Además de todos los materiales ligeros que han enriquecido el mercado en los últimos años, uno de ellos sigue siendo el clásico popular: Aluminio. En nuestro resumen, mostramos por qué el aluminio es un material tan popular, qué propiedades positivas tiene y qué dificultades conlleva en el mecanizado y, especialmente, en el fresado.
El aluminio se ha convertido en parte integrante de la producción industrial. Entre otras cosas, por sus propiedades especiales:
El aluminio es un metal no férrrico y un elemento químico de símbolo Al. El aluminio se utiliza como material de construcción, en ingeniería eléctrica, en la industria del embalaje y en el sector de la construcción. Sobre todo, su menor peso en comparación con otros metales, su elevada conductividad eléctrica y su comportamiento térmico desempeñan aquí un papel decisivo.
Comparado con otros metales, el aluminio es blando, ligero y resistente al mismo tiempo.. Con 660,4 °C, su punto de fusión está muy por debajo del de otros metales y su densidad es de 2,70 g/cm³, un tercio de la densidad del acero. En función de la pureza, la resistencia a la tracción del aluminio varía entre 45 N/mm² para el aluminio absolutamente puro y 90 N/mm² para el aluminio comercialmente puro. La conductividad térmica es de 237 W/(m·K). Esta cifra es superior a la de otros metales básicos y sólo la superan la plata, el cobre y el oro. Por su alta conductividad térmica, el aluminio también es muy popular en ingeniería eléctrica. Las propiedades físicas del aluminio lo convierten en un buen conductor eléctrico, que se utiliza a menudo en la tecnología energética como alternativa a los conductores de cobre para grandes secciones de conductores.
El aluminio forma una capa de óxido muy rápidamente cuando se expone al aire. De este modo, el metal sin tratar adquiere una superficie gris plateada, más bien mate. Gracias a esta capa de óxido de aprox. 0,05 µm de grosor, el aluminio es muy resistente a la corrosión y, al mismo tiempo, está protegido contra la oxidación posterior.
Según la aplicación, el aluminio se utiliza en estado puro o como aleación. La fusión con otros metales acentúa o suprime determinadas características del metal ligero. Estas aleaciones se producen en forma de aleaciones de aluminio fundido o aleaciones de aluminio forjado. Para estas aleaciones de aluminio suelen utilizarse metales como manganeso, magnesio, cobre, silicio, níquel, zinc y berilio. Por regla general, el material de base es Al99.5 (EN AW-1050A).
Se distingue entre aleaciones endurecibles y no endurecibles, así como materiales forjados o fundidos. Entre los materiales forjados se encuentran aleaciones de aluminio naturalmente duras, como AlMg, así como aluminio puro y ultrapuro, así como aleaciones de aluminio endurecibles, como AlMgSi, AlCuMg o AlCuSiMn. Estas aleaciones de aluminio son especialmente adecuadas para la producción de productos semiacabados como pletinas, láminas, alambres o tubos.
Los materiales fundidos incluyen aleaciones de aluminio como AlMgSi, AlSiCu AlCuTiMg o AlCuTi.
Tan pronto como se añaden pequeñas cantidades de elementos como cobre, níquel, zinc, silicio, manganeso y magnesio, se crean aleaciones forjadas. Esto aumenta la dureza y resistencia del aluminio. A cambio, se reduce la conductividad eléctrica. No obstante, el material puede moldearse, por lo que es ideal para su uso en barcos, aviones o contenedores de transporte.
La aleación de fundición de aluminio más importante es la llamada aleación eutéctica de aluminio y silicio, que contiene alrededor de un 12% de silicio. Tiene una viscosidad muy baja, lo que significa que conserva excelentes propiedades de colada al tiempo que mantiene una alta resistencia. Por ello, se utilizan desde hace mucho tiempo como materiales para cajas de cambios y carcasas de motores en la construcción de vehículos y aeronaves.
Desafortunadamente, no todos los grupos de aleaciones de aluminio y los materiales asociados se pueden mecanizar igual de bien: Los materiales de aluminio puro, por ejemplo, son muy blandos y difíciles de mecanizar debido a su baja resistencia. El material tiene una gran influencia en la forma de la viruta, el desgaste, la superficie y la fuerza de corte. Por ello, ha resultado útil dividir las aleaciones de aluminio forjado en tres clases.
