El mecanizado CNC es, sin duda, el motor de la industria manufacturera, con aplicaciones como la aeroespacial, los dispositivos médicos y la electrónica. En los últimos años, se han producido avances increíbles en el campo de los materiales para mecanizado CNC. Su amplio portafolio ofrece ahora excelentes combinaciones de propiedades de materiales, coste y estética.
En este artículo, profundizaremos en el diverso mundo de los materiales CNC. Le proporcionaremos una guía completa para seleccionar los materiales adecuados para el mecanizado CNC, incluyendo una lista detallada de los materiales más utilizados. Además, abordaremos algunos materiales menos conocidos que quizá no haya considerado.
Entorno de mecanizado
Es importante considerar el entorno de mecanizado al elegir materiales CNC, ya que cada material reacciona de forma distinta a las distintas condiciones de mecanizado, como la velocidad de corte, el material de la herramienta y el refrigerante. El entorno de mecanizado incluye factores como la temperatura, la humedad y la presencia de contaminantes.
Por ejemplo, algunos materiales tienden a astillarse o agrietarse si la temperatura de mecanizado es demasiado alta, mientras que otros pueden experimentar un desgaste excesivo de la herramienta si la velocidad de corte es demasiado alta. De igual manera, puede ser necesario el uso de ciertos refrigerantes o lubricantes para reducir el calor y la fricción durante el mecanizado. Sin embargo, estos pueden no ser compatibles con ciertos materiales y provocar corrosión u otros daños.
Por lo tanto, tener en cuenta el entorno de mecanizado puede ayudar a mejorar la productividad, reducir los costos y garantizar la calidad del producto terminado.
Peso de la pieza
Es fundamental considerar el peso de la pieza para garantizar la rentabilidad, el rendimiento y la viabilidad de fabricación. Las piezas más pesadas requieren más material, lo que puede incrementar el coste de producción. Además, su fabricación puede requerir máquinas CNC más grandes y potentes, lo que incrementa los costes y el tiempo de producción. Por lo tanto, elegir un material con menor densidad, como el aluminio o el magnesio, puede ayudar a reducir el peso de la pieza y 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, así como la aceleración y la maniobrabilidad.
Resistencia al calor
La resistencia al calor afecta directamente la capacidad del material para soportar altas temperaturas sin sufrir deformaciones ni daños significativos. Durante el proceso de mecanizado CNC, el material sometido a diversos ciclos de calentamiento y enfriamiento, especialmente al cortarlo, taladrarlo o fresarlo. Estos ciclos pueden causar expansión térmica, deformación o agrietamiento en materiales no resistentes al calor.
Elegir materiales CNC con buena resistencia al calor también puede ayudar a mejorar el proceso de mecanizado y reducir los costos de producción. Cuando un material soporta altas temperaturas, permite velocidades de corte más rápidas y cortes más profundos. Esto se traduce en tiempos de mecanizado más cortos y un menor desgaste de las herramientas.
Los diferentes materiales para el mecanizado CNC presentan distintos niveles de resistencia térmica, y la elección del material depende del uso previsto del producto final. Materiales como el aluminio y el cobre son adecuados para disipadores de calor y aplicaciones de gestión térmica gracias a su buena conductividad térmica. Sin embargo, el acero inoxidable y el titanio son ideales para aplicaciones aeroespaciales y médicas gracias a sus altos puntos de fusión y resistencia a la corrosión.
Conductividad eléctrica y requisitos magnéticos
La conductividad eléctrica mide la capacidad de un material para conducir electricidad. En el mecanizado CNC, se prefieren materiales con alta conductividad eléctrica porque disipan el calor eficazmente. Esto es especialmente importante al mecanizar metales, ya que el calor generado durante el proceso puede deformar el material. Los materiales con alta conductividad eléctrica, como el cobre y el aluminio, disipan el calor eficazmente, lo que ayuda a prevenir estos problemas.
