La maquinabilidad de los metales: significado, evaluación y factores
Después de leer este artículo, aprenderá sobre: - 1. Significado de la maquinabilidad 2. Evaluación (cuantificación o medidas) de la maquinabilidad 3. Factores que afectan 4. Maquinabilidad de materiales comunes 5. Aditivos para mejorar la maquinabilidad.
Significado de la maquinabilidad:
El término maquinabilidad se refiere a la facilidad con la que un metal se puede mecanizar para lograr un acabado superficial aceptable. Murphy definió la maquinabilidad como "la capacidad de un material para ser maquinado bajo un conjunto dado de condiciones de corte".
Los materiales con buena maquinabilidad requieren poca potencia para cortar. se puede cortar rápidamente, obtener fácilmente un buen acabado superficial y no usar mucho el utillaje. Tales materiales se dice que son mecanizables libres.
La maquinabilidad puede ser difícil de predecir exactamente porque el proceso de maquinado tiene muchas variables. Los materiales fuertes y resistentes suelen ser más difíciles de mecanizar, ya que se requiere una mayor fuerza para cortarlos.
Otros factores importantes que afectan la maquinabilidad incluyen:
yo. Parámetros de trabajo (composición química, dureza de la microestructura).
Parámetros de la herramienta (geometría de la herramienta, material de la herramienta, vida útil de la herramienta)
ii. Parámetros de mecanizado (velocidad de corte, avance, profundidad de corte, lubricación, etc.)
Se afirma que el material A es más mecanizable que el material B, esto puede tener tres significados diferentes, como;
iii. Una menor tasa de desgaste se obtiene con el material A, o
iv. Se puede lograr un mejor acabado superficial con el material A o
v. Se requiere menos potencia para maquinar el material A.
Por lo tanto, es importante tener en cuenta que la maquinabilidad siempre se define con un conjunto particular de condiciones.
Por ejemplo:
Conjunto de condiciones 1:
(Mejor acabado de la superficie) El material A (acero con alto contenido de carbono) tiene más maquinabilidad que el material B (acero suave).
Condición establecida 2: (desgaste de la herramienta y consumo de energía):
Ahora el resultado puede ser revertido. El material B (acero suave) tiene más maquinabilidad que el material A (acero con alto contenido de carbono).
Teniendo en cuenta la herramienta HSS común para ambos conjuntos de condiciones.
Evaluación (cuantificación o medidas) de maquinabilidad:
Hay muchos factores que afectan la maquinabilidad, pero no hay una forma ampliamente aceptada de cuantificarla. En cambio, la maquinabilidad generalmente se mide en una base de caso por caso. Las diversas pruebas realizadas para cuantificar la maquinabilidad están hechas a medida para justificar la necesidad de una instalación de fabricación específica.
Las medidas comunes de cuantificación incluyen:
(i) Vida útil de la herramienta.
(ii) Acabado superficial.
(iii) Fuerzas de corte y consumo de energía.
(iv) Índice de calificación de maquinabilidad.
(v) Control de viruta.
(i) Vida útil de la herramienta:
La vida útil de la herramienta se considera generalmente como una medida importante de la maquinabilidad. Cuanto mayor es la vida útil de la herramienta, mejor es la maquinabilidad de un material de trabajo. Algunas tablas y tablas estándar están disponibles que proporcionan una referencia para comparar la maquinabilidad de diferentes materiales. Estas tablas generalmente miden la maquinabilidad en términos de la velocidad de corte para una vida útil dada de la herramienta. Las clasificaciones de maquinabilidad se basan en una vida útil de la herramienta de T = 60 minutos.
(ii) Acabado de la superficie:
El acabado superficial del material de trabajo mecanizado también es una medida importante de la maquinabilidad, especialmente en el caso de operaciones de acabado. Más es el acabado superficial obtenido; Más será la maquinabilidad del material de trabajo.
(iii) Fuerzas de corte y consumo de energía:
También es la medida de maquinabilidad más utilizada, especialmente en operaciones de desbaste.
(iv) Índice de Maquinabilidad (Clasificación):
La calificación / índice de maquinabilidad de diferentes materiales se toma en relación con el índice estándar. El índice de maquinabilidad del acero de corte libre se considera un índice estándar y se fija al 100%. El índice de maquinabilidad se basa en una vida útil de la herramienta T = 60 minutos.
El índice de maquinabilidad de cualquier otro material se puede encontrar usando la siguiente relación:
El índice de maquinabilidad de algunos materiales de uso común se muestra en la Tabla 9.12:
Importancia del índice de maquinabilidad:
Las clasificaciones de maquinabilidad se basan en una vida útil de la herramienta de T = 60 minutos. El material estándar es acero A1S1, que otorga una calificación de 100. Esto significa que, para una vida útil de la herramienta de 60 minutos, este acero debe ser mecanizado a una velocidad de corte de 100 pies / min (30 m / min). Las velocidades más altas reducirán la vida útil de la herramienta mientras que la velocidad más baja la aumentará. Por ejemplo, el acero 3140 tiene un índice de maquinabilidad 55, lo que significa que cuando se mecaniza a una velocidad de corte de 55 m / min (17 m / min), la vida útil de la herramienta será de 60 min.
