El aluminio es el metal no ferroso más utilizado y su gama de aplicaciones continúa expandiéndose. Existen más de 700.000 tipos de productos de aluminio que se utilizan en diversas industrias, como la construcción, la decoración, el transporte y la industria aeroespacial. En este debate, exploraremos la tecnología de procesamiento de los productos de aluminio y cómo evitar la deformación durante el proceso.
Las ventajas y características del aluminio incluyen:
- Baja densidadEl aluminio tiene una densidad de aproximadamente 2,7 g/cm³, que es aproximadamente un tercio de la del hierro o el cobre.
- Alta plasticidad:El aluminio tiene una excelente ductilidad, lo que permite transformarlo en diversos productos a través de métodos de procesamiento de presión, como extrusión y estiramiento.
- Resistencia a la corrosión:El aluminio desarrolla naturalmente una película de óxido protectora en su superficie, ya sea en condiciones naturales o mediante anodización, ofreciendo una resistencia a la corrosión superior en comparación con el acero.
- Fácil de fortalecer:Aunque el aluminio puro tiene un nivel de resistencia bajo, su resistencia se puede aumentar significativamente mediante el anodizado.
- Facilita el tratamiento de superficies:Los tratamientos superficiales pueden mejorar o modificar las propiedades del aluminio. El proceso de anodizado está consolidado y se utiliza ampliamente en el procesamiento de productos de aluminio.
- Buena conductividad y reciclabilidad:El aluminio es un excelente conductor de electricidad y es fácil de reciclar.
Tecnología de procesamiento de productos de aluminio
Estampado de productos de aluminio
1. Estampado en frío
El material utilizado son pellets de aluminio. Estos pellets se moldean en un solo paso mediante una máquina de extrusión y un molde. Este proceso es ideal para crear productos columnares o formas difíciles de lograr mediante estiramiento, como formas elípticas, cuadradas y rectangulares. (Como se muestra en la Figura 1, la máquina; la Figura 2, los pellets de aluminio; y la Figura 3, el producto).
El tonelaje de la máquina utilizada está relacionado con el área de la sección transversal del producto. La distancia entre el punzón superior y la matriz inferior, de acero de tungsteno, determina el espesor de la pared del producto. Una vez finalizado el prensado, la distancia vertical entre el punzón superior y la matriz inferior indica el espesor máximo del producto (como se muestra en la Figura 4).
Ventajas: Ciclo de apertura del molde corto, menor costo de desarrollo que el molde de estiramiento. Desventajas: Proceso de producción largo, gran fluctuación del tamaño del producto durante el proceso, alto costo de mano de obra.
2. Estiramiento
Material utilizado: lámina de aluminio. Se utiliza una máquina de moldeo continuo y un molde para realizar múltiples deformaciones para cumplir con los requisitos de forma, ideal para cuerpos no columnares (productos con aluminio curvado). (Como se muestra en la Figura 5 (máquina), la Figura 6 (molde) y la Figura 7 (producto).
Ventajas:Las dimensiones de productos complejos y multideformados se controlan de forma estable durante el proceso de producción y la superficie del producto es más lisa.
Desventajas:Alto costo del molde, ciclo de desarrollo relativamente largo y altos requisitos de selección y precisión de la máquina.
Tratamiento superficial de productos de aluminio
1. Granallado (shot peening)
El proceso de limpieza y rugosidad de la superficie del metal mediante el impacto de un flujo de arena a alta velocidad.
Este método de tratamiento de superficies de aluminio mejora la limpieza y la rugosidad de la superficie de la pieza. Como resultado, se mejoran las propiedades mecánicas de la superficie, lo que se traduce en una mayor resistencia a la fatiga. Esta mejora aumenta la adhesión entre la superficie y cualquier recubrimiento aplicado, prolongando su durabilidad. Además, facilita la nivelación y la apariencia estética del recubrimiento. Este proceso es común en varios productos Apple.
2. Pulido
El método de procesamiento emplea técnicas mecánicas, químicas o electroquímicas para reducir la rugosidad superficial de una pieza, obteniendo una superficie lisa y brillante. El proceso de pulido se puede clasificar en tres tipos principales: pulido mecánico, pulido químico y pulido electrolítico. Al combinar el pulido mecánico con el pulido electrolítico, las piezas de aluminio pueden lograr un acabado de espejo similar al del acero inoxidable. Este proceso aporta una sensación de simplicidad de alta gama, estilo y un atractivo futurista.
