Barras de acero al carbono
El mecanizado de acero al carbono requiere comprender la aleación de acero al carbono y su idoneidad para el mecanizado a medida. Se trata de una aleación de hierro y carbono que contiene entre un 0.05 % y un 2.1 % de carbono de su peso total. Su comportamiento mecánico y las propiedades del material dependen de la cantidad de carbono presente en la aleación, lo que influye directamente en la maquinabilidad del acero al carbono.
El acero al carbono con menor contenido es más blando y, por lo general, más fácil de mecanizar, mientras que los aceros al carbono con alto contenido de carbono son más difíciles de mecanizar y requieren herramientas especializadas, pero tienen mayor durabilidad y resistencia al desgaste. La elección del contenido de carbono y el mecanizado del acero aleado pueden afectar la vida útil de la herramienta y, por consiguiente, la precisión de las piezas de acero al carbono mecanizadas por CNC de precisión. Leer más:Acero aleado vs acero al carbono
¿Qué es el acero al carbono?
Barras de acero cortadas
El acero al carbono está compuesto de hierro y carbono y se clasifica en tres categorías principales según su contenido de carbono. El acero con bajo contenido de carbono se clasifica como aquel con un 0.3 % o menos; el de contenido medio, entre el 0.3 % y el 0.6 %; y el de alto contenido de carbono, con un contenido superior al 0.6 %.
No contiene elementos de aleación intencionales como el cromo, lo que la diferencia de las aleaciones convencionales. Contiene elementos minoritarios como manganeso, azufre, fósforo y silicio. El contenido de carbono presente en el acero influye directamente en las características físicas y mecánicas del material, como la resistencia, la dureza y la ductilidad.
El acero al carbono se transforma de austenita a martensita durante el tratamiento térmico. Esto permite ajustar sus propiedades. Los aceros con bajo contenido de carbono, como el AISI 1018, presentan buena soldabilidad y conformabilidad. Los aceros con alto contenido de carbono, como el AISI 1095, ofrecen una resistencia al desgaste y una durabilidad superiores. El acero al carbono se produce fundiendo mineral de hierro junto con carbono en altos hornos. El acero fundido se moldea y lamina para obtener láminas o bloques de acero al carbono.
El acero al carbono de baja calidad presenta una microestructura de ferrita y perlita, mientras que los aceros al carbono de mayor calidad tienen una estructura de perlita y cementita. La diferencia en la microestructura afecta directamente a las propiedades del acero, como la elongación y la resistencia.
Propiedades de mecanizado del acero al carbono
Probeta para ensayo de tracción
El acero al carbono se utiliza para el mecanizado debido a sus propiedades mecánicas y térmicas, lo que hace que el mecanizado de acero al carbono sea adecuado para una amplia gama de componentes industriales. El acero al carbono mecanizado presenta excelentes acabados superficiales y durabilidad. A continuación se enumeran algunas propiedades del acero al carbono que lo convierten en la opción perfecta para el mecanizado de piezas:
Dureza
Los aceros al carbono tienen una dureza que oscila entre 125 HB y más de 300 HB. Los materiales más duros tienden a deformarse menos durante el mecanizado. Los aceros más blandos, como el AISI 1010, se procesan a velocidades de corte más altas, pero generan rebabas en los bordes, mientras que los aceros más duros requieren herramientas especializadas para su mecanizado.
Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción del acero con bajo contenido de carbono puede variar entre 370 MPa y 1500 MPa en los aceros con alto contenido de carbono. Una mayor resistencia a la tracción implica una mayor durabilidad de la pieza, pero también aumenta la dificultad del mecanizado.
Fuerza de rendimiento
El límite elástico es el límite en el que se produce la deformación plástica. Los aceros al carbono tienen un límite elástico de entre 250 y 800 MPa. El endurecimiento por deformación puede ocurrir durante el mecanizado si las fuerzas aplicadas superan este límite. En tales casos, es necesario ajustar la velocidad de avance.
Elongación y Ductilidad
El acero con bajo contenido de carbono tiene una elongación a la rotura de entre el 20% y el 40%, y la elongación a la rotura de los aceros con alto contenido de carbono es incluso inferior al 10%. La mayor elongación del acero con bajo contenido de carbono da como resultado virutas continuas más largas, mientras que el acero con alto contenido de carbono, que es más frágil, produce virutas segmentadas.
Conductividad Térmica
La conductividad térmica de los aceros al carbono ronda los 50 W/m·K. Su disipación de calor durante el mecanizado es moderada y necesita ser regulada. Una gestión térmica deficiente puede provocar la dilatación térmica de los materiales y afectar tanto a las tolerancias como a la estabilidad dimensional.