Las propiedades magnéticas también son importantes al elegir materiales para CNC, especialmente al trabajar con materiales ferromagnéticos como el hierro, el níquel y el cobalto. Estos materiales poseen un fuerte campo magnético que puede afectar el proceso de corte. Los materiales no magnéticos, como el titanio y el acero inoxidable, son los preferidos para el mecanizado CNC, ya que no se ven afectados por el campo magnético y, por lo tanto, producen un corte más limpio.
Dureza
La maquinabilidad se refiere a la facilidad con la que una máquina herramienta CNC puede cortar, perforar o dar forma a un material.
Cuando un material CNC es demasiado duro, puede ser difícil de cortar o moldear, lo que puede provocar un desgaste excesivo de la herramienta, su rotura o un acabado superficial deficiente. Por el contrario, un material demasiado blando puede deformarse o deformarse bajo la fuerza de corte, lo que resulta en una precisión dimensional o un acabado superficial deficientes.
Por lo tanto, elegir un material para el mecanizado CNC con la dureza adecuada es fundamental para lograr componentes mecanizados de alta calidad y precisión. Además, la dureza del material también puede afectar la velocidad y la eficiencia del proceso de mecanizado, ya que los materiales más duros pueden requerir velocidades de corte más lentas o herramientas de corte más potentes.
Acabado de la superficie
El acabado superficial afecta el rendimiento y la apariencia del producto mecanizado final. Por ejemplo, una pieza con un acabado superficial rugoso puede experimentar mayor fricción, lo que puede provocar desgaste prematuro y fallos. Por otro lado, una pieza con un acabado superficial liso tendrá menos fricción, lo que se traduce en un mejor rendimiento y una mayor vida útil. Además, el acabado superficial también influye significativamente en la estética. Un acabado superficial pulido puede mejorar la apariencia de una pieza y hacerla más atractiva para los clientes.
Por lo tanto, al elegir materiales para el mecanizado CNC, es fundamental considerar los requisitos de acabado superficial del producto final. Algunos materiales son más fáciles de mecanizar para obtener un acabado superficial liso que otros. Por ejemplo, metales como el aluminio y el latón son relativamente fáciles de mecanizar para obtener un acabado liso. En cambio, materiales como la fibra de carbono y la fibra de vidrio pueden ser más difíciles de mecanizar, y lograr un acabado superficial liso puede requerir herramientas y técnicas especializadas.
Estética
Si su proyecto de mecanizado CNC está destinado a producir un producto para un comercio minorista de alta gama, la estética será un factor clave. El material debe ser visualmente atractivo, con una textura, un color y un acabado superficial atractivos. Además, debe ser fácil de pulir, pintar o acabar para lograr el aspecto deseado.
Además, en industrias como la automotriz y la aeroespacial, la estética puede ser un indicador de la calidad del producto y de la atención al detalle del fabricante. Esto es especialmente importante en los vehículos de lujo, donde los consumidores pagan una prima por materiales y acabados de alta calidad.
Solicitud
La aplicación final del producto es la decisión final. Los factores mencionados anteriormente representan solo una pequeña parte de las razones que se consideran antes de elegir un material CNC. Otros factores relacionados con la aplicación pueden incluir aspectos prácticos como la maquinabilidad del material, la reactividad química, la adhesividad, la disponibilidad del material, la resistencia a la fatiga, etc.
A la hora de elegir los materiales adecuados para el mecanizado CNC, la aplicación prevista del producto final es un factor crucial. Cada material posee propiedades variables, como dureza, resistencia a la tracción y ductilidad. Estas propiedades influyen en el rendimiento de un material en condiciones específicas y determinan su idoneidad para diferentes aplicaciones.
Por ejemplo, si el producto terminado está destinado a ser utilizado en un entorno de alta temperatura, materiales como el aluminio o el cobre serían una mejor opción debido a su alta conductividad térmica y resistencia al daño por calor.
Presupuesto
El presupuesto es un factor importante a considerar por varias razones. En primer lugar, el costo del material puede variar significativamente según el tipo y la cantidad requerida. Si bien algunos metales de alta calidad pueden ser costosos, los plásticos o compuestos pueden ser más asequibles. Establecer un presupuesto para los materiales le ayudará a reducir sus opciones y a centrarse en materiales que se ajusten a su presupuesto.
