El acero inoxidable es sólo una de las muchas clases de acero. No sólo posee resistencia y tenacidad, sino que también ofrece excelente resistencia a la corrosión, buena maquinabilidad y características de soldadura. Se considera un material de mecanizado CNC ideal que combina durabilidad y rentabilidad.
Esta guía analizará los diferentes tipos de acero inoxidable y se centrará en los grados más utilizados en el mecanizado CNC. A continuación, presentaremos los beneficios y desafíos del uso de acero inoxidable en el mecanizado CNC y compartiremos consejos prácticos para superar estos desafíos comunes.
¿Qué es el mecanizado CNC de acero inoxidable?
El mecanizado CNC de acero inoxidable es un proceso de fabricación que utiliza herramientas y equipos de corte controlados por computadora para dar forma precisa a las piezas. de materiales de acero inoxidable.
Los aceros inoxidables son una familia de aleaciones a base de hierro conocidas por su resistencia a la corrosión, solidez y durabilidad, y se utilizan ampliamente en diversas industrias. El mecanizado CNC es un proceso de fabricación altamente automatizado, preciso y flexible controlado por tecnología de control numérico por computadora (CNC). Abarca una amplia gama de operaciones como corte, fresado, torneado, taladrado, taladrado, grabado e incluso EDM (mecanizado por descarga eléctrica).
El proceso de mecanizado CNC de acero inoxidable comienza con la creación de un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) de la pieza deseada. Este diseño digital luego se convierte en código legible por máquina utilizando el software CAM (fabricación asistida por computadora). La máquina CNC lee el código para controlar con precisión el movimiento de la herramienta de corte, la velocidad de avance, la velocidad del husillo y los parámetros de enfriamiento, permitiendo así el corte y la conformación automatizados de la pieza de trabajo de acero inoxidable.
Tipos de acero inoxidable
Así como existen diferentes tipos de aleaciones de aluminio, el acero inoxidable también se clasifica en varios categorías basadas en su composición y microestructura. Primero echemos un vistazo a la siguiente tabla para obtener una comprensión preliminar:
Tipo
Composición
Grados Comunes
Propiedades
Aplicaciones
Acero Inoxidable Austenítico
▪ 16% a 26% de Cromo ▪ 8% a 12% de Níquel ▪ 2% a 3% de Molibdeno ▪ Normalmente menos de 0.10% de Carbono
304/304L 316/316L 303 321 347
▪ Excelente resistencia a la corrosión ▪ Alta ductilidad y tenacidad ▪ Excelente soldabilidad ▪ Resistencia moderada a la corrosión por tensión ▪ No magnético / magnético débil ▪ No tratable térmicamente
▪ Industria alimentaria y de bebidas ▪ Industrias química y farmacéutica ▪ Dispositivos médicos ▪ Sistemas de escape automotriz ▪ Utensilios de cocina y cubiertos ▪ Componentes arquitectónicos
Acero Inoxidable Ferrítico
▪ 10.5% a 30% de Cromo ▪ Normalmente sin Níquel ▪ 1% a 2% de Molibdeno ▪ Menos de 0.08% de Carbono
430 409 434 439 446
▪ Buena resistencia a la corrosión ▪ Baja tenacidad a bajas temperaturas ▪ Baja soldabilidad ▪ Alta resistencia a la corrosión por tensión ▪ Magnético ▪ No tratable térmicamente ▪ Rentable ▪ Resistencia a altas temperaturas
▪ Sistemas de escape automotriz, silenciadores ▪ Intercambiadores de calor ▪ Electrodomésticos ▪ Utensilios de cocina ▪ Hornos industriales y cámaras de combustión ▪ Revestimientos, techos
Acero Inoxidable Martensítico
▪ 12% a 18% de Cromo ▪ Normalmente sin Níquel, a veces 2% a 4% ▪ 0% a 1% de Molibdeno ▪ 0.1% a 1.2% de Carbono
410 416 420 440C
▪ Resistencia moderada a la corrosión ▪ Capacidad de endurecimiento ▪ Alta dureza y resistencia al desgaste ▪ Normalmente magnético ▪ Tratable térmicamente
▪ Herramientas de corte ▪ Cuchillas ▪ Componentes de válvulas ▪ Instrumentos médicos ▪ Rodamientos
Acero Inoxidable Duplex
▪ 18% a 30% de Cromo ▪ 1% a 9.5% de Níquel ▪ 0.1% a 5% de Molibdeno ▪ Normalmente sin Carbono
2205 2507
▪ Excelente resistencia a la corrosión ▪ Alta resistencia y ductilidad ▪ Alta resistencia a la corrosión por tensión ▪ Normalmente magnético ▪ Tratable térmicamente
▪ Equipos para petróleo y gas ▪ Ingeniería química y marina ▪ Equipos y contenedores para procesamiento de alimentos ▪ Construcción y puentes
Acero Inoxidable de Endurecimiento por Precipitación
Elementos de aleación como titanio, cobre, fósforo o aluminio en cantidades traza.
