Mecanizado de aluminio para contar con componentes más ligeros y un futuro reciclable

Los fabricantes de automoción y aeronáuticos se enfrentan a una gran transformación. Las nuevas normativas medioambientales y la conciencia medioambiental del consumidor obligan a los fabricantes a crear vehículos con bajas o cero emisiones.
El aluminio puede ser una de las respuestas a los retos de los componentes a los que se enfrenta la industria manufacturera. El aluminio es uno de los metales más ligeros del mundo, casi tres veces más ligero que el hierro, pero muy fuerte y resistente a la corrosión. Además, el aluminio puede reutilizarse una y otra vez. Puede fundirse y volver a usarse sin dañar sus propiedades mecánicas. Gracias al reciclaje efectivo, en torno al 75% de todo el aluminio jamás producido sigue siendo usado en la actualidad, lo que es perfecto para garantizar un futuro más sostenible.

Mecanizar aleaciones de aluminio en la industria de la automoción

Vídeo: fresas para mecanizado de piezas de automoción en aluminio
Aunque el mercado de los vehículos eléctricos está en alza, aún falta tiempo para que el motor de combustión interna abandone el escenario central. Las medidas contemporáneas por usar energías más limpias obligan a aplicar materiales de peso ligero en los motores de combustión interna dado que esto resulta en una mayor eficiencia en el consumo del carburante y reduce así la contaminación. El sistema motopropulsor de un turismo europeo habitual contiene en torno a 80 kilogramos de aluminio, lo que significa que estas piezas —el motor, la caja de cambios, las suspensiones, los alojamientos, etc.— son una clara área de interés para la aplicación de medidas de reducción del peso. Sustituir la fundición tradicional por aleaciones de aluminio puede reducir el peso del bloque motor entre un 40% y un 55%, además de compensar la menor resistencia del aluminio frente a la fundición gris. Varios componentes de transmisión, en especial, los alojamientos de las cajas de engranajes, dispositivos y componentes de electrificación, brazos de suspensión y ejes traseros son ejemplos claros de aplicaciones de transmisión donde el aluminio es el material predilecto.
Las soluciones de herramientas especializadas para la industria de la fabricación automotriz además de para los fabricantes de máquinas-herramienta (MTM) resultan en operaciones de mecanizado más productivas. La serie completa de fresas M5 proporciona desde mecanizado en primera etapa hasta superacabado, garantizando así una calidad y coste por pieza optimizados.
Fresas M5 para materiales ISO N:

• La fresa M5Q90 limpia las superficies de los bloques motores y las culatas de nueva fundición de aluminio en una eficiente operación, sin rebabas. La herramienta de fresado tiene un rendimiento fiable y proporciona una vida útil prolongada.
• La fresa M5R90 es la primera elección para desbaste y semiacabado en operaciones de fresado en escuadra de piezas de aluminio de la industria de la automoción como bloques de cilindros, culatas, carcasas de transmisión, etc.
• El concepto de planeado M5B90 proporciona una herramienta muy efectiva para superacabado de culatas, bloques, cubiertas y otras piezas con empañes de corte grandes. La fresa M5B90 evita el desgaste irregular de la herramienta y resulta en una vida útil muy superior, incluso a velocidades de avance altas.
• El concepto M5C90 está basado en la fresa M5B90 y también ofrece un proceso de mecanizado eficiente —sin rebabas, arañazos ni roturas— con plaquitas intercambiables en configuración escalonada. Lo que diferencia a las fresas de planear M5C90 es su fila adicional de plaquitas de desbaste, posicionadas tangencialmente en el diámetro exterior.
• M5F90 es una fresa de planear específicamente diseñada para mecanizado de componentes de aluminio de pared delgada en una única operación, pero también puede usarse para refrentado y operaciones con grandes empañes de material.

Materiales ISO N

Los materiales no férreos incluyen no solo aluminio, sino también magnesio, cobre y aleaciones con base de cinc. La maquinabilidad varía principalmente en función del contenido en Si. El aluminio hipoeutéctico es el tipo más habitual con un contenido de silicio inferior al 13%.

Durante años, el bloque motor se ha fabricado en aleaciones de fundición debido a su robustez, bajo coste y resistencia al desgaste. Pero, según ha ido aumentando la complejidad de los motores, se han empezado a usar nuevos materiales para reducir su peso e incrementar su fuerza y resistencia al desgaste. Hoy en día, los materiales más comunes para turismos, por su peso ligero y sus excelentes cualidades de fundición, son las aleaciones de aluminio.

Herramientas para operaciones de mandrinado de cilindros en fundición yen aluminio con camisas y manguitos de fundición integrados:

• B685 para mandrinado productivo y estable de cilindros, desde desbaste hasta semiacabado
• B687 para mandrinado en acabado de cilindros estable y productivo
• B681 para mandrinado en desbaste de cilindros estable y productivo
• B683 para mandrinado en semiacabado de cilindros estable y productivo

Los componentes de automoción suelen ser piezas producidas en serie con gran cantidad de geometrías de agujero complejas; una aplicación que a menudo justifica el uso de herramientas de taladrado optimizadas para conseguir una máxima productividad, larga duración y, en última instancia, bajo coste por agujero.
Herramientas para taladrado / Herramientas rotativas enterizas para mecanizado de aluminio:

• CoroDrill® 400 es una broca de canal recto para formas con radio y chaflán, multidiametrales complejas, además de relaciones de paso grandes con diámetros de entre 3 y 25 mm (0,118–0,984 pulgadas). Estas brocas proporcionan una eliminación de la viruta, rectitud del agujero y acabado superficial sobresalientes.
  
