Maquinabilidad de los metales Hansel Bonifacio Trujillo, Alejandro Mendoza Cuesta
La fabricación de piezas mediante arranque de viruta o mecanizado, abarca una gran cantidad de tcnicas ! diferentes formas obtenidas en las piezas de trabajo" #or lo cual es mu! importante garantizar garantizar procesos eficientes, eficientes, para que sean procesos rentables" $n estos procesos el material es removido mediante una %erramienta de corte, al entra entrarr en cont contac acto to con con la piez pieza a de traba trabajo jo"" La faci facili lida dad d o dific dificul ulta tad d de remoción del material de la pieza de trabajo se conoce como Maquinabilidad" $sta propiedad se le atribu!e al material de la pieza de trabajo, sin embargo la %erramienta de corte utilizada tendr& un efecto significativo en la remoción del material en la pieza pieza de trabajo, ! por ende en la la maquinabilidad" $ntonces $ntonces se podr'a pensar que medir la maquinabilidad de una manera general para todos los metales es algo mu! dif'cil, por no decir imposible" A menudo se mide la maqu maquin inab abil ilid idad ad de mater materia iale les s espe espec' c'fi fico cos s con con cond condic icio ione nes s de trab trabaj ajo o establecidas, cuando las piezas ser&n utilizadas en aplicaciones mu! e(igentes )como en aeron&utica*"#ero para normalizar de alguna forma los materiales de una forma cualitativa, se %an establecidos as' referentes de maquinabilidad llamad llamados os 'ndice 'ndices s de maquin maquinabi abilid lidad, ad, compa comparan rando do la vida vida +til +til del metal metal de referencia seg+n normas !a establecidas" $n estos 'ndices de maquinabilidad, se usa como material de referencia al acero A- .../ .../ con una capacidad capacidad de .00" $sto quiere decir que para una vida +til de una %erramienta de 10 min, este acero debe maquinarse a una velocidad de .00 pies2min )30 m2min*" Algunos ejemplos de 'ndices comunes son4 acero 3.50 a 667 latón de corte libre a 3007 /0.. aluminio forjado a /007 %ierro gris perl'tico a 807 ! acero .898 endurecible por precipitación a /0" #uesto que la maquinabilidad es la facilidad de arrancar material de la pieza de trabajo, trabajo, esta esta tambin tambin puede puede ser medida medida mediante mediante el volumen volumen de material material rem removido por unidad de tiem iempo )ca )caudal*" Los materiales les con alta maquinabilidad, presentara un alto caudal de viruta en el proceso ! se puede decir que se necesita menor trabajo mec&nico, ! por ende menor fuerza" $n los procesos de mecanizado se utilizan m&quinas para proporcionar las fuerzas necesarias para el corte del material "Al reducir las fuerzas, se reducir& el consumo de energ'a, por lo cual las fuerzas de cortes son mu! +tiles para medir la maquinabilidad" :tra alternativa es evaluar el acabado superficial de la pieza de trabajo "La rugosidad de la superficie indicara que tan maltratada fue la superficie en el proceso de desgaste" $l acabado superficial de la pieza de trabajo est& mu! ligado a la %erramienta de corte, espec'ficamente a su vida +til" A medida que la %erramienta se desgasta, el acabado superficial se ve afectado "$sta es otra forma de medir la maquinabilidad, mediante la vida de la %erramienta ,como !a 1
se menciono" -i la %erramienta tiene una vida +til elevada, esto indicara que el material es maquinable" Todas estas formas de estimar maquinabilidad est&n mu! relacionadas las unas con las otras, puesto que todas convergen en un punto, el cual es evaluar la maquinabilidad" Las diferentes formas de cualificar la maquinabilidad, no son unas mejores que otras, simplemente que usan par&metros distintos" Todas son mu! +tiles a la %ora de estimar la maquinabilidad" -e puede escoger alg+n mtodo seg+n las necesidades, las condiciones de la maquina o condiciones de trabajo" Cuando los requerimientos de acabado son mu! e(igentes, se puede optar por %acer pruebas de maquinabilidad usando como referencia el acabado superficial final de la pieza de trabajo" ;e esta forma se escoger& la %erramienta adecuada ! las condiciones de operación" $n aplicaciones donde %a! muc%o roce entre las piezas, tales como ejes ! cojinetes "los acabado deben ser e(igentes" -i se opta por el caudal de la viruta, tambin se puede obtener información acerca del tipo de viruta producida en el proceso" Con base en la información se puede escoger la configuración m&quina %erramienta, como4 el &ngulo de ataque de la %erramienta o si sea necesario utilizar alg+n rompe virutas" $sto dependiendo de si se tendr& viruta continua, discontinua o con forma de dientes de sierra "Al igual que el tipo de viruta, la maquinabilidad suele relacionarse con propiedades mec&nicas del material ! de su microestructura" Cuando en la pieza de trabajo se forman compuestos mu! duros, como lo son los carburos ! muc%os compuestos intermetalicos "$stos act+an como %erramientas de corte por s' mismos ! aceleran el desgaste de la %erramienta" $stas son part'culas mu! da
o se dejara crecer la viruta sino que ser& cortada periódicamente" $(ceptuando esta dificultad, los materiales d+ctiles presentan mejores acabados en comparación con los menos d+ctiles" :tra propiedad deseada es el bajo e(ponente de endurecimiento por deformación, !a que al endurecerse aumentaran las fuerzas de corte ! ser cada vez m&s dif'cil maquinarlo" #ara minimizar las fuerzas de corte, la resistencia al corte ! dureza debe ser baja" Todas estas caracter'sticas son deseadas para una buena maquinabilidad" 2
Cuando se %abla de maquinabilidad de los metales, se est& %ablando de una amplia gama de materiales met&licos con distintas grados de maquinabilidad" Todos con caracter'sticas ! usos mu! diferentes" Lo que quiere decir que no todos los metales est&n incluidos en los 'ndices de maquinabilidad" $ste 'ndice es mu! limitado en este aspecto" Adem&s los par&metros del ensa!o est&n mu! controlados, seg+n la norma -: -tandard 31?6@. 3, razón por lo que a medida que difieran las condiciones de trabajo a las de la norma, as' mismo los resultados se ir&n alejando de ser iguales" -e debe tener cuidado al utilizar estos 'ndices, ! conocer en qu casos se aplica seg+n la norma" Los 'ndices de maquinabilidad al estar relacionado con la vida de la %erramienta, tambin estar&n directamente relacionados a caracter'sticas ! propiedades de la pieza de trabajo ! %erramienta" Ha! un sin n+mero de %erramientas de corte en el mercado " mientras que avanza la tecnolog'a, las %erramientas de corte se van mejorando con tratamientos especiales" A las %erramientas suelen %acerle tratamiento superficial de endurecimiento, porque esto mejora su resistencia al desgaste ! dureza" $sto se logra %aciendo uso de tcnicas mu! sofisticadas como, deposición de vapor f'sica o qu'mica en la cementación, ! tratamientos criognicos" -e obtienen mu! buenas mejoras a las propiedades de la %erramienta ! a la vida +til" $sto solo por parte de las %erramientas, en los materiales de trabajo los metales tienen clasificaciones seg+n su composición qu'mica ! estructura cristalina" Los aceros que pertenecen a los materiales ferrosos )aceros al carbono*, %acen parte de un grupo mu! importante de materiales en ingeniera por su amplio uso" Los aceros al carbono tienen un amplio intervalo de maquinabilidad, por su gran rango de dureza ! ductilidad "Cuando el acero tiene alta dureza podr'a dar lugar a un desgaste abrasivo en la %erramienta debido a los carburos presentes en el "por otra parte una mu! alta ductilidad, provoca una formación de viruta que puede producir borde acumulado ! un deficiente acabado" :tro grupo de acero mu! mencionados ! de gran importancia son los llamados aceros de libre mecanizado, que por su contenido de azufre le dan al material buena maquinabilidad "$l azufre forma inclusiones de sulfuro de manganeso, que son part'culas de segunda fase" Al igual que el azufre, tambin suelen agregarse otros elementos para mejorar sus propiedades mec&nicas" #ero estas composiciones pueden afectar o no la maquinabilidad de forma negativa" $stos son los aceros aleados, que pueden ser altamente aleados o de baja aleación, dependiendo del porcentaje en masa de los elementos aleantes presentes en el acero" -on muc%os los elementos aleantes que se le agregan a los aceros, ;ando as' una amplia variedad de composiciones ! durezas" #or esto no se puede generalizar su maquinabilidad, sin embargo por lo general tienen ma!ores niveles de dureza" $stos aceros 3
