Mecanizado del aluminio: Lo que funciona después de 18 años

Así que te dedicas a mecanizar aluminio. Tiempos divertidos, ¿verdad? Mira, cualquiera que haya estado cortando este material sabe que el aluminio todavía te sorprende a veces. Un minuto estás consiguiendo hermosas virutas rompiéndose como deberían, y al minuto siguiente tienes espaguetis enrollados alrededor de tu husillo y te estás preguntando qué demonios acaba de pasar.

Según el Servicio Geológico de Estados Unidos, el aluminio representa 13% de la producción mundial de metales. Son muchos talleres que se enfrentan a los mismos quebraderos de cabeza... er, oportunidades a las que nos enfrentamos todos.

Pero, ¿cuándo consigues la configuración perfecta? ¿Cuando todo está bien ajustado? La máquina suena como un zumbido y el aluminio se desprende como una cinta de caramelo. Eso es lo que buscamos aquí.

Por qué todo el mundo quiere aluminio (y por qué nos vuelve locos)

El acero es aburrido. Previsible. ¿Pero mecanizar aluminio? Ahí es donde las cosas se ponen interesantes.

He aquí por qué todo el mundo quiere aleaciones de aluminio:

• Peso: Con 2,7 g/cm³ frente a los 7,8 del acero, estamos hablando de un ahorro de peso real y no de bromas de marketing.
• Resistencia a la corrosión: Esa capa de óxido se forma de forma natural. La mayoría de las veces no se necesitan revestimientos.
• Transferencia de calor: 237 W/m-K significa que el calor va donde uno quiere.

He aquí por qué el mecanizado de aluminio nos pone los pelos de punta:

• Se pega a todo. A TODO. Tus herramientas, tus accesorios y probablemente tu taza de café si no tienes cuidado.
• Canto construido que se forma más rápido de lo que se puede decir "acabado superficial".
• Chips que parecen diseñados por alguien que odia las operaciones automatizadas.
• ¿Expansión térmica? 23.1 × 10-⁶/°C. Las piezas perfectas a temperatura de máquina pueden desecharse cuando se enfrían.

El secreto no es luchar contra las aleaciones de aluminio, sino entender lo que quieren y dárselo exactamente.

La gama de aluminio que realmente importa

6061 Su pan y mantequilla

La aleación de aluminio 6061 es como un Honda Civic. No es sexy, pero te lleva adonde necesitas sin dramas. Lleva en el mercado desde 1935 y todavía se encarga probablemente del 80% de los trabajos que entran por la puerta.

0,8-1,2% de magnesio, 0,4-0,8% de silicio. Receta sencilla, resultados fiables.

Por qué 6061 funciona para la mayoría de los trabajos de mecanizado de aluminio:

• Perdonar cuando metes la pata
• Las máquinas hacen siempre lo mismo
• Suelda muy bien si necesitas operaciones secundarias
• Disponible en todas partes (su proveedor lo tiene en stock)

Despotricar rápido: Veo a compradores que intentan ahorrar dinero utilizando aleaciones de aluminio "equivalentes" procedentes del extranjero. Luego acaban pasándose dos semanas lidiando con problemas de acabado superficial y utilizando fresas de $200. Es un juego de niños. Quédese con el 6061 si se ajusta a sus necesidades.

7075 - La Prima Donna

La aleación de aluminio 7075 es la novia de alto mantenimiento de las aleaciones de aluminio. Bonitos resultados cuando se trata bien, una auténtica pesadilla cuando no.

Tiene entre 5,6 y 6,1% de zinc junto con magnesio y cobre. Puede alcanzar una resistencia a la tracción de 572 MPa, que está en el rango del acero real.

• La vida de la herramienta cae 50% fácilmente en comparación con 6061. Tal vez más si no se tiene cuidado.
• No se puede pasar sin más. El endurecimiento del trabajo te morderá.
• Las técnicas de corte deben ser perfectas.
• El coste del material hace que te descojones cuando desechas una pieza.