Los materiales de aluminio de baja resistencia pertenecen a la clase 1. Entre ellas se incluyen las aleaciones no endurecibles por envejecimiento en estado no endurecido o parcialmente endurecido, como el grupo 1000, 5005A y 5454. Esta clase también incluye las aleaciones endurecibles por envejecimiento en estado no endurecido, como las EN AW-6063, 6060 y 6082. Debido a su baja resistencia, las virutas a menudo se pegan entre sí y producen manchas durante el mecanizado. Resultado: formación de filo recrecido. Se recomienda utilizar lubricantes y/o refrigerantes adecuados para minimizar el riesgo.
La clase 2 son materiales de aluminio con mayor resistencia. Esta clase incluye los materiales no endurecibles por envejecimiento en estado endurecido por deformación, como las aleaciones del grupo 5000. Los materiales templables en estado endurecido, por ejemplo las aleaciones de los grupos 6000 y 7000, también pertenecen a esta clase. Su resistencia oscila entre 300 y 600 N/mm2 y no tienen elementos duros en su estructura, lo que significa que tienen un bajo efecto de desgaste. Gracias a su mayor resistencia, tiene menos tendencia al filo recrecido.
La clase 3 incluye los llamados materiales de corte libre, como los materiales forjados templables con aditivos para romper mejor la viruta, por ejemplo plomo o bismuto. Materiales como EN AW-2011, 2007 o 6012. Debido a los aditivos para la rotura de la viruta, los materiales de esta clase forman virutas cortas y tienen una baja tendencia a formar filos recrecidos.
Aunque en general se considera que el aluminio es fácil de mecanizar, este metal también tiene sus dificultades: La adherencia de virutas y la formación filos recrecidos son los inconvenientes del fresado de aluminio. Un camino hacia el éxito es a través del mecanizado de alta velocidad, incluida la estrategia adecuada de lubricante refrigerante, siempre que se disponga de las herramientas adecuadas. Las fuerzas de corte, por ejemplo, corresponden a aproximadamente un tercio del valor del acero.
Por tanto, la máxima prioridad al fresar aluminio es eliminar rápidamente las virutas de la zona de corte. Las superficies extremadamente lisas y muy resbaladizas de las fresas utilizadas ayudan a eliminar muy bien las virutas de aluminio pegajosas. En comparación con las fresas para acero, las fresas para aluminio se caracterizan por su número relativamente bajo de dientes, lo que también mejora la evacuación de viruta. La viruta se elimina aún mejor con soluciones de recubrimientos adecuados.
En el fresado de aluminio, los lubricantes refrigerantes también se ocupan de la lubricación para minimizar el desgaste y el calor de fricción, así como de la refrigeración pura. La refrigeración es especialmente importante en el mecanizado de aluminio, ya que este material se dilata más térmicamente que el acero, por ejemplo. Si el calor se disipa bien, la pieza permanece al mismo tiempo más estable dimensionalmente. La refrigeración con lubricación de cantidad mínima emulsiva (MQL) hecha de agua y aceites de corte ha demostrado ser particularmente eficaz.
El etanol también se recomienda para la refrigeración en el proceso de fresado del aluminio: Enfría las virutas de aluminio de forma muy eficaz y evita la formación de grumos gracias a los componentes refrigerantes sin aceite. Esto también facilita soplar las virutas, recogerlas y devolverlas al ciclo de materiales como material limpio reciclable.
Si los lubricantes refrigerantes no son posibles, un recubrimiento de DLC (carbono como diamante) puede ser una alternativa:: Este recubrimiento de alto rendimiento permite incluso el mecanizado en seco, dependiendo de la situación del mecanizado. Esto se ve ayudado por las propiedades del aluminio, ya que disipa el calor del proceso más fácilmente que el acero, por ejemplo.
La fórmula sencilla para fresar aluminio con éxito es la siguiente: cuanto mayor sea la velocidad de corte, más lisa será la superficie del aluminio. Al mismo tiempo, sin embargo, también aumenta el desgaste de la fresa. Sin embargo, gracias a las fresas específicas HSC, que se utilizan para el corte de alta velocidad (HSC), es posible alcanzar velocidades significativamente mayores en comparación con las fresas convencionales.
Las aleaciones de aluminio duro se fresan mejor. Las velocidades de corte oscilan entre 100 y 500 m/min, dependiendo del diámetro de corte y del avance resultante. Por ejemplo, si se utiliza un diámetro de corte de 2 a 4 mm, se debe utilizar una velocidad de avance de 0,02 a 0,03. Si el diámetro de la fresa es de 5 a 8 mm, el avance aumenta a 0,05, mientras que sube a 0,10 para diámetros de 9-12 mm. El aluminio duro se mecaniza a velocidades de corte de 100 a 200 m/min con el mismo avance que para el aluminio blando.
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