17-4 PH 15-5 PH
▪ Alta variabilidad (ajustado para resultados específicos) ▪ Alta resistencia ▪ Buena tenacidad y ductilidad ▪ Buena resistencia a la corrosión ▪ Tratable térmicamente
▪ Componentes estructurales de aeronaves ▪ Militar y defensa ▪ Instrumentos quirúrgicos e implantes ortopédicos ▪ Piezas automotrices de alto rendimiento ▪ Sistemas hidráulicos, ejes y engranajes
Acero inoxidable austenítico
El acero inoxidable austenítico es el tipo más común, siendo las series 300, al igual que 304 y 316, sus representantes destacados. Su alto contenido de cromo y níquel proporciona una excelente resistencia a la corrosión, soldabilidad y facilidad de esterilización. Sin embargo, estos grados son más difíciles de mecanizar debido a su dureza y tendencia a endurecerse, lo que aumenta el desgaste de la herramienta y la generación de calor. Entre la serie 300, el grado 303 es una excepción, ya que la inclusión de azufre o selenio mejora su maquinabilidad.
Acero inoxidable ferrítico
El acero inoxidable ferrítico, un miembro de la familia AISI 400, puede tener una menor resistencia a la corrosión que el acero inoxidable austenítico en ciertos ambientes con ácidos fuertes o alto contenido de cloruro. Sin embargo, su resistencia superior al agrietamiento por corrosión bajo tensión en condiciones ricas en cloruro lo hace muy adecuado para aplicaciones marinas. Además, el acero inoxidable ferrítico normalmente requiere un tratamiento térmico mínimo para lograr las propiedades deseadas, lo que simplifica el procesamiento y la fabricación.
Acero inoxidable martensítico
El acero inoxidable martensítico ofrece alta resistencia y dureza debido a su mayor contenido de carbono, aunque tiene menor resistencia a la corrosión en comparación con otros tipos de acero inoxidable. Una de sus características destacadas es la capacidad de mejorar aún más estas propiedades mediante el temple (enfriamiento rápido). Este tipo de acero inoxidable se utiliza comúnmente en aplicaciones de alta durabilidad como cubiertos, instrumentos quirúrgicos y herramientas. Los grados como 410 y 420 se eligen con frecuencia por su excelente maquinabilidad y rendimiento confiable en condiciones exigentes. Entre los aceros inoxidables, el 416 es el más fácil de mecanizar debido a su diseño dirigido específicamente a la maquinabilidad. Esto se discutirá con mayor detalle en la siguiente sección.
Acero inoxidable dúplex
El acero inoxidable dúplex recibe su nombre de su microestructura, que contiene fases de austenita y ferrita. Esta combinación le brinda los beneficios de ambos tipos de acero inoxidable, incluida una excelente resistencia a la corrosión en ambientes clorados y ácidos, alta resistencia, buena ductilidad y fuerte resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Sin embargo, debido a su composición de aleación especializada y su proceso de fabricación, el acero inoxidable dúplex normalmente tiene costos de producción más altos y puede presentar una maquinabilidad más deficiente, lo que requiere un control de mecanizado más cuidadoso.
Acero inoxidable endurecido por precipitación
A diferencia de otros aceros inoxidables, que obtienen su resistencia del fortalecimiento por solución sólida (como en los aceros inoxidables austeníticos) o del trabajo en frío (como en los aceros inoxidables ferríticos), los aceros inoxidables endurecidos por precipitación obtienen su resistencia mediante la formación de compuestos intermetálicos como cobre, aluminio, o titanio durante el tratamiento térmico. Después de someterse a un tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación, los aceros inoxidables PH pueden alcanzar niveles de resistencia comparables a los aceros estructurales de alta resistencia, con límites elásticos típicamente de 3 a 4 veces mayores que los de los aceros inoxidables austeníticos.