En segundo lugar, los costos de mecanizado del CNC pueden ser elevados y requerir mucho tiempo. El costo del mecanizado depende del tipo de material, la complejidad de la pieza y el equipo requerido. Elegir materiales más económicos para la máquina puede reducir los costos generales de producción.
Por último, seleccionar materiales que se ajusten a su presupuesto puede influir en la calidad del producto final. Los materiales más económicos pueden ser más propensos a defectos o menos duraderos que los de mayor calidad. Por lo tanto, establecer un presupuesto y elegir materiales de mayor calidad dentro de este garantizará que el producto final sea duradero y de alta calidad.
Los mejores materiales para proyectos de mecanizado CNC
Pasemos ahora a la siguiente parte de nuestra discusión: los tipos de materiales para mecanizado CNC. Analizaremos en detalle los metales y plásticos comunes. Más adelante, nos centraremos en algunos materiales CNC menos conocidos.
Materiales metálicos CNC
Los metales son el material más común en las piezas mecanizadas CNC. Ofrecen una amplia gama de propiedades favorables, como alta resistencia, dureza, resistencia térmica y conductividad eléctrica.
Aluminio (6061, 7075)
El aluminio se considera ampliamente uno de los materiales más versátiles y valiosos en el mecanizado CNC. Posee una excepcional relación resistencia-peso, ligereza, resistencia a la corrosión y un llamativo aspecto plateado. Por ello, es muy atractivo para una amplia variedad de aplicaciones. Además, sus favorables propiedades térmicas y eléctricas lo hacen ideal para diversas aplicaciones electrónicas y de gestión térmica.
En comparación con otros metales CNC, como el titanio y el acero, el aluminio es relativamente fácil de mecanizar, lo que lo convierte en una opción popular para los fabricantes. Sin embargo, cabe destacar que el aluminio no es el material más económico disponible. Además, es más caro que otros materiales, como el acero inoxidable.
Los grados de aluminio 6061 y 7075 de alta calidad son especialmente populares para su uso en estructuras aeroespaciales, piezas de motores de automóviles y equipos deportivos ligeros. Sin embargo, su versatilidad permite su uso en muchas otras industrias y aplicaciones, como la construcción, el embalaje y la electrónica de consumo.
Acero inoxidable (316, 303, 304)
El acero inoxidable se presenta en numerosos grados. Sin embargo, generalmente posee alta resistencia y tenacidad, resistencia al desgaste y a la corrosión, y tiene un aspecto brillante similar al del aluminio. Además, se encuentra entre los metales de precio medio. Sin embargo, es un material difícil de mecanizar en CNC debido a su dureza.
El acero inoxidable 316 es útil en aplicaciones marinas, equipos médicos y recintos exteriores gracias a su resistencia al calor y la corrosión. Los aceros 303 y 314 comparten composiciones similares y, por lo general, son más económicos y mecanizables que el 316. Se utilizan principalmente en sujetadores (pernos, tornillos, bujes, etc.), piezas de automóviles y electrodomésticos.
Acero al carbono y acero aleado
El acero al carbono y sus aleaciones similares ofrecen excelente resistencia y maquinabilidad, lo que los hace ideales para diversas aplicaciones. Además, son compatibles con diversos procesos de tratamiento térmico, lo que mejora aún más sus propiedades mecánicas. Además, el acero al carbono es relativamente económico en comparación con otros metales para CNC.
Sin embargo, cabe destacar que el acero al carbono y sus aleaciones no son inherentemente resistentes a la corrosión, a diferencia de materiales como el acero inoxidable o el aluminio. Además, su aspecto rugoso puede no ser adecuado para aplicaciones estéticas.