Densidad y módulo
La densidad del acero al carbono ronda los 7.85 g/cm³ y el módulo de Young es de 200 GPa, lo que proporciona una rigidez suficiente para permitir la deflexión en piezas grandes. La siguiente tabla resume las propiedades típicas de los grados comunes de acero al carbono:
| Grado | Contenido de carbon (%) | Dureza (HB) | Resistencia a la tracción (MPa) | Fuerza de producción (MPa) | Alargamiento (%) | Conductividad Térmica (W/m·K) |
| AISI 1018 | 0.14-0.20 | 126-197 | 440 | 370 | 15 | 51.9 |
| AISI 1045 | 0.43-0.50 | 163-229 | 585 | 505 | 12 | 50.7 |
| AISI 1095 | 0.90-1.03 | 248-352 | 965 | 745 | 9 | 48.0 |
| AISI 1144 | 0.40-0.48 | 217-255 | 745 | 620 | 10 | 49.5 |
| AISI 1215 | 0.09 máximo | 167-229 | 540 | 415 | 10 | 51.0 |
Tipos de herramientas que pueden cortar acero al carbono
Mecanizado de fresas de extremo
La selección de herramientas es fundamental para el mecanizado de acero al carbono. Elegir la herramienta adecuada permite una mayor precisión y eficiencia, además de optimizar parámetros como la generación de calor y el endurecimiento por deformación. A continuación, se enumeran algunas herramientas comunes:
- Herramientas de acero rápido (HSS)Las herramientas HSS están hechas de tungsteno, molibdeno y vanadio, lo que mejora la tenacidad para cortes más limpios. Se suelen utilizar para procesar materiales de baja a alta dureza. aceros de medio carbono con velocidades de hasta 30 m/min. No son adecuadas para procesos con altas emisiones de carbono, ya que se desgastan extremadamente rápido debido a la generación de calor.
- Herramientas de amolarEstas herramientas están fabricadas con carburo de tungsteno y cuentan con un recubrimiento de TiN o TiAlN para mejorar su resistencia al desgaste, lo cual es esencial para el mecanizado a alta velocidad (100-200 m/min) de todos los aceros al carbono. Esto proporciona un mejor acabado superficial y reduce la deflexión.
- Herramientas de cerámica: Las herramientas cerámicas tienen una dureza muy alta, alrededor de 2000 HV, y velocidades de hasta 300 m/min. Las herramientas cerámicas suelen estar hechas de compuestos de alúmina y nitruro, que son muy eficaces para el mecanizado. aceros con alto contenido de carbono (para corte en seco) ya que son capaces de controlar la generación de calor.
- Insertos de carburo recubiertosEstas plaquitas tienen un recubrimiento CVD o PVD similar al TiCN, lo que aumenta su vida útil entre dos y tres veces en condiciones abrasivas. Se utilizan habitualmente en el torneado y fresado de aceros de carbono medio.
- Herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN)El CBN es el segundo material más duro después del diamante, lo que lo hace ideal para el torneado de aceros al carbono tratados térmicamente (45-65 HRC). Requiere un refrigerante mínimo y permite mecanizar a una velocidad de hasta 200 m/min.
- Fresas de carburo sólidoLas fresas de carburo se utilizan para cortes profundos y tienen un diseño de hélice diferente que minimiza las vibraciones.
- Fresas indexablesEstán equipadas con plaquitas de carburo que permiten un reemplazo rápido y una gran versatilidad en el fresado frontal de placas de acero al carbono.
- Brocas con puntas de carburo: Diseñada para la perforación, incorpora orificios de refrigeración para evacuar las virutas y enfriar la zona de corte en acero al carbono.
- Grifos y matricesLos machos y terrajas suelen estar fabricados de acero rápido (HSS) y carburos para el roscado. Cuentan con recubrimientos para evitar el agarrotamiento en aceros dúctiles de bajo contenido de carbono.
Mecanizado CNC de acero al carbono
El mecanizado de acero al carbono utiliza sistemas CNC que sustraen material de un bloque sólido de metal para formar la pieza. El programa CNC optimiza las trayectorias de la herramienta, garantizando precisión y uniformidad. Las operaciones CNC utilizan herramientas de carburo para eliminar material y emplean refrigerante para regular la temperatura y evacuar las virutas durante el mecanizado. El proceso CNC varía según el tipo de acero al carbono, y los operarios utilizan diferentes parámetros de corte para un mecanizado eficaz de este material.
- Parámetros típicos (herramientas de carburo, acero de carbono medio como el AISI 1045)Las velocidades de corte oscilan entre 100 y 200 m/min (328-656 SFM), con un avance de 0.1 a 0.3 mm/diente y una profundidad de corte de 1 a 5 mm. Se utiliza refrigerante por inundación para regular la temperatura durante el proceso de mecanizado.