Los mejores grados de acero inoxidable para mecanizado CNC
Estos son algunos de los mejores grados de acero inoxidable comúnmente elegidos para el mecanizado CNC:
Acero inoxidable 303
El acero inoxidable 303, también llamado acero inoxidable de libre mecanizado, es el grado más mecanizable dentro de la familia austenítica. Mejorado con azufre y fósforo, ofrece maquinabilidad y rendimiento de corte mejorados. Estas adiciones permiten velocidades de corte y avances estables durante el mecanizado de alta velocidad. El 303 es ampliamente utilizado en el mecanizado CNC para lograr estrictos requisitos de precisión en piezas complejas como componentes mecánicos de precisión, rodamientos, válvulas, pernos y tuercas. Aunque su resistencia a la corrosión no es tan fuerte como la del 304 o 316, el acero inoxidable 303 aún proporciona suficiente resistencia a la corrosión para muchas aplicaciones generales. Es muy adecuado para entornos interiores y componentes donde no se requiere una resistencia extrema a la corrosión.
Acero inoxidable 304
El 304 es el acero inoxidable más versátil y utilizado en herramientas de mecanizado. Con una excelente resistencia a la corrosión, funciona de manera confiable en diversos entornos, desde el procesamiento de alimentos hasta la fabricación de productos químicos. Aunque es menos mecanizable que el grado 303, el acero inoxidable 304 equilibra una buena maquinabilidad con la capacidad de cumplir requisitos de formas complejas y de alta precisión. También ofrece una excelente soldabilidad y admite métodos comunes como la soldadura por arco y la soldadura con alambre de relleno, lo que garantiza versatilidad para diversas necesidades de conexión.
Acero inoxidable 316
Después del grado 304, el grado 316 es el segundo acero inoxidable más utilizado y versátil. Por lo general, contiene alrededor de un 2 % a un 3 % de molibdeno (Mo), lo que le otorga una resistencia superior a la corrosión por picaduras y grietas en entornos exigentes como el agua de mar y productos químicos agresivos, en comparación con el 304. Por lo tanto, es particularmente común en industrias de altos requisitos como la ingeniería marina. y dispositivos médicos. Además, ofrece excelente formabilidad y soldabilidad. Cuando se combina con el mecanizado CNC, puede producir componentes complejos y de alta precisión.
Acero inoxidable 416
Como se mencionó anteriormente, el 416 es el acero inoxidable más fácil de mecanizar, principalmente debido a su alto contenido de azufre. El azufre forma inclusiones de sulfuro en el acero, que actúan como "rompevirutas" para ayudar a que las herramientas de corte penetren suavemente y eliminen las virutas de manera eficiente, reduciendo las fuerzas de corte y el desgaste de las herramientas. Además, el 416 tiene una menor tendencia a endurecerse, lo que permite un corte más suave y consistente y, al mismo tiempo, minimiza la tensión en las herramientas. Después del tratamiento térmico, logra una alta dureza y una buena resistencia al desgaste, lo que garantiza la confiabilidad de componentes que requieren un funcionamiento continuo y de gran volumen, como rodamientos y válvulas.
Acero Inoxidable 17-4 PH
El acero inoxidable 17-4 PH combina alta resistencia con resistencia a la corrosión. Mediante el endurecimiento por precipitación, logra propiedades mecánicas comparables a las del acero aleado de alta resistencia, manteniendo al mismo tiempo la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Su proceso de tratamiento térmico permite un ajuste flexible de la resistencia: el material puede primero mecanizarse mediante CNC en un estado mecanizable de recocido en solución y luego envejecerse para alcanzar la dureza deseada. Con estándares de materiales bien establecidos y una amplia experiencia industrial, 17-4 PH se usa ampliamente en las industrias aeroespacial, de defensa, de petróleo y gas y de equipos químicos. Es una opción común para componentes de alta resistencia y confiabilidad en la producción a gran escala.