No obstante, el acero al carbono y sus aleaciones tienen numerosas aplicaciones prácticas, como fijaciones mecánicas y elementos estructurales como vigas. A pesar de sus limitaciones, estos materiales siguen siendo opciones populares para muchas aplicaciones industriales y de fabricación gracias a su resistencia, asequibilidad y maquinabilidad.
Latón
El latón es un metal versátil conocido por su excelente maquinabilidad, resistencia a la corrosión y conductividad térmica y eléctrica. Además, posee una apariencia atractiva gracias a su contenido de cobre, así como excelentes propiedades de fricción superficial.
El latón tiene numerosas aplicaciones en diversas industrias. Por ejemplo, se utiliza comúnmente en productos de consumo, fijaciones de baja resistencia, fontanería y dispositivos eléctricos. Sus propiedades lo convierten en la opción ideal para la fabricación de componentes que requieren durabilidad y resistencia, manteniendo al mismo tiempo un atractivo estético.
Cobre
El cobre es reconocido por su excelente conductividad eléctrica y térmica. Sin embargo, su alta maleabilidad puede dificultar su mecanizado. Esto puede dificultar la generación de virutas durante el mecanizado CNC. Además, el cobre es propenso a la corrosión, lo cual puede ser un problema en ciertos entornos.
A pesar de estos desafíos, el cobre se utiliza ampliamente en diversas industrias, como el cableado eléctrico, los productos magnéticos y la joyería. 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 joyera.
Titanio
Las aleaciones de titanio son conocidas por su excepcional relación resistencia-peso, lo que las hace ligeras y resistentes a la vez. También son resistentes a la corrosión y tienen buena conductividad térmica. Además, el titanio es biocompatible, por lo que es adecuado para aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, el uso del titanio presenta algunas desventajas. Presenta baja conductividad eléctrica y es difícil de mecanizar. Las fresas HSS convencionales o de carburo más débil no son adecuadas para su mecanizado, y es un material costoso para la fabricación CNC.
Aun así, el titanio es un material popular para el mecanizado CNC, especialmente para piezas aeroespaciales de alto rendimiento, componentes militares y productos biomédicos como implantes.
Magnesio
El magnesio es un metal que combina resistencia y ligereza. Sus excelentes propiedades térmicas lo hacen ideal para entornos de alta temperatura, como en motores. Su ligereza permite la producción de vehículos más ligeros y de mayor eficiencia de combustible.
Sin embargo, el magnesio también es conocido por su inflamabilidad, lo que puede representar un problema de seguridad en ciertas aplicaciones. Además, no es tan resistente a la corrosión como otros metales, como el aluminio, y su mecanizado puede ser más costoso.
Materiales plásticos CNC
Ahora analizaremos los plásticos CNC. Si bien la mayoría de los materiales plásticos no son mecanizables debido a su baja rigidez y baja temperatura de fusión, hemos seleccionado un pequeño grupo con amplias aplicaciones CNC.
Acetal (POM)
El acetal es un plástico CNC muy versátil con una amplia gama de propiedades deseables. Presenta una excelente resistencia a la fatiga y al impacto, una buena tenacidad y bajos coeficientes de fricción. Además, es muy resistente a la humedad, lo que lo convierte en una excelente opción para su uso en entornos húmedos.
Una de las principales ventajas del acetal es su rigidez, que facilita su mecanizado con gran precisión dimensional. Esto lo convierte en una opción popular para componentes de precisión como rodamientos, engranajes y válvulas. Gracias a sus excelentes propiedades mecánicas y su alta resistencia a los factores ambientales, el acetal es una opción fiable para diversas industrias, como la automotriz, la aeroespacial y la de bienes de consumo.
Acrílico (PMMA)
El acrílico es un material de uso común que puede sustituir al vidrio gracias a sus atractivas propiedades. Presenta buena rigidez y claridad óptica, lo que permite su uso en aplicaciones donde se requieren superficies transparentes. Los componentes acrílicos ofrecen una alternativa atractiva y funcional al vidrio, con buena claridad óptica y una alta durabilidad.
