Factores Clave para la Maquinabilidad de Materiales Metálicos

Maquinabilidad de Materiales: Una Visión Detallada

La maquinabilidad de un material es una propiedad fundamental que indica la facilidad con la que puede ser mecanizado mediante el arranque de viruta. Para evaluar la maquinabilidad de un material, se consideran varios factores clave:

• Vida de la herramienta
• Formación de la viruta
• Filo de aportación
• Acabado superficial
• Fuerza y potencia de corte

Propiedades Mecánicas y su Influencia en el Mecanizado

Las propiedades mecánicas de las piezas juegan un papel crucial en el proceso de mecanizado:

• Dureza: Representa la oposición que ofrecen los materiales a ser penetrados por herramientas de corte. A mayor dureza, mayor es la resistencia del material.
• Resistencia: Es la capacidad de un material para soportar fuerzas sin romperse. Una mayor resistencia implica mayores fuerzas de corte y, consecuentemente, un mayor desgaste de la herramienta.
• Ductilidad: Se refiere a la capacidad del material para deformarse en hilos. Una mayor ductilidad se traduce en una mayor deformación durante el mecanizado.
• Conductividad Térmica: El calor generado durante el proceso de corte es rápidamente conducido fuera de la zona de mecanizado. Un valor alto de conductividad térmica es beneficioso para el proceso.
• Inclusiones: Son elementos integrados en la composición del material. Las macroinclusiones, al ser muy abrasivas y duras, afectan negativamente la maquinabilidad. Las microinclusiones, presentes en los aceros, también influyen en el proceso.
• Estructura del Material: La estructura interna del material define sus propiedades. Factores como el porcentaje de carbono (Ferrita, Perlita, Cementita), los tratamientos térmicos (Recocido, Normalizado, Templado y Revenido) y los procesos de fabricación (Acero forjado, Acero laminado) impactan directamente en la maquinabilidad.
• Estado Superficial: El estado de la superficie del material antes del mecanizado afecta el resultado final. Por ejemplo, el acero fundido laminado en caliente presenta capas de óxido duras, mientras que el laminado en frío mejora su estado superficial.
• Elementos de Aleación: La composición química del material determina los compuestos que se forman. Elementos como el Níquel, Cromo y Cobalto en los aceros pueden crear carburos, afectando la maquinabilidad.

Características del Mecanizado de Diversos Materiales

La maquinabilidad varía significativamente entre diferentes tipos de materiales:

Maquinabilidad del Acero

La maquinabilidad del acero depende de sus elementos de aleación, tratamiento térmico y proceso de fabricación:

• Acero no aleado: Presenta una maquinabilidad muy buena.
• Acero de baja aleación: El desgaste de la herramienta se manifiesta comúnmente a través de la formación de cráteres y el desgaste en incidencia.
• Acero de alta aleación: La maquinabilidad se reduce a medida que aumenta el contenido de aleación y la dureza.

Maquinabilidad del Acero Inoxidable

• Acero inoxidable ferrítico y martensítico: Son más blandos y, por lo tanto, más fáciles de mecanizar.
• Acero inoxidable austenítico: Tiende a formar superficies más duras, lo que puede dificultar el mecanizado.

Maquinabilidad de la Fundición

• Fundición gris: Posee baja tenacidad y requiere fuerzas de corte bajas.
• Fundición dúctil: Generalmente presenta un mayor contenido ferrítico, lo que influye en su maquinabilidad.

Maquinabilidad de Aleaciones Ligeras

• Aluminio: Produce viruta larga y su control es relativamente fácil.
• Titanio: Posee baja conductividad térmica y alta resistencia a altas temperaturas, lo que presenta desafíos en el mecanizado.

Maquinabilidad de Aleaciones Termorresistentes

Materiales como el Níquel, Hierro y Cobalto, cuando se presentan en forma de superaleaciones, requieren consideraciones especiales debido a su resistencia al calor y dureza.

Maquinabilidad de Materiales Templados y Endurecidos

Acero Templado: El mecanizado de acero templado es una operación común. Requiere altas fuerzas de corte y potencia, pero permite obtener acabados precisos.

Clasificación ISO de Materiales a Mecanizar

La norma ISO clasifica los materiales según su comportamiento durante el mecanizado:

• ISO P (Aceros): Incluye aceros al carbono, aleados, fundidos y aceros inoxidables ferríticos y martensíticos. Generalmente, su maquinabilidad es buena.
• ISO M (Aceros Inoxidables): Materiales con un mínimo de 12% de cromo, a menudo con níquel y molibdeno. Exponen las herramientas a alto calor, desgaste en entalladura y filo de aportación.
• ISO K (Fundiciones): Producen viruta corta. La fundición gris (GCI) y la fundición maleable (MCI) son fáciles de mecanizar, mientras que la fundición nodular (NCI) presenta más dificultades. El carburo de silicio presente en las fundiciones es muy abrasivo.
• ISO N (Metales No Férreos): Materiales más blandos como aluminio, cobre y latón. Permiten altas velocidades de corte y prolongada vida útil de la herramienta.
• ISO S (Superaleaciones Termorresistentes): Aleaciones complejas a base de hierro, níquel, cobalto y titanio. Son pastosas, crean filo de aportación, se endurecen por trabajo mecánico y generan calor.
• ISO H (Materiales Difíciles de Mecanizar): Engloba materiales que generan considerable calor y son muy abrasivos para el filo de la herramienta.

Tipos de Viruta en el Mecanizado

La forma de la viruta obtenida durante el mecanizado proporciona información sobre las condiciones del proceso:

• Viruta Continua: Se produce con materiales blandos y tenaces, resultando en virutas largas.
• Viruta Escalonada o Segmentada: Presenta una apariencia serrada.
• Viruta Discontinua: Son virutas cortas y de forma irregular, comunes en operaciones de desbaste.