3. Trefilado
El trefilado de alambre es un proceso de fabricación que consiste en raspar repetidamente las líneas de las placas de aluminio con papel de lija. El trefilado se divide en trefilado recto, trefilado aleatorio, trefilado en espiral y trefilado de hilo. El proceso de trefilado de alambre permite visualizar con claridad cada fina marca de seda, de modo que el metal mate adquiere un brillo fino y el producto combina estilo y tecnología.
4. Corte con luz alta
El corte de realce utiliza una máquina de grabado de precisión para reforzar la cuchilla de diamante en el husillo de alta velocidad (generalmente 20 000 rpm) para cortar piezas y producir áreas de realce localizadas en la superficie del producto. El brillo de los realces de corte se ve afectado por la velocidad de la fresadora. Cuanto mayor sea la velocidad de la fresadora, más brillantes serán los realces de corte. Por el contrario, cuanto más oscuros sean los realces de corte, mayor será la probabilidad de que se produzcan marcas de cuchilla. El corte de alto brillo es especialmente común en teléfonos móviles, como el iPhone 5. En los últimos años, algunas carcasas metálicas de televisores de alta gama han adoptado el alto brillo.Fresado CNCLa tecnología y los procesos de anodizado y cepillado hacen que el televisor esté lleno de moda y nitidez tecnológica.
5. Anodizado
El anodizado es un proceso electroquímico que oxida metales o aleaciones. Durante este proceso, el aluminio y sus aleaciones forman una película de óxido al aplicar una corriente eléctrica en un electrolito específico bajo ciertas condiciones. El anodizado mejora la dureza superficial y la resistencia al desgaste del aluminio, prolonga su vida útil y mejora su estética. Este proceso se ha convertido en un componente vital del tratamiento de superficies de aluminio y actualmente es uno de los métodos más utilizados y exitosos.
6. Ánodo de dos colores
Un ánodo bicolor se refiere al proceso de anodizar un producto para aplicar diferentes colores a áreas específicas. Si bien esta técnica de anodizado bicolor rara vez se emplea en la industria televisiva debido a su complejidad y alto costo, el contraste entre ambos colores realza la apariencia exclusiva y de alta gama del producto.
Existen varios factores que contribuyen a la deformación en el procesamiento de piezas de aluminio, como las propiedades del material, la forma de la pieza y las condiciones de producción. Las principales causas de deformación incluyen: la tensión interna presente en la pieza bruta, las fuerzas de corte y el calor generado durante el mecanizado, y las fuerzas ejercidas durante la sujeción. Para minimizar estas deformaciones, se pueden implementar medidas de proceso específicas y habilidades operativas.
Medidas de proceso para reducir la deformación del procesamiento
1. Reducir la tensión interna del blank.
El envejecimiento natural o artificial, junto con el tratamiento por vibración, puede ayudar a reducir la tensión interna de una pieza en bruto. El preprocesamiento también es un método eficaz para este fin. En piezas en bruto con cabeza gruesa y orejas grandes, puede producirse una deformación significativa durante el procesamiento debido al considerable margen. Al preprocesar las partes sobrantes de la pieza en bruto y reducir el margen en cada área, no solo podemos minimizar la deformación que se produce durante el procesamiento posterior, sino también aliviar parte de la tensión interna presente después del preprocesamiento.
2. Mejorar la capacidad de corte de la herramienta.
El material y los parámetros geométricos de la herramienta afectan significativamente la fuerza de corte y el calor. La selección adecuada de la herramienta es esencial para minimizar la deformación de las piezas durante el procesamiento.
1) Selección razonable de parámetros geométricos de la herramienta.
① Ángulo de inclinación:Para mantener la resistencia de la hoja, es conveniente seleccionar un ángulo de ataque mayor. Esto permite afilar un borde afilado y, por otro lado, reduce la deformación de corte, facilita la eliminación de viruta y, por lo tanto, reduce la fuerza y la temperatura de corte. Evite usar herramientas con ángulo de ataque negativo.
② Ángulo de la espalda:El tamaño del ángulo posterior influye directamente en el desgaste de la cara posterior de la herramienta y en la calidad de la superficie mecanizada. El espesor de corte es un factor importante para la selección del ángulo posterior. Durante el fresado de desbaste, debido a la alta velocidad de avance, la alta carga de corte y la alta generación de calor, se requieren buenas condiciones de disipación de calor de la herramienta. Por lo tanto, se recomienda seleccionar un ángulo posterior menor. Durante el fresado de precisión, se requiere un filo afilado, se debe reducir la fricción entre la cara posterior de la herramienta y la superficie mecanizada y se debe reducir la deformación elástica. Por lo tanto, se recomienda seleccionar un ángulo posterior mayor.