Si bien el acrílico presenta algunas limitaciones, como su susceptibilidad al agrietamiento y al ablandamiento térmico, sigue siendo un material popular para el mecanizado CNC gracias a su versatilidad y facilidad de uso. Gracias a su capacidad para crear componentes precisos y de alta calidad, el acrílico es una excelente opción para una amplia gama de aplicaciones. Lentes, carcasas transparentes, recipientes para almacenar alimentos y artículos decorativos son solo algunos ejemplos.
Policarbonato (PC)
El policarbonato (PC) es un material plástico popular para el mecanizado CNC debido a sus propiedades únicas. Es altamente transparente, lo que lo convierte en un material ideal para productos que requieren transparencia, como gafas de seguridad, equipos médicos y pantallas electrónicas. Además, posee buena resistencia al calor, por lo que es adecuado para 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 amarillearlo y volverlo quebradizo. Esto puede limitar su uso en exteriores, a menos que se modifique con estabilizadores UV.
Un uso común del PC es la producción de gafas de seguridad y protectores faciales, donde su resistencia al impacto y transparencia lo convierten en una opción ideal. El PC también se utiliza en la producción de piezas de automoción, componentes electrónicos y dispositivos médicos.
Polipropileno (PP)
El polipropileno es un polímero versátil con numerosas ventajas, como alta resistencia química y resistencia a la fatiga. Además, es un material de grado médico y produce un acabado superficial liso durante el mecanizado CNC. Sin embargo, una de sus limitaciones es que no soporta altas temperaturas, ya que tiende a ablandarse y desgastarse durante el corte, lo que dificulta su mecanizado.
El polipropileno sigue siendo una opción popular para diversas aplicaciones. Sus excelentes propiedades lo hacen ideal para la fabricación de engranajes y productos médicos.
abdominales
El ABS es un material plástico muy rentable, ideal para el mecanizado CNC gracias 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 apto para entornos de alta temperatura y no es biodegradable. Además, produce un humo desagradable al quemarse, lo cual puede ser un problema en un taller de CNC.
El ABS tiene múltiples aplicaciones y se utiliza comúnmente en la impresión 3D y el moldeo por inyección, a menudo con posprocesamiento mediante mecanizado CNC. Se utiliza frecuentemente para crear componentes automotrices, carcasas protectoras y prototipado rápido.
Nylon
El nailon es un material versátil con excelente resistencia a la tracción, dureza y resistencia al impacto. Se puede utilizar en diversas formas compuestas, como el nailon reforzado con fibra de vidrio, y posee una excelente capacidad de lubricación superficial. Sin embargo, no se recomienda su uso en ambientes húmedos.
El nailon es especialmente adecuado para aplicaciones que requieren protección contra las fuerzas de fricción. Esto incluye componentes como engranajes, superficies deslizantes, rodamientos y ruedas dentadas. Gracias a su resistencia superior y sus propiedades de lubricación, el nailon es una opción popular para muchos productos industriales y deportivos.
UHMW-PE
El UHMWPE es un material popular debido a sus excepcionales propiedades, como su alta dureza, resistencia a la abrasión y al desgaste, y su durabilidad. Sin embargo, su inestabilidad térmica durante el mecanizado dificulta su mecanizado.
A pesar de su dificultad de mecanizado, el UHMWPE es un material excelente para el mecanizado CNC de superficies deslizantes en rodamientos, engranajes y rodillos. Sus excepcionales propiedades lo hacen ideal para aplicaciones que requieren alta resistencia al desgaste y durabilidad. Si se mecaniza correctamente, el UHMWPE ofrece un rendimiento excelente y una vida útil más larga que otros materiales.
Otros materiales
El mecanizado CNC generalmente utiliza metales y plásticos, pero también puede trabajar con muchos otros materiales, incluidos los que se enumeran a continuación.
Espuma
Las espumas son un tipo de material CNC que se caracteriza por un cuerpo sólido con huecos llenos de aire. Esta estructura única les confiere una forma reconocible y una ligereza notable. Ciertas espumas de alta densidad, como la espuma de poliuretano y el poliestireno, se mecanizan fácilmente gracias a su rigidez, resistencia, ligereza y durabilidad.
