El mecanizado CNC (Control Numérico por Computadora) es un proceso de fabricación fundamental que transforma diseños digitales en productos físicos precisos. El éxito de cualquier proyecto CNC depende significativamente de la selección del material, lo que impacta directamente en la funcionalidad, durabilidad, costo y capacidad de fabricación del producto final. Esta guía proporciona una descripción detallada de los materiales disponibles, sus propiedades, aplicaciones y factores clave de selección para ayudarlo a tomar decisiones informadas para sus proyectos.
1 Factores clave en la selección de materiales para CNC
La selección del material apropiado requiere una cuidadosa consideración de varios factores que influyen tanto en el proceso de mecanizado como en el rendimiento de la pieza final.
1.1 Maquinabilidad
La maquinabilidad se refiere a la facilidad con la que un material se puede cortar, dar forma y acabar sin un desgaste excesivo de la herramienta ni daños. Los materiales con alta maquinabilidad (por ejemplo, aluminio, latón) permiten una mayor productividad, mejores acabados superficiales y menores costos de fabricación. Por el contrario, los materiales con baja maquinabilidad a menudo requieren herramientas y técnicas especializadas.
1.2 Propiedades mecánicas
Resistencia: Esto incluye la resistencia a la tracción (resistencia a las fuerzas de tracción), la resistencia a la compresión (resistencia a las fuerzas de aplastamiento) y la tenacidad (resistencia al desgaste y al impacto). Diferentes aplicaciones exigen diferentes características de resistencia.
Dureza: La capacidad del material para resistir la indentación o deformación de la superficie. Si bien los materiales duros son resistentes al desgaste, pueden ser más difíciles de mecanizar y pueden acelerar el desgaste de la herramienta.
Estabilidad dimensional: La capacidad de un material para mantener su forma y dimensiones en diversas condiciones, como carga, cambios de temperatura o humedad. Esto es fundamental para los componentes de precisión.
1.3 Resistencia térmica
La resistencia térmica indica qué tan bien un material puede soportar las fluctuaciones de temperatura sin expandirse, contraerse o deformarse. Los materiales con expansión térmica predecible son cruciales para aplicaciones que involucran variaciones de temperatura.
1.4 Resistencia a la corrosión
Esta es la capacidad del material para resistir la degradación por exposición a productos químicos, humedad u otros factores ambientales. Los aceros inoxidables y ciertos plásticos como el PVC y el PP son conocidos por su excelente resistencia a la corrosión.
1.5 Consideraciones de costos
El costo del material es una preocupación primordial. Si bien los metales generalmente cuestan más que los plásticos, es esencial equilibrar el gasto inicial con factores como la maquinabilidad, el desgaste de las herramientas, el posprocesamiento requerido y el costo total de propiedad de la pieza final.
2 Materiales metálicos para mecanizado CNC
Los metales se utilizan ampliamente en el mecanizado CNC por su resistencia, durabilidad y conductividad térmica.
| Tipo de material | Aleaciones/Grados comunes | Propiedades clave | Aplicaciones típicas | Clasificación de maquinabilidad |
| Aluminio | 6061, 6082, 7075 | Ligero, buena relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión, buena conductividad eléctrica y térmica. | Piezas automotrices, componentes aeroespaciales, electrónica de consumo, marcos, carcasas. | Excelente |
| Acero | C45 (1045), 42CrMo4, St52-3 | Alta resistencia, durabilidad y buena resistencia al desgaste. | Ejes, engranajes, herramientas, componentes de alta resistencia, piezas automotrices. | Buena a Regular |
| Acero inoxidable | 304, 316, 17-4PH | Excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia, superficie higiénica. | Instrumentos médicos, equipos de procesamiento de alimentos, ferretería marina y recipientes químicos. | Regular a Difícil |
| Cobre | E-Cu57, Cu-ETP | Excelente conductividad eléctrica y térmica, antimicrobiano. | Componentes eléctricos, intercambiadores de calor, barras colectoras. | Regular (puede ser gomoso) |
| Latón | CuZn39Pb3 | Buena maquinabilidad, resistente a la corrosión, apariencia decorativa. | Accesorios, válvulas, engranajes, instrumentos musicales, ferretería decorativa. | Excelente |
| Titanio | Grado 2, Grado 5 (6Al-4V) | Muy alta relación resistencia-peso, excelente biocompatibilidad y excepcional resistencia a la corrosión. | Componentes aeroespaciales, implantes médicos, piezas de ingeniería de alto rendimiento. | Difícil |
| Magnesio | AZ31B, AZ91D | Extremadamente ligero, buena relación resistencia-peso, buena capacidad de amortiguación. | Soportes automotrices, componentes aeroespaciales y carcasas de dispositivos electrónicos. | Buena (Precaución: virutas inflamables) |
3 Materiales plásticos y poliméricos para mecanizado CNC
Los plásticos ofrecen ventajas como ligereza, resistencia a la corrosión, aislamiento eléctrico y, a menudo, un mecanizado más sencillo.
