¿Qué es el mecanizado de aluminio y cuáles son sus funciones principales?

Para llevar a cabo un proceso de mecanizado se requiere conocer las características físicas del material a mecanizar, importantes al momento de seleccionar las herramientas, los ángulos de corte, las velocidades, entre otros parámetros. A continuación se describen algunos aspectos importantes para mecanizar aluminio.

Características físicas del aluminio

El aluminio es uno de los metales más utilizados debido a sus especiales características físicas:

– Excelente conductividad térmica, la cual puede alcanzar hasta los 230 W/m·K., esta característica le permite desempeñarse muy bien en tareas de disipación de calor, usado para fabricación de autopartes como son los radiadores para coches en industria automotriz, también en disipadores de calor de componentes en la industria mecánica, eléctrica y especialmente en la electrónica.

– Altamente resistente a la corrosión en ambientes húmedos, excepto en presencia de ácido clorhídrico o de álcalis. Cuando se encuentra en la intemperie se forma una capa de óxido de aluminio la cual impide su proceso de corrosión, esta propiedad le permite al aluminio un excelente desempeño en industria mecánica y arquitectónica.

– Es un buen conductor eléctrico, su conductividad eléctrica es de aproximadamente 35 m/Ω mm2, lo cual lo hace excelente candidato para aplicaciones de generación, transporte y uso de energía eléctrica.

– También es un metal de baja densidad (2.700 kg/m3), posee baja resistencia mecánica pero es fácilmente mejorada mediante procesos de aleaciones permitiéndole alcanzar hasta los 690 MPa. Su peso se aproxima a una tercera parte del peso del acero, estas características hacen especialmente útil en la industria aeroespacial y automotriz, pues su ligereza aporta al ahorro energético del transporte.

– La dureza del aluminio oscila entre HB=15 para aluminio purísimo blando hasta aproximadamente HB=110 para aluminio 7075 aleado (AlZnMgCu) y endurecido térmicamente.

– La ductibilidad o límite elástico del aluminio es de aproximadamente 0,2%, es altamente deformable, propiedad muy útil en producción de conductores eléctricos, sistemas mecánicos para absorber energía de impactos, entre otros.

– La excelente maleabilidad del aluminio le hace útil en la producción de finas láminas utilizadas como papel aluminio, envases de lata para la industria alimenticia.

– Su punto de fusión es más bien bajo, en torno a los 660ºC, por lo tanto demanda poca energía de fabricación de piezas mediante procesos de inyección y la extrusión del metal.

Por ser muy abundante en la naturaleza y su fácil recuperación en proceso de reciclaje es un metal económico.

Gracias a sus características el aluminio se ha convertido en un metal altamente utilizado en la industria para producir partes mediante la utilización de diferentes procesos de producción y manufactura como lo son la inyección, extrusión y el mecanizado.

Mecanizado de piezas de aluminio

Para mecanizar aluminio se requiere relativamente poca energía, dado que para lograr el corte del material gracias a sus características mecánicas, utiliza una tercera parte de la energía en comparación de la energía utilizada en el mecanizado de acero. El mecanizado del aluminio se puede lograr con altas velocidades y tazas de arranque sin generar esfuerzos excesivos entre el material y el útil de corte. Alta velocidad de mecanizado significa mayor productividad y mejores acabados superficiales.

Herramientas de corte para el mecanizado de aluminio

Para mecanizar aluminio se requiere que la herramienta cuente con ciertas características especiales, es deseable que los útiles de corte utilizados para este tipo de materiales permitan la evacuación eficiente del material para evitar embotamientos que pueden arruinar la pieza y la herramienta de corte, asimismo, los ángulos de desprendimiento deben ser mayores a los utilizados para mecanizar aceros.

Gracias a la elevada conductividad térmica del aluminio, el proceso de refrigeración de la herramienta de corte no requiere demasiado caudal de líquido refrigerante, solo el suficiente para evacuar material desprendido.

En el mercado existe variedad de herramientas de corte con propiedades y costos diferentes. Para los procesos de mecanizado del aluminio, al igual que del acero, es deseable que las herramientas sean muy eficientes y duraderas en el tiempo. Gracias a los avances tecnológicos es posible encontrar herramientas con recubrimientos duros como el DLC (diamond like carbon – carbono como diamante), que aportan propiedades de dureza y tribológicas a la herramienta, hasta procesos de recubrimientos complejos como tratamientos PVD (deposición en fase vapor), con el cual se consiguen recubrimientos de nitruro de titanio capaces de proteger la herramienta con capas superficiales con titanio. Algunos materiales para herramientas de corte para el aluminio son:

Aceros rápidos, son aceros especiales de alto rendimiento con elevada dureza hasta los 500 ºC y elevada resistencia al desgaste gracias a elementos de aleación como el tungsteno, molibdeno, vanadio y cromo, capaces de formar carburos. Se añade cobalto para aumentar la dureza. Las herramientas de acero rápido son adecuadas para el mecanizado de aleaciones de aluminio con bajo contenido en silicio. Admite el uso de grandes ángulos de desprendimiento para obtener unas mejores condiciones de corte.
Metal duro, es una mezcla de carburo de tungsteno y cobalto (CW+Co). Este recubrimiento brinda una mayor duración de la herramienta. Se usan en el mecanizado de aluminio con elevado contenido en silicio y para los mecanizados a altas velocidades de corte.
Diamante, el diamante policristalino (PCD) se obtiene mediante la sinterización de polvos finos de cristales de diamante granulado a altas temperaturas y presiones en la forma deseada. Las herramientas de diamante se caracterizan por su elevada duración, incluso si se utilizan en el mecanizado de aleaciones con un elevado contenido en silicio. Normalmente se emplean para trabajos de acabado en aleaciones de aluminio que generan largas astillas, o para máquinas automáticas trabajando con aluminio que genere viruta corta.

En conclusión se puede decir que gracias a las propiedades físicas y mecánicas del aluminio, es uno de los metales más utilizados por la humanidad en numerosos campos de la industria, por lo tanto es uno de los metales que más se mecanizan en procesos productivos. Los procesos de mecanizado de aluminio requieren mucha menor energía que la utilizada en el mecanizado del acero, se realiza a altas velocidades de corte y avance, proporcionando acabados superficiales de calidad.