suelen mecanizarse en el torneado duro "Mediante %erramientas de corte de nitruro de boro c+bico policristalino" Aunque no se puede generalizar, se %a demostrado que los aceros aleados con niveles de dureza de 56 a 16 HC se pueden maquinar con buen acabado, integridad superficial ! precisión dimensional" #ara mejorar la maquinabilidad de los aceros, es importante considerar los posibles efectos nocivos de los elementos de aleación" $n los aceros aleados la presencia de aluminio ! silicio en los aceros siempre afecta negativamente la maquinabilidad, porque estos elementos se combinan con el o('geno para producir ó(idos de aluminio ! silicatos, que son mu! duros ! abrasivos $l ó(ido de aluminio es conocido como la alumina, ! es utilizado en forma peque
sus aleaciones, tienen conductividad trmica mu! deficiente, la m&s baja de todos los metales, lo que provoca un aumento significativo de la temperatura ! borde acumulado" -on altamente reactivas ! pueden ser dif'ciles de maquinar" :tras aleaciones utilizadas son las de cobre" $n la condición de forjado puede ser dif'cil de maquinar debido a la formación de bordes acumulados, aunque las aleaciones de cobre fundido se pueden maquinar f&cilmente" Los latones pueden maquinarse sin problemas, sobre todo con la adición de plomo )latón al plomo de libre maquinado*" -in embargo, debe considerarse la to(icidad del plomo" Los bronces son m&s dif'ciles de maquinar que los latones" #or otra parte el Molibdeno, es d+ctil ! se endurece por trabajo" #uede producir un acabado superficial deficiente7 por lo tanto, son fundamentales las %erramientas afiladas" $l tungsteno tambin es usado en %erramientas" $l tungsteno, es fr&gil, fuerte ! mu! abrasivo, de a%' que su maquinabilidad sea baja, aunque mejora en gran medida a temperaturas elevadas" :tro metal utilizado es el aluminio, es mu! utilizado por su bajo peso ! precio, adem&s que tiene alta resistencia a la corrosión" $l aluminio por lo general es mu! f&cil maquinarlo, aunque los grados m&s suaves tienden a formar un borde acumulado, lo que produce un acabado superficial deficiente" #or lo tanto, se recomiendan altas velocidades de corte, as' como &ngulos grandes de ataque ! de alivio" Las aleaciones forjables de aluminio con alto contenido de silicio ! las aleaciones de aluminio fundido suelen ser abrasivas, de a%' que requieran materiales m&s duros para %erramientas" $l control de las tolerancias dimensionales puede ser un problema en el maquinado del aluminio, !a que tiene un alto coeficiente de dilatación trmica ! un módulo el&stico relativamente bajo" Ha! muc%as otras aleaciones utilizadas en la industria metalmec&nica, pero al igual que las mencionadas, tambin variaran por sus propiedades mec&nicas, puesto que esto condiciona o favorece en su procesamiento Con toda la información ! an&lisis presentado, se puede decir que %ablar de la maquinabilidad abarca un amplio panorama de variables ! condiciones" Las diferentes formas de cualificar la maquinabilidad solo dan un indicio, por su gran complejidad" #or lo cual las empresas metalmec&nicas, llegan a buenos resultados mediante la pr&ctica ! la e(periencia" La frecuencia con la que se trabaja un metal, dan la capacidad de poder decir bajo qu condiciones es favorable trabajar el material" Como se dio a conocer la maquinabilidad depende de las propiedades mec&nicas del material" =n balance entre propiedades que son benficas ! otras que no, dar&n buenos materiales maquinables" Adem&s de esto sumarle la relación de propiedades entre la pieza de trabajo ! la %erramienta" >o es una tarea f&cil poder llegar a las condiciones óptimas de maquinabilidad del material, requiere de tiempo de trabajo "#ero bajo condiciones óptimas, la eficiencia del proceso ser& optima ! se lograra mu! buenos resultados en los procesos por arranque de viruta"
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