Beneficios del acero inoxidable en el mecanizado CNC
Independientemente del grado de acero inoxidable, su amplia popularidad para el mecanizado se debe principalmente a un equilibrio único de propiedades. A continuación se muestra un resumen conciso de las ventajas clave:
Apariencia
El acero inoxidable mecanizado por CNC ofrece naturalmente una apariencia brillante y atractiva que se puede mejorar mediante pulido, cepillado o pasivación. Cuando se terminan correctamente, las piezas de acero inoxidable adquieren un aspecto elegante y moderno, perfecto para electrodomésticos de cocina, elementos arquitectónicos y diversos productos de consumo.
Resistencia a la corrosión
La aleación de acero inoxidable tiene una excelente resistencia a la corrosión y es perfecta para aplicaciones expuestas a humedad, productos químicos o agua salada. Esto se debe en gran medida a su contenido en cromo (al menos un 10,5%), que forma una capa protectora de óxido que evita la herrumbre y la oxidación.
Alta resistencia
Los aceros inoxidables son relativamente duros, con una alta resistencia mecánica que puede aumentarse aún más mediante tratamientos térmicos. Esta resistencia permite mecanizar componentes de paredes delgadas o que soportan cargas que los materiales más débiles no pueden soportar. También permite que las piezas de acero inoxidable mantengan la precisión dimensional y la integridad estructural incluso en entornos de alta tensión.
Diseñado para mejorar la maquinabilidad
Como se mencionó anteriormente, los grados 303 y 416 están diseñados específicamente para mejorar la maquinabilidad mediante la incorporación de elementos como azufre, que actúan como lubricantes durante el corte. Estos grados se derivan de aleaciones de acero inoxidable de uso común y se modifican para mejorar la rotura de viruta, reducir el desgaste de la herramienta y mejorar la eficiencia de corte.
Estas modificaciones son posibles gracias a la flexibilidad de aleación inherente del acero inoxidable. La composición base de hierro, cromo y níquel se puede ajustar con elementos como azufre, selenio o molibdeno para adaptar las propiedades a aplicaciones específicas, incluida la maquinabilidad.
Higiénico y fácil de limpiar
La superficie no porosa del acero inoxidable es fácil de esterilizar y mantener. Por eso es un material ideal para instrumentos médicos, manipulación de alimentos y equipos farmacéuticos. Su acabado suave y resistente a la corrosión también requiere menos mantenimiento que muchos otros metales, lo que mejora aún más su atractivo en aplicaciones que exigen una alta limpieza.
Desafíos del acero inoxidable en el mecanizado CNC
Si bien el acero inoxidable ofrece muchas ventajas, también presenta varios desafíos en el mecanizado CNC debido a las propiedades y composición del material. Estos desafíos incluyen:
Tendencia al endurecimiento del trabajo
El endurecimiento por trabajo es un fenómeno en el que el acero inoxidable se vuelve más duro durante el mecanizado. Los aceros inoxidables austeníticos son particularmente propensos al endurecimiento por trabajo, lo que aumenta el desgaste de la herramienta y puede afectar negativamente la calidad del producto terminado si no se maneja adecuadamente.
Mayores fuerzas de corte y desgaste de herramientas
La dureza del acero inoxidable, aunque beneficiosa para la durabilidad, normalmente exige fuerzas de corte más altas que los metales más blandos. Esto puede provocar velocidades de corte más lentas, un mayor consumo de energía y una mayor tensión en las herramientas.
Gestión de chips
Los aceros inoxidables austeníticos suelen producir virutas largas y fibrosas que son difíciles de romper. Una mala evacuación de virutas puede provocar paradas de la máquina y daños en las superficies.
Calentamiento excesivo
El acero inoxidable tiene una conductividad térmica relativamente baja, lo que provoca que se acumule calor en la zona de corte. Esto puede acelerar el desgaste de la herramienta, afectar la precisión dimensional y potencialmente dañar la pieza de trabajo.
Consejos para superar los desafíos
Use herramientas afiladas y resistentes al desgaste made of carbide or coated materials.
Applyparámetros de corte optimizados, including slower cutting speeds and higher feed rates.
Use sistemas de refrigeranteto dissipate heat effectively and reduce tool wear.
Employ configuraciones de máquina rígida to minimize vibrations and improve surface finish.
Select calidades de mecanizado libre, such as 303 or 416, for applications where machinability is a priority.