ASM International tiene todos los datos técnicos, pero la verdad es que sólo se debe especificar 7075 cuando se NECESITE esa resistencia. Demasiados ingenieros ven "más fuerte" y piensan "mejor" sin tener en cuenta lo que significa para el mecanizado del aluminio.

2024 - Especial Aeroespacial

Cuando la FAA dice 2024-T3 para la estructura del avión, usted escucha. Esto de los cojinetes de cobre tiene que ver con la resistencia a la fatiga, no con la resistencia final.

Trabajar con 2024 significa pensar 30 años en el futuro. ¿Esas pequeñas marcas de herramientas? Podrían ser iniciadores de grietas dentro de décadas. La integridad de la superficie no es solo cosmética; se trata de mantener los aviones en el cielo.

Técnicas de corte que funcionan

Velocidad y alimentación

MEP publica cifras de referencia decentes, pero esto es lo que significan cuando estás delante de la máquina.

Empieza por aquí:

• Velocidad superficial: 1.200-2.500 SFM (sí, así de rápido para aleaciones de aluminio)
• Avance: Desbaste 0,006-0,012 IPT
• DOC: Lo que su máquina pueda soportar

La clave que lleva años aprender: Los avances conservadores que funcionan con acero destruirán tu día con el mecanizado de aluminio. Avance ligero = roce. Roce = calor. Calor = filo acumulado. Borde acumulado = piezas desechadas y herramientas desafiladas.

Historia del taller: Tuve un trabajo una vez, 500 soportes para un contratista de defensa. Empezó conservador como siempre. El acabado superficial se fue al infierno después de la pieza #10. Pasé 4 horas luchando contra la acumulación de virutas y finalmente doblé la velocidad de avance. De repente todo funcionó perfectamente. A veces, utilizar un enfoque más agresivo es la elección correcta cuando se trata de técnicas de corte.

Selección de herramientas que funcionan

Fresas de metal duro, hélice de 40-45° para aleaciones de aluminio. Periodo.

Olvídese de las herramientas recubiertas para la mayoría de los trabajos. Los recubrimientos suenan elegantes, pero a menudo empeoran los problemas de adherencia.

El NIST Materiales Data Repository respalda esta afirmación, pero puede comprobarlo usted mismo. El metal duro afilado sin recubrimiento corta limpiamente las aleaciones de aluminio. ¿Herramientas recubiertas o desgastadas? Ciudad de bordes acumulados.

La geometría de la herramienta que importa:

• Bordes afilados (sin radio ni chaflán)
• Rastrillo positivo (déjalo cortar)
• Buena evacuación de virutas

La molienda de alto rendimiento lo cambió todo

HEM revolucionó el mecanizado del aluminio. El acoplamiento radial ligero (5-15% de diámetro) con cortes axiales profundos cambió el juego por completo.

La Sociedad de Ingenieros de Fabricación ha documentado reducciones del tiempo de ciclo 40-70%, pero la verdadera ventaja es la vida útil de las herramientas. Cuando no se fuerzan constantemente los límites de las herramientas de vanguardia, estas duran para siempre.

Parámetros HEM:

• Radial: 10% del diámetro
• Axial: 3-5x diámetro si su máquina lo admite
• Mantiene constante la carga de herramientas

Cuando las cosas van mal

Infierno de cantos empotrados

Todo maquinista conoce ese sonido cuando el corte suave se convierte en rectificado. Eso es aluminio soldando a su herramienta.

Lo que funciona:

• Acelera, no ralentices (el aumento de 20-30% suele solucionarlo)
• Alimentar más agresivamente
• Mantener afiladas las herramientas
• Refrigerante directo donde se produce el corte

Contraintuitivo, pero cierto: ser más conservador suele empeorar el borde acumulado con las aleaciones de aluminio.

Pesadillas con chips

¿Esas fichas tan largas en los vídeos? Pesadillas de producción. Lo envuelven todo y convierten tu célula automatizada en una operación manual.

