuando se mecaniza correctamente, el UHMWPE puede proporcionar un rendimiento excelente y una vida útil más larga en comparación con otros materiales.
Otros materiales
El mecanizado CNC comúnmente usa metales y plásticos, pero también puede funcionar con muchos otros materiales, incluidos los que se enumeran a continuación.
Foam
Las espumas son un tipo de material CNC que se caracteriza por un cuerpo sólido con huecos llenos de aire. Esta estructura única confiere a las espumas una forma reconocible y una ligereza notable. Ciertas espumas de alta densidad, como la espuma de poliuretano y la espuma de poliestireno, se pueden mecanizar fácilmente debido a su rigidez, resistencia, peso ligero y durabilidad.
La naturaleza liviana de las espumas las convierte en una excelente opción para el empaque protector. Su versatilidad para ser maquinados en varias formas y tamaños los hace igualmente útiles para crear elementos decorativos. Además, sus propiedades aislantes los convierten en una opción popular para el aislamiento térmico en edificios, unidades de refrigeración y otras aplicaciones donde el control de la temperatura es importante.
Madera
La madera ofrece facilidad de mecanizado, buena resistencia y dureza y una amplia gama de tipos disponibles. Además, la madera es un compuesto orgánico y no tiene ningún impacto negativo en el medio ambiente. Debido a su versatilidad y atractivo estético, la madera es una opción popular para muebles, decoración del hogar y proyectos de bricolaje.
Sin embargo, el mecanizado de la madera genera una gran cantidad de polvo, lo que puede suponer un riesgo para la salud de los trabajadores. Por lo tanto, es importante que los talleres de mecanizado de madera cuenten con sistemas adecuados de gestión de virutas.
composites
Los compuestos están formados por dos o más componentes que se unen con un medio aglutinante. Los materiales compuestos comunes utilizados en el mecanizado CNC incluyen fibra de carbono, madera contrachapada, fibra de vidrio y otros. Tienen aplicaciones en diversas industrias, como la automotriz, la aviación, la deportiva y la médica.
Mecanizar compuestos puede ser todo un reto debido a varios factores. Los materiales constituyentes de los compuestos pueden tener diferentes propiedades mecánicas y formas, como fibras, fragmentos o placas. Además, el propio medio de unión puede tener propiedades únicas que deben tenerse en cuenta durante el proceso de mecanizado.
No olvide considerar posibles materiales CNC
La rica variedad de plásticos y metales para piezas de mecanizado CNC causa más confusión que beneficio. Es un problema común pasar por alto materiales potenciales más allá de los metales y plásticos convencionales.
Para ayudarlo a ver el panorama general mientras Diseño para la fabricación, a continuación hay una breve lista de puntos a considerar antes de finalizar los materiales para su proyecto.
- Elija materiales no metálicos: Hay varios casos en los que los materiales no metálicos son sustitutos iguales de los metales. Los plásticos duros como el ABS o el UHMW-PE son rígidos, resistentes y duraderos, por ejemplo. Los compuestos como la fibra de carbono también se promocionan como superiores a muchos metales de mejor rendimiento.
- Considere los fenólicos: Los fenólicos son un tipo de material compuesto rentable con una gran rigidez y propiedades superficiales. Son fáciles de mecanizar y se pueden cortar a velocidades increíblemente altas, lo que ahorra tiempo y dinero.
- Conoce Diferentes Plásticos: Tener conocimiento sobre la cartera completa de materiales de mecanizado CNC de plástico es una habilidad imprescindible para los diseñadores. Los plásticos CNC son baratos, fáciles de mecanizar y vienen en una amplia gama de propiedades de materiales que no se pueden ignorar.
- Elija el adecuado entre diferentes espumas: En referencia a la sección anterior sobre espumas, nos gustaría enfatizar que tiene mucho potencial como material CNC. ¡Incluso algunos componentes de máquinas CNC ahora están hechos de espumas metálicas! Estudie diferentes espumas CNC para ver cuál se adapta mejor a sus aplicaciones.
Diferentes proyectos y materiales de mecanizado CNC, una sola fuente
El diseño para la fabricación es un aspecto crucial de la industria moderna. A medida que la ciencia de los materiales ha avanzado, el mecanizado CNC se ha vuelto cada vez más dependiente de una cuidadosa selección de materiales. En RapidDirect, nos especializamos en Servicios de mecanizado CNC, incluyendo fresado y torneado CNC, y ofrecen una amplia gama de materiales, desde metales codiciados hasta plásticos de alta calidad. Nuestro Capacidades de mecanizado de 5 ejes, combinado con nuestro experimentado equipo, nos permite brindar una precisión y calidad incomparables a nuestros clientes.
Estamos dedicados a brindar un servicio al cliente excepcional y estamos comprometidos a ayudar a nuestros clientes a reducir costos y lograr sus objetivos. Nuestro equipo técnico está disponible para ayudarlo a seleccionar los mejores materiales para su proyecto y puede brindarle asesoramiento experto sin cargo. Ya sea que necesite piezas mecanizadas CNC personalizadas o tenga un proyecto específico en mente, estamos aquí para ayudarlo en cada paso del camino.