La ligereza de las espumas las convierte en una excelente opción para embalajes de protección. Su versatilidad para mecanizarse en diversas formas y tamaños las hace igualmente útiles para crear artículos decorativos. Además, sus propiedades aislantes las 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 es un material ampliamente utilizado para el mecanizado CNC debido a su facilidad de mecanizado, buena resistencia y dureza, y su amplia gama de tipos disponibles. Además, es un compuesto orgánico y no tiene impacto negativo en el medio ambiente. Gracias a su versatilidad y atractivo estético, es una opción popular para muebles, decoración del hogar y proyectos de bricolaje.
Sin embargo, el mecanizado de madera genera una gran cantidad de polvo, lo cual puede suponer un riesgo para la salud de los trabajadores. Por lo tanto, es fundamental que los talleres de mecanizado de madera cuenten con sistemas adecuados de gestión de virutas.
Compuestos
Los materiales compuestos son materiales compuestos de dos o más componentes unidos mediante un medio adhesivo. Entre los materiales compuestos comunes utilizados en el mecanizado CNC se incluyen la fibra de carbono, la madera contrachapada y la fibra de vidrio, entre otros. Estos materiales tienen aplicaciones en diversas industrias, como la automotriz, la aeronáutica, la deportiva y la médica.
El mecanizado de compuestos puede ser todo un reto debido a diversos factores. Los materiales que los componen 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 los posibles materiales CNC
La amplia variedad de materiales para mecanizado CNC a veces puede generar más confusión que beneficios. Es común pasar por alto posibles materiales para mecanizado CNC más allá de los metales y plásticos convencionales.
Para ayudarlo a ver el panorama general mientras diseña para la fabricación, a continuación encontrará una breve lista de puntos a tener en cuenta antes de seleccionar los materiales para su proyecto.
Elija materiales no metálicos: Existen varios casos en los que los materiales no metálicos son sustitutos equivalentes de los metales. Por ejemplo, los plásticos duros como el ABS o el UHMW-PE son rígidos, resistentes y duraderos. Los compuestos como la fibra de carbono también se consideran superiores a muchos metales de alto rendimiento.
Considere los materiales fenólicos: Los materiales fenólicos son un tipo de material compuesto rentable con alta rigidez y propiedades superficiales. Son fáciles de mecanizar y se pueden cortar a velocidades increíblemente altas, ahorrando tiempo y dinero.
Conozca los diferentes plásticos: Conocer la gama completa de materiales plásticos para mecanizado CNC es fundamental para los diseñadores. Los plásticos CNC son económicos, fáciles de mecanizar y ofrecen una amplia gama de propiedades que no se pueden ignorar.
Elija la espuma adecuada: En referencia a la sección anterior sobre espumas, queremos destacar su gran potencial como material para CNC. ¡Incluso algunos componentes de máquinas CNC se fabrican ahora con espumas metálicas! Analice 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. Con el avance de la ciencia de los materiales, el mecanizado CNC depende cada vez más de una cuidadosa selección de materiales. En Guan Sheng, nos especializamos en servicios de mecanizado CNC, incluyendo fresado y torneado CNC, y ofrecemos una amplia gama de materiales, desde metales de alta calidad hasta plásticos de alta calidad. Nuestras capacidades de mecanizado de 5 ejes, junto con nuestro experimentado equipo, nos permiten ofrecer a nuestros clientes una precisión y calidad inigualables.
Nos dedicamos a brindar un servicio al cliente excepcional y nos comprometemos a ayudar a nuestros clientes a reducir costos y alcanzar sus objetivos. Nuestro equipo técnico está disponible para ayudarle a seleccionar los mejores materiales para su proyecto y le ofrece asesoramiento experto gratuito. Ya sea que necesite piezas mecanizadas CNC personalizadas o tenga un proyecto específico en mente, estamos aquí para ayudarle en cada paso del proceso.
Hora de publicación: 07-jul-2023