③ Ángulo de hélice:Para que el fresado sea suave y reducir la fuerza de fresado, el ángulo de hélice debe seleccionarse lo más grande posible.
④ Ángulo de deflexión principal:Reducir adecuadamente el ángulo de deflexión principal puede mejorar las condiciones de disipación de calor y reducir la temperatura promedio del área de procesamiento.
2) Mejorar la estructura de la herramienta.
Reducir el número de dientes de la fresa y aumentar el espacio para la viruta:
Dado que los materiales de aluminio presentan una alta plasticidad y una deformación de corte significativa durante el procesamiento, es esencial crear un espacio de viruta más amplio. Esto significa que el radio del fondo de la ranura de viruta debe ser mayor y que se debe reducir el número de dientes de la fresa.
Rectificado fino de dientes de corte:
La rugosidad de los filos de corte de los dientes de la fresa debe ser inferior a Ra = 0,4 µm. Antes de usar una fresa nueva, se recomienda lijar suavemente la parte frontal y posterior de los dientes varias veces con una piedra de afilar fina para eliminar cualquier rebaba o ligeros dientes de sierra que hayan quedado del afilado. Esto no solo ayuda a reducir el calor de corte, sino que también minimiza la deformación.
Estándares de desgaste de herramientas de control estricto:
A medida que las herramientas se desgastan, la rugosidad superficial de la pieza aumenta, la temperatura de corte se eleva y la pieza puede sufrir una mayor deformación. Por lo tanto, es crucial elegir materiales para herramientas con excelente resistencia al desgaste y asegurar que el desgaste de la herramienta no supere los 0,2 mm. Si el desgaste supera este límite, puede provocar la formación de viruta. Durante el corte, la temperatura de la pieza debe mantenerse generalmente por debajo de los 100 °C para evitar la deformación.
3. Mejorar el método de sujeción de la pieza. Para piezas de aluminio de paredes delgadas con poca rigidez, se pueden utilizar los siguientes métodos de sujeción para reducir la deformación:
① Para piezas de casquillo de pared delgada, el uso de un mandril autocentrante de tres mordazas o una pinza de resorte para la sujeción radial puede provocar la deformación de la pieza al aflojarse después del mecanizado. Para evitar este problema, es recomendable utilizar un método de sujeción axial de la cara del extremo, que ofrece mayor rigidez. Coloque el orificio interior de la pieza, cree un mandril pasante roscado e insértelo en él. A continuación, utilice una placa de cubierta para sujetar la cara del extremo y fíjela firmemente con una tuerca. Este método ayuda a prevenir la deformación de la sujeción al procesar el círculo exterior, garantizando una precisión de mecanizado satisfactoria.
② Al procesar piezas de chapa metálica de paredes delgadas, se recomienda utilizar una ventosa para lograr una fuerza de sujeción uniformemente distribuida. Además, usar una menor cantidad de corte puede ayudar a prevenir la deformación de la pieza.
Otro método eficaz consiste en rellenar el interior de la pieza con un material para mejorar su rigidez durante el procesamiento. Por ejemplo, se puede verter en la pieza una urea fundida con entre un 3 % y un 6 % de nitrato de potasio. Tras el procesamiento, la pieza se puede sumergir en agua o alcohol para disolver el material de relleno y luego verterlo.
4. Ordenación razonable de los procesos
Durante el corte a alta velocidad, el proceso de fresado suele generar vibraciones debido a las grandes tolerancias de mecanizado y al corte intermitente. Esta vibración puede afectar negativamente la precisión del mecanizado y la rugosidad de la superficie. Como resultado,Proceso de corte de alta velocidad CNCNormalmente se divide en varias etapas: desbaste, semiacabado, limpieza de ángulos y acabado. Para piezas que requieren alta precisión, puede ser necesario un semiacabado secundario antes del acabado.
Tras el desbaste, es recomendable dejar que las piezas se enfríen de forma natural. Esto ayuda a eliminar la tensión interna generada durante el desbaste y reduce la deformación. La sobremedida de mecanizado resultante tras el desbaste debe ser mayor que la deformación prevista, generalmente entre 1 y 2 mm. Durante el acabado, es importante mantener una sobremedida de mecanizado uniforme en la superficie acabada, normalmente entre 0,2 y 0,5 mm. Esta uniformidad garantiza la estabilidad de la herramienta de corte durante el procesamiento, lo que reduce significativamente la deformación de corte, mejora la calidad de la superficie y garantiza la precisión del producto.