Fresado CNC de acero al carbono
Pieza de acero al carbono mecanizada por CNC
El fresado CNC es un proceso sustractivo programado por ordenador que funciona mediante el uso de fresas con múltiples puntas para crear diferentes características, como contornos y ranuras. El proceso también permite realizar un desbaste para eliminar la mayor parte del material y dar forma a la pieza, seguido de pasadas de acabado para lograr precisión dimensional. El fresado en concordancia es el preferido, ya que ofrece mejores resultados que el fresado convencional.
Torneado CNC de acero al carbono
Mecanizado de torno CNC
El proceso de torneado CNC consiste en girar una pieza de trabajo con respecto a una herramienta de corte fija para producir una forma cilíndrica. Este proceso se utiliza para crear diversas características, como agujeros y roscas.
El uso de un ángulo de ataque positivo en las herramientas de corte permite un control eficaz de la viruta, lo cual es fundamental para las operaciones de acabado. El proceso de corte comienza con un mecanizado en bruto, seguido de una segunda operación de mecanizado de acabado para garantizar que las piezas cumplan con las especificaciones.
Mecanizado CNC 4 Axis
Mecanizado CNC en 4 ejes
El mecanizado CNC de 4 ejes combina un eje de rotación (normalmente el eje A) con los ejes lineales estándar X, Y y Z. Esto permite girar la pieza para acceder a múltiples lados sin necesidad de reposicionarla. Esta máquina está especialmente diseñada para producir componentes de acero al carbono con formas complejas, como levas lobuladas, ranuras helicoidales y piezas con un perfil envolvente.
Mecanizado CNC multieje
El mecanizado CNC multieje (de 5 ejes o más) es un proceso de mecanizado moderno que permite mover las piezas simultáneamente a lo largo de los 3 ejes lineales y los dos ejes de rotación. Esta característica reduce la necesidad de múltiples configuraciones y permite crear geometrías complejas con una sola operación. El mecanizado CNC multieje permite realizar socavados y ángulos compuestos, así como superficies curvas, con alta precisión.
Fabricación de piezas grandes
Gran parte de la fabricación mediante máquinas CNC consiste en producir piezas de más de 1 o 2 metros de dimensión. Las piezas de gran tamaño se procesan utilizando sistemas de pórtico y máquinas de gran recorrido. Las piezas se sujetan mediante fijaciones robustas, y cualquier deformación por tensión se compensa mediante aplicaciones de alivio de tensión para contrarrestar las deformaciones o la eliminación desigual de material.
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Desafíos en el mecanizado de acero al carbono
Pieza de acero acabada
El mecanizado del acero al carbono, como el de cualquier otro material, presenta sus propios desafíos y dificultades que deben abordarse. Estos obstáculos se superan mediante la optimización de parámetros. A continuación, se enumeran algunos de los obstáculos más comunes:
Desgaste de la herramienta
El desgaste de la herramienta es un problema común que se produce durante el mecanizado. Generalmente, se debe a partículas abrasivas de carbono que aceleran el desgaste del flanco y del cráter, especialmente en aceros con alto contenido de carbono, que son más difíciles de mecanizar. Para solucionar este problema, los carburos se recubren para mejorar su durabilidad, pero requieren supervisión para evitar fallos y garantizar un mecanizado exitoso.
Generación de calor
El calor generado durante el proceso de mecanizado puede alcanzar hasta 800 °C, lo que puede provocar dilatación térmica y deformación de la pieza. La temperatura se regula mediante el uso de refrigerantes y velocidades más bajas.
Endurecimiento de trabajo
El endurecimiento por deformación se produce cuando el material supera su límite elástico. Esta deformación provoca que la superficie se endurezca, lo que obliga a aplicar mayor fuerza de corte. Una menor velocidad de avance y una herramienta de corte más afilada pueden reducir el endurecimiento por deformación, manteniendo las superficies blandas y obteniendo resultados precisos.
Control de virutas
Los aceros con bajo contenido de carbono, que poseen mayor ductilidad, generan virutas más largas que pueden enredarse. Los rompevirutas y el refrigerante a alta presión facilitan la evacuación de las virutas, manteniendo el proceso libre de riesgos.
Problemas con el acabado superficial
Las vibraciones y las fuerzas desiguales provocan acabados superficiales deficientes y valores Ra elevados. Las herramientas rígidas, correctamente montadas, junto con una configuración equilibrada y una fijación adecuada, según la forma y la geometría de la pieza, reducen este problema.
Estabilidad dimensional
Los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento del material generan tensiones y deformaciones. El recocido es ideal para reducir estas tensiones y estabilizar el material antes del mecanizado.
Piezas comunes de acero al carbono mecanizadas por CNC de precisión
- Pernos y sujetadoresComponentes roscados de acero AISI 1045, que ofrecen una alta resistencia a la tracción para conjuntos estructurales.
- Ejes: Fabricado en acero AISI 1018, que proporciona resistencia a la torsión en los sistemas de transmisión.
- Engranajes: Fabricados a partir de aceros de carbono medio, tratados térmicamente para una mayor resistencia al desgaste en transmisiones.
- Pasadores y clavijas: Rectificado con precisión para la alineación en maquinaria.
- Soportes: Diseñado para su montaje, aprovechando su ductilidad para el doblado posterior al mecanizado.
- Válvulas: Mecanizado para el control de fluidos, con tolerancias estrictas para un sellado óptimo.
- Bridas: Torneado para conexiones de tuberías, asegurando la planitud.
- bujes: Perforado para aplicaciones de cojinetes, lo que reduce la fricción.
- Resortes: Enrollado con alambre de alto contenido de carbono, lo que le confiere elasticidad.
- Cuchillos y hojas: Afilado en acero AISI 1095 para herramientas de corte.
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Aplicaciones del acero al carbono
Industria automotriz:
La industria automotriz utiliza acero al carbono para fabricar una gran variedad de piezas, desde chasis y bloques de motor hasta componentes de suspensión. Esto se debe principalmente a que el acero al carbono posee una excelente durabilidad y propiedades mecánicas.
Sector de la Construcción
El acero al carbono se utiliza para fabricar barras de refuerzo para vigas de construcción, lo que proporciona una alta integridad estructural en edificios y puentes. Las tuberías de alta resistencia se fabrican con acero al carbono debido a su capacidad para soportar presiones extremadamente altas.
Maquinaria y equipamiento
Los engranajes, ejes y bastidores de maquinaria utilizados en las principales industrias se fabrican con aceros al carbono. Su capacidad de mecanizado permite la fabricación de piezas a medida para plantillas y estructuras metálicas personalizadas.
Petróleo y Gas
Las tuberías y válvulas utilizadas en el sector del petróleo y el gas deben soportar altas presiones y un entorno hostil. El acero al carbono ofrece un rendimiento excepcional en estas condiciones y, por este motivo, se utiliza ampliamente en la industria.
Aeroespacial
La industria aeroespacial solo lo utiliza para elementos de fijación y estructuras no críticas o piezas secundarias que requieren las propiedades específicas del acero al carbono para su correcto funcionamiento.
Bienes de consumo
El acero al carbono se utiliza en una amplia gama de electrodomésticos y herramientas, como batidoras y cuchillos de cocina, ya que ofrece una gran durabilidad a un bajo coste.
Mecanizado de metales personalizado
Proleantech proporciona servicio de acero Para acero al carbono, acero aleado y aleaciones de acero inoxidable. Mantenemos un stock de aleaciones metálicas con certificados de materiales y transparencia en el proceso. Las tolerancias estándar de mecanizado CNC para piezas de acero al carbono suelen ser de ±0.025 mm, dependiendo de la complejidad geométrica. Nuestro equipo de ingeniería también ofrece asesoramiento especializado y apoyo en la selección de materiales.
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Conclusión
El mecanizado de acero al carbono es una de las técnicas de fabricación más utilizadas en diversas industrias, desde la automotriz hasta la naval. En comparación con las alternativas, supera a algunos metales en costo y disponibilidad. titanio vs aceroEs fiable y eficiente, lo que la convierte en la opción preferida de los fabricantes. Combina las propiedades de los materiales con procesos avanzados para producir componentes fiables que marcan la pauta en el sector.
Preguntas Frecuentes
¿Es mecanizable el acero al carbono?
Sí, el acero al carbono es mecanizable. Existe una amplia gama de técnicas de mecanizado que se utilizan para fabricar piezas y componentes.
¿Es fácil fabricar acero al carbono?
Sí, es fácil de fabricar y el acero al carbono se considera el El mejor acero para el mecanizadoLos procesos de fabricación modernos lo han hecho relativamente fácil, y se realiza principalmente mediante fundición o forja, dependiendo del tipo de acero.
¿Se puede mecanizar acero al carbono mediante CNC?
Sí, se puede mecanizar acero al carbono mediante CNC, y las piezas de acero al carbono mecanizadas con precisión mediante CNC son muy populares para su uso en la industria automotriz.
¿Es bueno el acero al carbono para cortar?
El acero al carbono se utiliza con frecuencia para fabricar herramientas de corte, especialmente los grados con alto contenido de carbono que pueden conservar su filo debido a su mayor dureza. Aunque grados de acero aleado También se pueden seleccionar para aplicaciones de resistencia al calor y al desgaste.
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