Mecanizado de aluminio: ¿Realmente es tan fácil?
Por Andrei Petrilin, Director Técnico de ISCAR Ltd.
¿Cuáles son los principales problemas del mecanizado de aluminio, y cómo pueden resolverlos las herramientas de corte?
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El aluminio tiene unas propiedades únicas y puede variar de color blanco a plateado. Es tan resistente a la corrosión como el oro, tan tenaz como el hierro, tan fusible como el cobre y tan ligero como el cristal. Es fácil de procesar y se encuentra fácilmente en la naturaleza, ya que se compone de alúmina, que es la base de la mayoría de las rocas. El aluminio es tres veces más ligero que el hierro.
En resumen, ¡parece haber sido creado expresamente como material para proyectiles!
Esta característica del aluminio, descrita por Julio Verne, novelista, poeta y dramaturgo francés hace muchos años, explica por qué el aluminio y sus aleaciones se han convertido en materiales esenciales para la ingeniería. Su ligereza, su excelente conformabilidad y maquinabilidad, y su alta resistencia a la corrosión han hecho que el aluminio sea muy popular en las industrias aeronáutica, de automoción y del embalaje, así como en la fabricación de moldes de resina, artículos para el hogar y otros sectores.
El uso del aluminio puro es limitado. En la mayoría de las aplicaciones industriales, el aluminio se utiliza en forma de aleaciones con diferentes elementos, como cobre, magnesio, silicio y zinc, entre otros. Por lo tanto, cuando se habla del mecanizado de aluminio, se suele hacer referencia a las aleaciones de aluminio.
Existe la firme creencia de que el mecanizado de aluminio no ocasiona ningún problema en particular. En el entorno productivo hay un principio muy común: “Coge una herramienta de corte afilada y mecaniza aluminio tan rápido como puedas”.
De hecho, el aluminio es uno de los materiales más fáciles de mecanizar, por lo que el principal objetivo de los fabricantes es garantizar la máxima productividad, en función de las capacidades de las máquinas y herramientas. Sin embargo, también es necesario facilitar una vida razonable de la herramienta y que no se rompa al poco tiempo del inicio del mecanizado.
Entonces, ¿cuáles son los principales problemas del mecanizado del aluminio y qué requisitos debe cumplir una herramienta de corte para resolverlos?
Aunque el aluminio tenga una alta maquinabilidad, su mecanizado puede presentar dificultades. Éstas son algunas de ellas:
Diferentes Niveles de Maquinabilidad
El mecanizado de aluminio depende de diferentes variables, una de los cuales es su composición química. Por ejemplo, el porcentaje de silicio es un factor importante que afecta a la duración de la herramienta. Otro aspecto importante es el método de obtención. Generalmente hay dos grupos principales de aleaciones de aluminio: fundidas y forjadas, siendo este último grupo el más numeroso. Estos grupos pueden subdividirse en aleaciones termotratables y no termotratables. Además, últimamente ha habido un incremento en la utilización de aleaciones de aluminio sinterizadas. Todos estos factores influyen en la maquinabilidad, que puede variar dentro de límites relativamente amplios. Algunas aleaciones presentan una maquinabilidad que es aproximadamente la mitad de la del aluminio puro comercial.
Evacuación de viruta
El aluminio genera virutas largas y rizadas que pueden enrollarse alrededor de la herramienta de corte y de la pieza a mecanizar. Esto puede causar problemas de evacuación de viruta y deteriorar el acabado superficial.
Recrecimiento del Filo
El aluminio tiende a adherirse al filo de la herramienta, afectando negativamente al acabado superficial y a la precisión del mecanizado. La elevada conductividad térmica del aluminio contribuye a que se produzca este fenómeno.
Calidad Superficial
La adhesión del aluminio a la herramienta de corte produce un rozamiento que perjudica la calidad superficial de la pieza.
Estabilidad del Mecanizado
La escasa rigidez del aluminio puede originar vibraciones, reduciendo la estabilidad del proceso.
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El aparentemente simple mecanizado del aluminio plantea varios problemas que requieren las soluciones adecuadas. Y las herramientas de corte son críticas para lograr el éxito. El desarrollo de herramientas para el mecanizado de aluminio incluye diferentes aspectos:
Material de Corte
La utilización de calidades avanzadas de metal duro, con y sin recubrimiento, y de diamante policristalino (PCD), de extraordinaria dureza, incrementa el rendimiento significativamente.
Geometría de Corte
La geometría de corte optimizada, que se obtiene con el diseño correcto de los ángulos de desprendimiento e incidencia adecuados, los filos de corte vivos, la topología de los rompevirutas y la forma y dimensión de los canales de viruta, es un factor fundamental para mejorar la acción de corte. Garantiza un flujo de viruta sin obstrucciones y reduce el fenómeno del recrecimiento del filo.
Diseño de la Herramienta
Durante el mecanizado de aluminio, la herramienta trabaja con velocidades de rotación extremadamente elevadas, por lo que experimenta una carga centrífuga considerable. Esto supone unos requisitos adicionales en cuanto al equilibrio y comportamiento dinámico de la herramienta, especialmente cuando se trata de diseños modulares y con plaquitas intercambiables. Un sistema de refrigeración eficiente es fundamental para una mejor evacuación de viruta, y así evitar el recrecimiento del filo. El refrigerante dirigido a la zona de corte a través del cuerpo de la herramienta aumenta la refrigeración y lubricación de la operación de mecanizado.