• CoroDrill® 430 es una broca de metal duro integral helicoidal con 3 canales para taladrado con núcleo, es decir, para abrir agujeros existentes. Estas ofrecen un excelente control del tamaño y la rectitud del agujero en condiciones exigentes.
  
• La conformación de roscas es la solución de roscado preferida para componentes de automoción en aluminio y la gama de machos de conformación sin virutas CoroTap® 400 es la primera elección para esta aplicación.
  

Consejos de taladrado en aluminio

1. La formación de rebabas y la evacuación de la viruta pueden presentar dificultades. Además, la herramienta puede tener una vida útil deficiente como consecuencia de la adhesión. Recomendaciones: para mejorar la formación de viruta, aplique mecanizado de avance bajo y gran velocidad.
2. Para evitar una vida útil deficiente, es posible que sea necesario probar diferentes recubrimientos para minimizar la adhesión. Estos recubrimientos podrían incluir recubrimientos con diamante o, en algunos casos (en función del sustrato), sin recubrimiento alguno.
3. Otros: utilice emulsión o refrigerante pulverizado a alta presión.

Mecanizado de aleaciones de aluminio en la industria aeroespacial

Imagen: fresa RAL90 para mecanizado de aluminio y costillas de ala

Cuando se mecanizan componentes de aluminio para la industria aeronáutica, uno de los factores clave es combinar un proceso de mecanizado estable y fiable con una alta velocidad y gran volumen de viruta. Un elemento de enorme importancia para la buena maquinabilidad consiste en obtener fuerzas de corte reducidas, lo que ofrece un menor consumo de potencia, menor tendencia a la vibración y un acabado superficial de buena calidad.
Las aeronaves presentan varios tipos de componentes de aluminio, tales como largueros, revestimientos y costillas. La costilla del ala es un claro ejemplo de algunos de los distintos retos de mecanizado, como son las paredes y bases delgadas, las cavidades 2D y la importancia del equilibrado de las herramientas. Sandvik Coromant ofrece una amplia gama de herramientas específicas para mecanizado rentable y de alta calidad de costillas de ala.
Mecanizado de paredes delgadas
La estrategia de mecanizado para secciones de paredes delgadas varía según la altura y grosor de la pared. El número de pasadas vendrá determinado por las dimensiones de la pared y la profundidad de corte axial.
El uso de técnicas de alta velocidad, como valores de ap/ae pequeños y de vc grandes, favorece el fresado de paredes delgadas puesto que reduce el tiempo de empañe de la herramienta y, por consiguiente, el impulso y la flexión. Cuando la relación entre el grosor de la pared y su altura está comprendida entre 15:1 y 30:1, se usa mecanizado con soporte escalonado en pasadas superpuestas.
Formación de cavidades con la fresa RAL 90 para mecanizado de alta velocidad
La fresa para mecanizado de aluminio RAL90 está diseñada para ofrecer un régimen de arranque de metal extremadamente alto. El cuerpo de fresa de robustez extrema con los alojamientos optimizados de las plaquitas fija nuevos niveles de estabilidad del proceso en fresado de alta velocidad, ideal para desbastar y semiacabar cavidades en estructuras aeroespaciales en aleaciones de aluminio.
En aplicaciones que requieren incluso mayores regímenes de arranque de metal, la nueva fresa RAL90 Súper MRR puede alcanzar una velocidad de giro del husillo extremadamente alta de, p. ej., hasta 33.000 rpm para un DC 50 mm frente a las 23.500 rpm de la RAL90. Esto significa un incremento de la productividad del 40%.
Fresar aluminio con herramientas rotativas enterizas
Cuando se necesitan diámetros más pequeños, las herramientas de metal duro integral son la solución. Con una geometría y calidad optimizadas para el mecanizado de aluminio, las fresas de ranurar CoroMill® Plura y CoroMill® 316, con cabeza de corte intercambiable, ofrecen una larga vida útil de la herramienta con un alto régimen de arranque de metal.
El diseño de los canales incluye un amplio espacio para la viruta, de forma que se obtiene una excelente evacuación de la misma. Es más, la faceta cilíndrica especial reduce la vibración de la herramienta en la fresadora y minimiza los problemas de formación de viruta para ofrecer un acabado superficial excelente.

Maquinabilidad del aluminio

• Material polímero de viruta larga
• Control de la viruta relativamente fácil si está aleado
• El Al puro es pastoso y requiere filos agudos y valores de vc altos
• Fuerza de corte específica: 350–700 N/mm
• Las fuerzas de corte, y por tanto la potencia necesaria para mecanizarlos, son bajas
• El material se puede mecanizar con calidades de metal duro sin recubrimiento y grano fino si el contenido de Si es inferior al 7-8%, y con calidades de punta de PCD para aluminio si el contenido en Si es mayor
• El Al hipereutéctico con contenido de Si > 12 % es muy abrasivo