(v) Control de Chip:
En algunos casos, la facilidad de control de viruta es también una medida de maquinabilidad. En cuanto al control de viruta, las virutas largas y curvadas, si no se rompen, pueden afectar gravemente el proceso de corte al curvar alrededor del borde de corte de la herramienta.
Factores que afectan la maquinabilidad:
En general, se considera que la maquinabilidad es una propiedad que depende principalmente de la microestructura y las propiedades del material de trabajo, pero también está muy afectada por algunos otros factores.
Algunos factores importantes y responsables que afectan la maquinabilidad son los siguientes:
(i) Parámetros de material de trabajo.
(ii) Parámetros de la herramienta.
(iii) Parámetros de mecanizado.
(i) Parámetros de Material de Trabajo:
Incluye:
yo. Dureza.
ii. Microestructura.
iii. Composición química.
iv. Forma y dimensiones.
v. rigidez de la tenencia.
vi. Resistencia a la tracción.
(ii) Parámetros de Toot:
Incluye:
yo. Geometría de la herramienta.
ii. Material de herramienta.
iii. Rigidez de la sujeción de la herramienta.
iv. Selección de herramienta adecuada.
v. Proceso de afilado de herramientas.
vi. Temperatura de la interfaz de la herramienta chip.
(iii) Parámetros de Mecanizado:
Incluye:
yo. Velocidad cortante.
ii. Alimentar.
iii. Profundidad del corte.
iv. Fluido de corte.
v. Naturaleza del proceso de corte (intermitente o constante).
vi. Rigidez de la sujeción de la herramienta.
vii Facilidad de eliminación de viruta.
Maquinabilidad de materiales comunes:
Discutiremos la maquinabilidad una a una de algunos de los materiales más utilizados, como aceros, aceros inoxidables, aluminio, termoplásticos, composites, etc.
(i) Aceros:
El contenido de carbono del acero afecta enormemente a su maquinabilidad. Los aceros con alto contenido de carbono son difíciles de mecanizar porque son resistentes y pueden contener carburos. Los carburos presentes en el acero erosionan la herramienta de corte. Por otro lado, los aceros bajos en carbono son molestos porque son demasiado blandos. Los aceros bajos en carbono son "gomosos" y se adhieren a la herramienta de corte, lo que resulta en un borde construido que acorta la vida útil de la herramienta. Por lo tanto, el acero al carbono medio (con un carbono de aproximadamente 0.2%) es la opción para la mejor maquinabilidad.
El cromo, el molibdeno y otros elementos de aleación a menudo se agregan al acero para mejorar su resistencia. Sin embargo, la mayoría de estos elementos disminuyen la maquinabilidad. Las inclusiones (óxidos) presentes, si las hay, disminuyen su maquinabilidad.
(ii) Aceros inoxidables:
Los aceros inoxidables tienen una maquinabilidad pobre en comparación con el acero al carbono regular porque son más resistentes, más gomerosos y tienden a endurecerse muy rápidamente. Un poco de endurecimiento del acero puede disminuir su carácter gomoso y facilitar el corte. AISI -303 y 416 son más fáciles de mecanizar debido a la adición de azufre y fósforo.
(iii) Aluminio:
El aluminio es generalmente muy fácil de mecanizar. Aunque, los grados más suaves tienden a formar un borde acumulado, lo que resulta en un acabado superficial pobre. Se recomiendan altas velocidades de corte, altos ángulos de inclinación y altos ángulos de alivio para una maquinabilidad adecuada. Las aleaciones 2007, 2011 y 6020 tienen una maquinabilidad especialmente buena.
(iv) Termoplásticos:
Los termoplásticos son difíciles de mecanizar porque tienen una conductividad térmica deficiente. Esto genera calor que se acumula en la zona de corte, lo que degrada la vida útil de la herramienta y derrite el plástico a nivel local.
(v) Composites:
Los compuestos a menudo tienen la peor maquinabilidad porque combinan la mala conductividad térmica de una resina plástica con una matriz cerámica resistente o abrasiva.
Aditivos para mejorar la maquinabilidad:
Los aditivos reducen el contacto metálico entre la herramienta y el material de trabajo, por lo tanto, reducen la fricción y las tasas de desgaste de la herramienta. Hay una variedad de productos químicos, tanto metálicos como no metálicos, que se pueden agregar a metales ferrosos y no ferrosos para mejorar la maquinabilidad. Estos aditivos pueden funcionar al lubricar la interfaz de la herramienta-chip, disminuyendo la resistencia al corte del material o aumentando la fragilidad del chip.
Históricamente, el azufre y el plomo han sido los aditivos más comunes, pero el bismuto y el estaño son cada vez más populares por razones ambientales.
Los siguientes son algunos aditivos con metales para mejorar la maquinabilidad:
