Torneado de acero inoxidable
El acero inoxidable es un material de ingeniería común, utilizado por su resistencia, tenacidad, resistencia al impacto y protección contra la corrosión. Sin embargo, para transformar el acero inoxidable en bruto en artículos funcionales, se requieren procesos de mecanizado, fabricación y otros.
Entre diferentes mecanizado de acero inoxidable En cuanto a los procesos de torneado, se sabe que se utilizan para componentes cilíndricos, como ejes, varillas, pasadores, casquillos y conos cónicos.
Dado que existen muchas aleaciones de acero inoxidable que se comportan de manera diferente durante el torneado, es importante tener en cuenta la maquinabilidad, la compatibilidad de las herramientas y otros factores para garantizar componentes sin defectos.
Este artículo abordará los diversos aspectos del torneado de acero inoxidable, incluyendo los tipos de acero inoxidable, sus ventajas y los posibles desafíos del mecanizado.
¿Qué es el torneado de acero inoxidable?
Torneado cónico
El torneado es un tipo de proceso de mecanizado CNC que se utiliza para crear formas axialmente simétricas (cilíndricas, cónicas, esféricas, etc.) y características superficiales. Es compatible con todos los aceros inoxidables, incluidos los aceros para herramientas endurecidos.
Los fabricantes utilizan tornos CNC o centros de torneado para las operaciones de torneado. Estos equipos ofrecen alta velocidad de mecanizado, gran precisión, un acabado impecable y repetibilidad en múltiples lotes. Por consiguiente, el torneado es técnica y económicamente viable para todos los volúmenes de producción.
" En el torneado, la pieza de trabajo de acero inoxidable unida al husillo del cabezal gira a altas RPM y la herramienta unida al portaherramientas se mueve en longitudinal o transversal dirección para dar forma a la pieza de trabajo."
Entre las piezas torneadas de acero inoxidable más comunes se incluyen ejes de transmisión, cilindros hidráulicos, componentes de bombas de combustible, espárragos y pernos, y bujes.
¿Es difícil mecanizar el acero inoxidable?
Sí, el acero inoxidable es difícil de mecanizar, en comparación con muchos otros materiales aptos para el mecanizado CNC. Sin embargo, no es tan difícil como el inconel y las aleaciones de titanio. Es posible mecanizar aceros mediante CNC para crear una gran variedad de piezas de alto rendimiento.
Por consiguiente, la maquinabilidad exacta (o el nivel de dificultad de torneado) depende de los grados específicos de acero inoxidable. Por ejemplo, los aceros inoxidables SS 303 y 304 son más fáciles de mecanizar que el acero inoxidable PH 17-4.
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El proceso de torneado de acero inoxidable
El proceso de torneado de acero inoxidable consta de una serie de pasos que deben ejecutarse con precisión. Comienza con el diseño de ingeniería de la pieza deseada, seguido de la programación, la configuración, el torneado y el postprocesamiento.
Analicemos cada paso brevemente.
- Diseño de ingeniería: Cree un diseño de ingeniería detallado de las piezas de acero inoxidable que desea mecanizar, con forma, orientación, dimensiones, tolerancias y otras variables claras.
- Selección de materiales: Elija un grado de mecanizado de acero inoxidable adecuado en función de los requisitos de su aplicación.
- Programación CAM: Genere un programa CNC para el diseño que ha realizado utilizando un software CAM adecuado.
- Configuración de la máquina: Sujete el material de trabajo y coloque la herramienta en la máquina; se recomienda un soporte con un voladizo mínimo.
- Operaciones de torneado: Ponga en marcha la máquina y supervise todas las operaciones de torneado.
- Postprocesamiento: Realizar operaciones de lijado, granallado, pulido, recubrimiento u otras, si fuera necesario.
¿Qué tipos de acero inoxidable se utilizan en el torneado CNC?
Austenítico, martensítico, ferrítico, endurecimiento por precipitación y dúplex son los cinco principales tipos de acero inoxidable Se utilizan en el torneado CNC. Si observamos los grados, los más populares son el 303, 304, 316, 416, 430 y PH 17-4.
Aceros inoxidables austeníticos
Acero inoxidable austenitico
El acero inoxidable austenítico no es magnético y contiene cromo, níquel y manganeso como elementos de aleación clave, con carbono presente en cantidades muy pequeñas.
Recibe su nombre por su estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC), llamada austenita, que proporciona una excelente ductilidad y una buena tenacidad.
Aunque todos los grados AISI 200 y 300 pertenecen al grupo de aceros inoxidables austeníticos, los grados 303 y 316 son los más populares en el mecanizado.
Mecanizado de acero inoxidable 303
En comparación con otros aceros inoxidables, presenta una buena maquinabilidad. De hecho, el 303 se considera el acero inoxidable más fácil de mecanizar para cualquier operación de torneado.
Mecanizado de acero inoxidable 316
El acero 316 contiene entre un 2 % y un 3 % de molibdeno adicional, lo que le confiere una mayor resistencia a la corrosión. Sin embargo, también aumenta la tenacidad y la velocidad de endurecimiento por deformación, lo que dificulta el torneado del acero inoxidable en comparación con el acero inoxidable 303.
Aceros inoxidables martensíticos
Los aceros inoxidables martensíticos están disponibles con bajo y alto contenido de carbono, y los grados de mecanizado como el SS 416 contienen fósforo y azufre para una mejor maquinabilidad. Si bien el grado martensítico ofrece mayor resistencia que el grado austenítico, tiene menor resistencia a la corrosión.
Aceros inoxidables ferríticos
acero inoxidable ferrítico
Los aceros inoxidables ferríticos se caracterizan por su alto contenido de cromo y mínimo de carbono. Por consiguiente, no se pueden endurecer mediante tratamiento térmico, pero sí se pueden recocer, lo que los hace económicos.
El acero inoxidable 430 es el grado ferrítico más común utilizado en el mecanizado. Ofrece una resistencia a la corrosión moderada, superior a la de los grados martensíticos, pero generalmente inferior a la de los grados austeníticos.
Aceros inoxidables PH
17-4 PH SS
Los aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH, por sus siglas en inglés) son conocidos por su alta resistencia y dureza, que se logra mediante la adición de elementos de aleación como el cobre y el niobio, y un proceso de tratamiento térmico especializado, llamado endurecimiento por envejecimiento.
El acero inoxidable 17-4 es la aleación de acero inoxidable endurecido más común en el mecanizado. Ofrece una buena maquinabilidad con herramientas recubiertas de AlTiN y AlCrN.
Aceros inoxidables dúplex
Los aceros inoxidables dúplex presentan fases microestructurales ferríticas y austeníticas, generalmente en proporciones iguales. Por lo tanto, el fabricante puede aprovechar las propiedades de dos tipos diferentes de acero con grados dúplex como el 2205 y el 2507.
Algunos usos comunes del torneado de acero inoxidable dúplex son las tuberías para procesamiento químico, los componentes de bombas, las válvulas y los accesorios.
Ventajas del acero inoxidable
Los aceros inoxidables presentan varias ventajas como material de fabricación, entre ellas resistencia, resistencia a la corrosión, resistencia al impacto, estabilidad térmica y una superficie higiénica.
Estas son las cinco ventajas clave del acero inoxidable:
1. Alta resistencia mecánica
Los aceros inoxidables son resistentes y ofrecen una alta resistencia a la compresión y a la tracción, manteniendo al mismo tiempo una relación de peso proporcionalmente menor que otros tipos de aceros.
2. Resistencia a la corrosión
Cuando los aceros inoxidables se exponen a la humedad, forman una capa protectora de óxido de cromo que ayuda a prevenir la oxidación y la degradación.
3. Alta resistencia al impacto
Es un material de alta resistencia al impacto que puede absorber cargas repentinas, golpes mecánicos y vibraciones sin fallar. Por lo tanto, el acero inoxidable se puede utilizar para piezas de maquinaria de alto rendimiento y componentes estructurales.
4. Superficie higiénica
En primer lugar, muchos tipos de acero inoxidable son seguros para el procesamiento de alimentos y son higiénicos. En segundo lugar, son fáciles de limpiar y mantener.
5. Rendimiento a temperaturas elevadas
Los aceros inoxidables no pierden sus propiedades hasta aproximadamente 980 °C, lo cual resulta beneficioso para aplicaciones de alta temperatura, como las palas de turbinas de gas y las piezas de aeronaves.
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Problemas y desafíos en el torneado de acero inoxidable
Decir que el acero inoxidable tiene buena maquinabilidad no significa que esté exento de problemas y dificultades durante el mecanizado. Al tornear, pueden surgir problemas como acumulación de calor, endurecimiento por deformación, deformación de la pieza, virutas largas, desgaste de la herramienta y un acabado deficiente tras el mecanizado.
A continuación, vamos a analizar con más detalle estos desafíos uno por uno.
Acumulación de calor
La gestión térmica supone un gran desafío en el torneado de acero inoxidable. La baja conductividad de este material provoca una transferencia de calor ineficiente desde la zona de mecanizado, lo que conlleva una acumulación de calor a medida que la herramienta pasa varias veces.
El calor puede provocar el desgaste de la herramienta y afectar la resistencia y dureza de la pieza. Por lo tanto, utilice agua, aceite o refrigerantes semisintéticos.
Deformación de la pieza de trabajo
La pieza de acero inoxidable puede deformarse durante el mecanizado por dos razones: una sujeción demasiado apretada o fuerzas y avances de corte inadecuados. Las fuerzas excesivas provocan tensiones internas que dan lugar a microfisuras.
Endurecimiento de trabajo
Las elevadas fuerzas de corte y la fricción provocan la deformación plástica de la superficie del material por donde entra en contacto la herramienta, lo que resulta en una mayor dureza y resistencia. Los aceros inoxidables de grados como el 304, el 201 y el 316 son más propensos a este problema.
Desafío de extracción de chips
Eliminación de virutas de mecanizado
El torneado de acero inoxidable produce virutas largas y continuas que se enredan fácilmente, dificultando su eliminación. Esto obstruye las áreas de mecanizado, provocando errores dimensionales y de acabado. En algunos casos, la acumulación de virutas puede incluso romper la herramienta de torneado.
Acabado deficiente tras el mecanizado
Acabados de piezas torneadas por CNC
El uso de herramientas inadecuadas y una geometría deficiente de las mismas dan como resultado acabados superficiales deficientes en las piezas torneadas de acero inoxidable. En consecuencia, el endurecimiento de la pieza degrada aún más el acabado obtenido tras el mecanizado, debido al aumento de la dureza.
Por lo tanto, utilice los parámetros de torneado, el refrigerante y las herramientas de torneado adecuados. Si observa algún desgaste en la herramienta, reemplácela inmediatamente.
Desgaste en la herramienta de torneado
Dureza del acero inoxidable Su dureza es superior a la de otros materiales comunes para mecanizado CNC; algunos grados alcanzan los 110 HRB. Por lo tanto, el desgaste de los filos de corte es mayor, lo que provoca imprecisiones dimensionales y una superficie más rugosa. Para solucionar este problema, utilice herramientas con recubrimiento duro y controle el desgaste periódicamente.
Maquinabilidad del acero inoxidable y factores que influyen
Si tomamos como referencia el acero AISI 1212, la maquinabilidad del acero inoxidable varía entre el 30 y el 70%, según el tipo o grado. Los aceros inoxidables 303, 430 y 420 son más fáciles de mecanizar que los 304 y 316.
A continuación, veamos los principales factores que afectan la maquinabilidad del acero inoxidable: dureza, conductividad térmica, tenacidad, geometría de la herramienta, desgaste de la herramienta y tasa de endurecimiento por deformación. .
- Dureza: Si los aceros inoxidables tienen mayor dureza, son más difíciles de mecanizar.
- Conductividad térmica: Una mayor conductividad significa que el calor generado en las zonas de mecanizado se disipa de forma eficaz.
- Tenacidad: Si el acero es resistente, existe un mayor riesgo de fractura y deformación durante el trabajo.
- Geometría de la herramienta: Para lograr una mejor maquinabilidad durante el torneado de acero inoxidable, es fundamental una geometría de herramienta adecuada.
- Desgaste de la herramienta: El desgaste de los filos de corte dificulta el proceso de torneado, por lo que conviene inspeccionarlos y reemplazarlos periódicamente.
- Endurecimiento de trabajo: Un alto grado de endurecimiento por deformación reduce la maquinabilidad del acero inoxidable.
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Recapitulación
El torneado de acero inoxidable es un proceso versátil que se utiliza para producir componentes de simetría axial para aplicaciones en los sectores automotriz, aeroespacial, de procesamiento de alimentos, médico y otros.
Para lograr precisión y un buen acabado, es fundamental utilizar el tipo de herramienta, el material y la geometría adecuados, junto con la velocidad de corte y el avance correctos. Además, debe tenerse en cuenta el tipo de acero inoxidable que se utiliza y los desafíos de mecanizado que esto conlleva.
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Preguntas Frecuentes
¿Es difícil mecanizar el acero inoxidable?
Sí, el acero inoxidable es difícil de mecanizar, en comparación con el aluminio y otros materiales aptos para el mecanizado CNC. Esto se debe a su alta tenacidad, rigidez y baja conductividad.
¿Cuál es el metal más fácil de tornear?
El aluminio es el metal más fácil de tornear. Las aleaciones de aluminio ofrecen una excelente maquinabilidad y se pueden tornear con tolerancias y acabados muy precisos.
¿Qué significa acero inoxidable con acabado mecanizado?
El torneado a máquina del acero inoxidable se refiere a un proceso de torneado especializado para el acero inoxidable, que produce un acabado pulido decorativo con un aspecto distintivo.
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