| Tipo de material | Aleaciones/Grados comunes | Propiedades clave | Aplicaciones típicas | Clasificación de maquinabilidad |
| Aluminio | 6061, 6082, 7075 | Ligero, buena relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión, buena conductividad eléctrica y térmica. | Piezas automotrices, componentes aeroespaciales, electrónica de consumo, marcos, carcasas. | Excelente |
| Acero | C45 (1045), 42CrMo4, St52-3 | Alta resistencia, durabilidad, buena resistencia al desgaste. | Ejes, engranajes, herramientas, componentes de alta resistencia, piezas automotrices. | Buena a Regular |
| Acero inoxidable | 304, 316, 17-4PH | Excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia, superficie higiénica. | Instrumentos médicos, equipos de procesamiento de alimentos, ferretería marina, recipientes químicos. | Regular a Difícil |
| Cobre | E-Cu57, Cu-ETP | Excelente conductividad eléctrica y térmica, antimicrobiano. | Componentes eléctricos, intercambiadores de calor, barras colectoras. | Regular (puede ser gomoso) |
| Latón | CuZn39Pb3 | Buena maquinabilidad, resistente a la corrosión, apariencia decorativa. | Accesorios, válvulas, engranajes, instrumentos musicales, ferretería decorativa. | Excelente |
| Titanio | Grado 2, Grado 5 (6Al-4V) | Muy alta relación resistencia-peso, excelente biocompatibilidad y excepcional resistencia a la corrosión. | Componentes aeroespaciales, implantes médicos, piezas de ingeniería de alto rendimiento. | Difícil |
| Magnesio | AZ31B, AZ91D | Extremadamente ligero, buena relación resistencia-peso, buena capacidad de amortiguación. | Soportes automotrices, componentes aeroespaciales, carcasas de dispositivos electrónicos. | Buena (Precaución: virutas inflamables) |
Nota sobre el mecanizado FR-4: FR-4, un compuesto de resina epoxi y fibra de vidrio tejida, requiere una consideración especial. Su contenido de fibra de vidrio es muy abrasivo, lo que provoca un desgaste significativo de la herramienta58. Es fundamental utilizar herramientas de carburo o aquellas diseñadas específicamente para compuestos. El mecanizado también produce polvo fino que requiere sistemas de extracción eficaces para la seguridad del operador.
4 Materiales avanzados y compuestos
- Compuestos (por ejemplo, CFRP, GFRP): Ofrecen relaciones resistencia-peso y rigidez muy altas. Son difíciles de mecanizar debido a su naturaleza abrasiva y a la tendencia a la delaminación o al deshilachado.
- Superaleaciones (por ejemplo, Inconel, Hastelloy): Retienen la resistencia a temperaturas extremadamente altas y ofrecen una excelente resistencia a la corrosión. Estos son muy difíciles de mecanizar y requieren herramientas y técnicas especializadas.
- Tungsteno y molibdeno: Muy alta densidad y punto de fusión. Se utilizan en aplicaciones especializadas como blindaje contra la radiación o hornos de alta temperatura. Frágiles y difíciles de mecanizar.
5 Metodología de selección de materiales
Elegir el material adecuado es un proceso sistemático:
- Definir los requisitos de la aplicación: Función, condiciones de carga (estática, dinámica, impacto), entorno operativo (temperatura, productos químicos, humedad) y vida útil requerida.
- Identificar las propiedades críticas: Priorizar las propiedades imprescindibles (por ejemplo, resistencia, conductividad, transparencia, cumplimiento de la FDA).
- Considerar las limitaciones de fabricación: Evaluar la maquinabilidad, las tolerancias requeridas, las necesidades de acabado superficial y el presupuesto disponible.
- Evaluar y preseleccionar: Comparar los materiales candidatos en función de los criterios anteriores. La creación de prototipos suele ser valiosa para la validación final.