Control de chips que funciona:

• Los avances agresivos favorecen la rotura de los rompevirutas específicos de aluminio
• Refrigerante de alta presión
• Sube siempre al molino

Problemas de acabado superficial

Las aleaciones de aluminio pueden darle acabados de espejo o hacer que rechacen sus piezas. Suele tratarse de pequeños detalles.

Para buenos acabados:

• Pasadas ligeras de acabado (0,005″ máx.)
• Altas velocidades con herramientas afiladas
• Eliminar las vibraciones
• Nuevas herramientas para superficies críticas

Control de calidad Realidad

La temperatura influye en la dilatación térmica del aluminio. Las piezas perfectas a temperatura de máquina pueden estar fuera de especificación en la inspección.

Lo que funciona:

• 30-60 min estabilización mínima
• Programar MMC para propiedades del aluminio
• Verificación del acabado superficial (Ra por debajo de 0,8 μm)

El NIST dispone de datos sobre dilatación térmica, pero la experiencia enseña que hay que preverla de antemano.

Ganar dinero con esto

Gestión de la vida útil de las herramientas

Realice un seguimiento sistemático de las herramientas. A diferencia del acero, donde las herramientas se desgastan gradualmente, las aleaciones de aluminio pueden provocar un fallo repentino cuando se rompe el filo acumulado.

Control de costes:

• Sustituir antes del fallo
• Bibliotecas de parámetros para cada tipo de aleación de aluminio
• Seguimiento del rendimiento

Utilización del material

Buen anidado y optimización de existencias = 85-90% de utilización. Hoy en día, con los precios del aluminio, cada punto porcentual es importante.

Dónde van estas cosas

Trabajo aeroespacial

Acabados superficiales por debajo de 1,6 μm Ra para piezas de fatiga crítica. Cada marca de herramienta es potencialmente importante durante décadas de servicio.

Aplicaciones de automoción

Según el Departamento de Energía, una reducción de peso de 10% equivale a una mejora del consumo de combustible de 6-8%. Esto está impulsando la adopción de aleaciones de aluminio a un ritmo superior al de las técnicas de corte.

Aplicaciones electrónicas

Las aplicaciones térmicas necesitan la conductividad de 237 W/m-K del aluminio con integridad superficial para la transferencia de calor.

Conclusión

Llevo casi dos décadas mecanizando aluminio. Por el camino he cometido muchos errores caros. Esto es lo que importa:

Las aleaciones de aluminio requieren un corte rápido, avances agresivos y una buena refrigeración. Luche contra eso y se pasará toda la vida lidiando con problemas. Trabaje con él y se preguntará por qué la gente se queja tanto del mecanizado del aluminio.

Una buena selección de materiales, unas técnicas de corte adecuadas y unas expectativas realistas contribuyen a un trabajo rentable. Tanto si se trata de prototipos como de series de producción, estos principios básicos marcan la diferencia.

Referencias

Servicio Geológico de Estados Unidos. "Estadísticas e información sobre el aluminio". https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/aluminum-statistics-and-information

Instituto Nacional de Normas y Tecnología. "Datos de aleaciones del NIST". https://www.nist.gov/mml/acmd/trc/nist-alloy-data

"Aleación de aluminio 6061". Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/6061_aluminium_alloy

"Aleación de aluminio 7075". Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/7075_aluminium_alloy

Niu, Z., Cheng, K. "Revisión de la mejora de la maquinabilidad y la integridad superficial en el mecanizado de aleaciones de aluminio". International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 127, pp. 1485-1511, 2023.

Instituto Nacional de Normas y Tecnología. "Asociación para la extensión de la fabricación". https://www.nist.gov/mep

Administración Federal de Aviación. "Certificación de aeronaves". https://www.faa.gov/aircraft/air_cert/

Departamento de Energía. "Materiales ligeros para vehículos". https://www.energy.gov/eere/vehicles/lightweight-materials