Procesos comunes de mecanizado CNC de acero inoxidable
La versatilidad y durabilidad del acero inoxidable lo hacen compatible con una amplia gama de procesos de mecanizado CNC. A continuación se detallan los procesos de mecanizado más comunes utilizados con acero inoxidable:
Fresado CNC
El fresado CNC es el método principal para mecanizar acero inoxidable y utiliza herramientas de corte giratorias de alta velocidad para producir formas, cavidades y contornos complejos con precisión. Debido a la alta tasa de endurecimiento por trabajo del acero inoxidable, las herramientas y los avances estándar suelen ser insuficientes. Se recomienda utilizar herramientas de carburo y adoptar un enfoque paciente reduciendo los avances y las velocidades para minimizar el desgaste de la herramienta y mantener la precisión. Una refrigeración adecuada también es esencial para disipar el calor y evitar daños térmicos durante el mecanizado.
Torneado CNC
El torneado CNC es una excelente opción para producir componentes cilíndricos o redondos con tolerancias ajustadas y acabados suaves. El proceso implica girar la pieza de trabajo de acero inoxidable mientras herramientas de corte estacionarias le dan forma, lo que lo hace particularmente efectivo para mecanizar acero inoxidable austenítico. El giro permite una eliminación más rápida del material, pero puede provocar que la pieza de trabajo se atasque con la herramienta de corte. Para evitar esto, es fundamental minimizar el saliente de la herramienta, utilizar herramientas afiladas y seleccionar plaquitas con ángulos de desprendimiento positivos. Además, operar a velocidades de corte más bajas ayuda a reducir el endurecimiento del trabajo, lo que garantiza precisión y eficiencia.
Perforación CNC
La perforación CNC se utiliza comúnmente para crear agujeros precisos en piezas de acero inoxidable, a menudo combinada con fresado o torneado como parte de un proceso de mecanizado secundario. Este proceso se emplea para producir componentes roscados o de múltiples funciones, como orificios para tornillos para ensamblaje secundario o elementos decorativos con fines estéticos. La perforación de acero inoxidable requiere una cuidadosa atención a la selección de herramientas y a los parámetros de mecanizado para lograr precisión y mantener la integridad de la superficie.
Corte por láser CNC
El corte por láser CNC utiliza láseres de alta potencia, como CO2 o láseres de fibra, para cortar o grabar láminas de acero inoxidable y piezas delgadas con una precisión excepcional. Este proceso ofrece cortes limpios con un desperdicio mínimo, lo que lo hace ideal para aplicaciones decorativas y estructurales. Puede cortar acero inoxidable de manera efectiva sin mucha acumulación de calor, preservando la integridad del material y garantizando resultados de alta calidad.
Rectificado CNC
El rectificado CNC es un proceso preciso que se utiliza para lograr acabados ultrasuaves y tolerancias ajustadas, especialmente para piezas como instrumentos quirúrgicos o componentes ópticos. Al utilizar muelas abrasivas, el esmerilado mejora el acabado de la superficie, elimina pequeñas cantidades de material para mayor precisión, elimina las rebabas de soldadura y afila los bordes cortantes, asegurando tanto funcionalidad como estética.
Electroerosión por hilo (mecanizado por descarga eléctrica)
Para formas complejas o grados de acero inoxidable difíciles de mecanizar, la electroerosión por hilo es muy eficaz. Utiliza descargas eléctricas para cortar material sin tensión mecánica, lo que lo hace perfecto para componentes de precisión en las industrias aeroespacial, médica y de herramientas. Si bien es más lento que los métodos convencionales, funciona bien en la creación de geometrías complejas, aunque puede ser necesario un acabado superficial adicional.
Los mejores servicios de mecanizado de acero inoxidable en Chiggo
Si bien puede resultar más difícil trabajar con acero inoxidable, sus ventajas a menudo superan las dificultades. Con su excelente combinación de resistencia, durabilidad y rentabilidad, sigue siendo la mejor opción para producir productos robustos y de alto rendimiento. Sin embargo, el mecanizado de acero inoxidable exige una gran experiencia para garantizar resultados óptimos. Es por eso que los diseñadores deben elegir un taller de mecanizado CNC confiable como Chiggo, que se especializa en mecanizado de acero inoxidable de alta calidad respaldado por años de experiencia. Si está considerando el acero inoxidable para su próximo proyecto, comuníquese con Chiggo para obtener un presupuesto personalizado.