Habilidades operativas para reducir la deformación del procesamiento
Las piezas de aluminio se deforman durante el procesamiento. Además de las razones mencionadas, el método de operación también es muy importante en la práctica.
1. Para piezas con grandes tolerancias de mecanizado, se recomienda el mecanizado simétrico para mejorar la disipación térmica durante el mecanizado y evitar la concentración de calor. Por ejemplo, al procesar una chapa de 90 mm de espesor hasta 60 mm, si se fresa un lado inmediatamente después del otro, las dimensiones finales pueden resultar en una tolerancia de planitud de 5 mm. Sin embargo, si se utiliza un mecanizado simétrico con avance repetido, donde cada lado se mecaniza dos veces hasta su tamaño final, la planitud puede mejorarse hasta 0,3 mm.
2. Cuando las piezas de chapa tienen múltiples cavidades, no se recomienda utilizar el método de procesamiento secuencial, que consiste en procesar una cavidad a la vez. Este enfoque puede generar fuerzas desiguales en las piezas, lo que resulta en deformación. En su lugar, utilice un método de procesamiento por capas, donde todas las cavidades de una capa se procesan simultáneamente antes de pasar a la siguiente. Esto garantiza una distribución uniforme de la tensión en las piezas y minimiza el riesgo de deformación.
3. Para reducir la fuerza de corte y el calor, es importante ajustar la cantidad de corte. De los tres componentes de la cantidad de corte, la cantidad de contracorte influye significativamente en la fuerza de corte. Si la sobremedida de mecanizado es excesiva y la fuerza de corte en una sola pasada es demasiado alta, puede provocar la deformación de las piezas, afectar negativamente la rigidez del husillo de la máquina herramienta y reducir la durabilidad de la herramienta.
Si bien reducir el corte posterior puede aumentar la vida útil de la herramienta, también puede reducir la eficiencia de producción. Sin embargo, el fresado de alta velocidad en el mecanizado CNC puede solucionar este problema eficazmente. Al reducir el corte posterior y, en consecuencia, aumentar la velocidad de avance y la velocidad de la máquina herramienta, se puede reducir la fuerza de corte sin comprometer la eficiencia del mecanizado.
4. La secuencia de las operaciones de corte es importante. El mecanizado de desbaste se centra en maximizar la eficiencia del mecanizado y aumentar la tasa de eliminación de material por unidad de tiempo. Normalmente, se utiliza el fresado inverso para esta fase. En el fresado inverso, el exceso de material de la superficie de la pieza en bruto se elimina a la máxima velocidad y en el menor tiempo posible, formando eficazmente un perfil geométrico básico para la etapa de acabado.
Por otro lado, el acabado prioriza la alta precisión y calidad, lo que convierte al fresado descendente en la técnica preferida. En el fresado descendente, el espesor del corte disminuye gradualmente desde el máximo hasta cero. Este enfoque reduce significativamente el endurecimiento mecánico y minimiza la deformación de las piezas mecanizadas.
5. Las piezas de paredes delgadas suelen deformarse debido a la sujeción durante el procesamiento, un problema que persiste incluso durante la etapa de acabado. Para minimizar esta deformación, se recomienda aflojar el dispositivo de sujeción antes de alcanzar el tamaño final durante el acabado. Esto permite que la pieza recupere su forma original, tras lo cual se puede volver a sujetar suavemente (suficiente solo para mantenerla en su lugar) según la sensibilidad del operador. Este método ayuda a lograr resultados de procesamiento óptimos.
En resumen, la fuerza de sujeción debe aplicarse lo más cerca posible de la superficie de apoyo y dirigirse a lo largo del eje rígido más resistente de la pieza. Si bien es crucial evitar que la pieza se afloje, la fuerza de sujeción debe mantenerse al mínimo para garantizar resultados óptimos.
6. Al procesar piezas con cavidades, evite que la fresa penetre directamente en el material como lo haría una broca. Esto puede provocar que el espacio para la viruta sea insuficiente para la fresa, lo que puede causar problemas como una evacuación irregular de la viruta, sobrecalentamiento, expansión y posible colapso de la viruta o rotura de los componentes.
En su lugar, primero utilice una broca del mismo tamaño o mayor que la fresa para crear el orificio inicial. Después, la fresa se utiliza para las operaciones de fresado. Como alternativa, puede utilizar software CAM para generar un programa de corte en espiral para la tarea.
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Hora de publicación: 27 de noviembre de 2024