Las herramientas de corte para el mecanizado de aluminio ocupan un lugar destacado en la gama de productos de ISCAR, uno de los principales fabricantes de herramientas a nivel mundial, y están incluidas en sus soluciones de torneado, fresado, taladrado y roscado. Durante los últimos años, ISCAR ha seguido desarrollando nuevos diseños de herramientas para el mecanizado de aluminio.
El recubrimiento de carbono tipo diamante (DLC) combina una excepcional dureza con una excelente resistencia al desgaste. Además, el bajo coeficiente de fricción del DLC con respecto
al aluminio ayuda considerablemente a reducir la adherencia y el recrecimiento del filo (BUE) durante el mecanizado. Estas propiedades hacen del DLC un recubrimiento idóneo para el mecanizado de metales no férricos, particularmente del aluminio con hasta un 12% de contenido de silicio.
Las dos calidades ISCAR de metal duro nano composite con recubrimiento DLC (IC1520 para plaquitas de torneado y ranurado e IC1508 para fresas de mango integral y plaquitas para tronzado) incrementan la eficiencia del mecanizado.
La gama de productos intercambiables ISCAR se ha ampliado con nuevas plaquitas diseñadas específicamente para aluminio. Entre ellas se incluyen plaquitas de dos puntas para ranurado de precisión y plaquitas rómbicas y trigonales de doble cara para torneado ISO. Todas ellas tienen caras de desprendimiento pulidas con rompevirutas específicos para eliminar el recrecimiento del filo y garantizar un corte suave y ligero. En cuanto a las familias de herramientas de metal duro integral, ISCAR ha incorporado nuevas fresas con un diseño de labios variable para amortiguar las vibraciones. El sistema de fijación de cambio rápido es otra de las principales tendencias en mecanizado. Como innovación específica para fabricantes de llantas de aluminio, ISCAR ha desarrollado una nueva gama de herramientas modulares de cambio rápido para operaciones interiores y exteriores de torneado, incluyendo perfilado, cajeado, refrentado y mandrinado. El sistema dispone de una conexión en cola de milano con contacto total entre las cabezas de corte que montan plaquitas intercambiables y el cuerpo,
Fig. 1. Plaquitas ISCAR para Torneado y Ranurado en Calidad IC1520
Mecanizado de Llantas de Aluminio
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originando unas fuerzas de fijación extremadamente elevadas, que garantizan la estabilidad y la resistencia a condiciones de corte tenaces.
Con respecto al fresado intercambiable, ISCAR amplía su familia HELIALU con plaquitas fabricadas en una calidad submicron de alta dureza, para mantener los filos de corte vivos. Estas nuevas plaquitas de gran precisión tienen una geometría de corte positiva muy pronunciada y una cara de desprendimiento pulida, diseñada para el mecanizado de aluminio y aleaciones de aluminio con litio con avances muy altos.
También se han añadido nuevos productos a MULTI-MASTER, la versátil y popular familia de herramientas con cabezas intercambiables de ISCAR. Entre estos productos están las nuevas cabezas de fresado de metal duro integral a 90º, de tres labios, con una geometría resistente a las vibraciones, y las cabezas de cuatro labios de tipo barril, principalmente destinadas al mecanizado de superficies complejas en fresadoras de 5 ejes.
La fabricación aditiva (AM) ha abierto nuevos horizontes al diseño de herramientas. Las nuevas cabezas con plaquitas intercambiables y conexión MULTI-MASTER y FLEXFIT tienen opción de alta presión de refrigerante, gracias a los conductos interiores y a las salidas de refrigerante producidas mediante tecnología de impresión 3D. Estos conductos internos están optimizados utilizando dinámica computacional de fluidos. Las conexiones roscadas permiten la personalización de la herramienta, en base al principio de modularidad
Fig. 3. Fresa HELIALU de ISCAR
Fig. 5. Herramienta Especial ISCAR para Mandrinado
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de las familias MULTI-MASTER y FLEXFIT, que también incluyen una amplia variedad de adaptadores, extensiones y reductores. Estas cabezas también son adecuadas para trabajos con la mínima cantidad de lubricante (MQL), lo que aumenta significativamente el campo de aplicación para el fresado de aleaciones de aluminio, incluyendo las más abrasivas, con un alto contenido de silicio.
La fabricación aditiva (AM) permite la creación de complejas configuraciones de herramientas, diseñadas para cumplir los requisitos de aplicaciones específicas de mecanizado. Un buen ejemplo es una herramienta de mandrinado especial que monta plaquitas con puntas de diamante policristalino (PCD), que combina a la perfección un diseño ingenioso, los resultados de un análisis estructural utilizando el método de elementos finitos (FEM) y la tecnología de impresión 3D.
Entonces, realmente, ¿es tan fácil mecanizar aluminio?
Si se utilizan las herramientas adecuadas, ¡sin duda!
Fig. 4. Cabeza MULTI-MASTER de ISCAR con Opción de Alta Presión de Refrigerante