¿Cómo prevenir el alabeo y la deformación en piezas de carcasa grandes y de pared delgada durante el mecanizado CNC?

Las piezas de carcasa grandes y de pared delgada se alabean y deforman fácilmente durante el mecanizado. En este artículo, presentaremos un caso de un disipador de calor de piezas grandes y de pared delgada para analizar los problemas del proceso de mecanizado habitual. Además, también ofrecemos un proceso optimizado y una solución de utillaje. ¡Vamos a ello!

El caso trata de una pieza de carcasa fabricada con material AL6061-T6. Estas son sus dimensiones exactas.

Dimensión general: 455*261.5*12.5mm
Espesor de la pared de soporte: 2.5mm
Espesor del disipador de calor: 1.5mm
Separación del disipador de calor: 4.5mm

Práctica y retos en las distintas rutas de proceso

Durante el mecanizado CNC, estas estructuras de carcasa de pared delgada suelen causar una serie de problemas, como el alabeo y la deformación. Para superar estos problemas, intentamos ofrecer varias opciones de ruta de proceso. Sin embargo, sigue habiendo algunos problemas concretos en cada proceso. Estos son los detalles.

Ruta de proceso 1

En el proceso 1, comenzamos mecanizando la cara inversa (cara interior) de la pieza y luego utilizamos escayola para rellenar las zonas ahuecadas. A continuación, tomando la cara inversa como referencia, utilizamos cola y cinta de doble cara para fijar la cara de referencia en su lugar con el fin de mecanizar la cara frontal.

Sin embargo, hay algunos problemas con este método. Debido a la gran zona ahuecada rellenada en la cara inversa, la cola y la cinta de doble cara no fijan suficientemente la pieza. Esto provoca alabeo en el centro de la pieza y una mayor eliminación de material en el proceso (llamado sobrecorte). Además, la falta de estabilidad de la pieza también conduce a una baja eficiencia de procesamiento y a un mal patrón de herramienta en la superficie.

Ruta de proceso 2

En el proceso 2, cambiamos el orden de mecanizado. Comenzamos con la cara inferior (la cara por donde se disipa el calor) y luego utilizamos el relleno con escayola de la zona hueca. A continuación, tomando la cara frontal como referencia, utilizamos cola y cinta de doble cara para fijar la cara de referencia de modo que podamos trabajar la cara inversa.

Sin embargo, el problema de este proceso es similar al de la ruta de proceso 1, salvo que el problema se traslada a la cara inversa (cara interior). De nuevo, cuando la cara inversa tiene una gran zona de relleno hueca, el uso de cola y cinta de doble cara no proporciona una alta estabilidad a la pieza, dando lugar al alabeo.

Ruta de proceso 3

En el proceso 3, consideramos utilizar la secuencia de mecanizado del proceso 1 o del proceso 2. Luego, en el segundo proceso de fijación, usamos una placa de presión para sujetar la pieza presionando hacia abajo en el perímetro.

Sin embargo, debido a la gran superficie del producto, la placa de presión solo puede cubrir la zona perimetral y no puede fijar completamente la zona central de la pieza.

Por un lado, esto hace que la zona central de la pieza siga presentando alabeo y deformación, lo que a su vez provoca sobrecorte en la zona central del producto. Por otro lado, este método de mecanizado hará que las piezas de carcasa CNC de pared delgada queden demasiado débiles.

Ruta de proceso 4

En el proceso 4, mecanizamos primero la cara inversa (cara interior) y luego utilizamos un plato de vacío para fijar el plano inverso mecanizado con el fin de trabajar la cara frontal.

Sin embargo, en el caso de la pieza de carcasa de pared delgada, hay estructuras cóncavas y convexas en la cara inversa de la pieza que necesitamos evitar al usar la aspiración por vacío. Pero esto creará un nuevo problema: las zonas evitadas pierden su potencia de aspiración, especialmente en las cuatro esquinas de la circunferencia del perfil más grande.

Dado que estas zonas no aspiradas corresponden a la cara frontal (la superficie mecanizada en este momento), podría producirse el rebote de la herramienta de corte, dando lugar a un patrón de herramienta con vibración. Por lo tanto, este método puede tener un impacto negativo en la calidad del mecanizado y en el acabado superficial.

Ruta de proceso optimizada y solución de utillaje

Para resolver los problemas anteriores, proponemos las siguientes soluciones optimizadas de proceso y utillaje.

Premecanizado de orificios pasantes para tornillos

En primer lugar, mejoramos la ruta de proceso. Con la nueva solución, procesamos primero la cara inversa (cara interior) y premecanizamos el orificio pasante para tornillo en algunas zonas que finalmente serán ahuecadas. El objetivo de esto es proporcionar un mejor método de fijación y posicionamiento en los pasos de mecanizado posteriores.

Delimitar la zona a mecanizar

A continuación, utilizamos los planos mecanizados de la cara inversa (cara interior) como referencia de mecanizado. Al mismo tiempo, fijamos la pieza pasando el tornillo por el orificio pasante del proceso anterior y bloqueándolo a la placa de utillaje. Luego delimitamos la zona donde está bloqueado el tornillo como la zona a mecanizar.

Mecanizado secuencial con placa de presión

Durante el proceso de mecanizado, procesamos primero las zonas distintas de la zona a mecanizar. Una vez mecanizadas estas zonas, colocamos la placa de presión sobre la zona mecanizada (la placa de presión debe cubrirse con cola para evitar el aplastamiento de la superficie mecanizada). Luego retiramos los tornillos utilizados en el paso 2 y continuamos mecanizando las zonas a mecanizar hasta que todo el producto esté terminado.

Con esta solución optimizada de proceso y utillaje, podemos sujetar mejor la pieza de carcasa CNC de pared delgada y evitar problemas como el alabeo, la distorsión y el sobrecorte. Los tornillos montados permiten que la placa de utillaje quede firmemente unida a la pieza, proporcionando un posicionamiento y soporte fiables. Además, el uso de una placa de presión para aplicar presión sobre la zona mecanizada ayuda a mantener la pieza estable.

Análisis en profundidad: ¿cómo evitar el alabeo y la deformación?

Lograr un mecanizado exitoso de estructuras de carcasa grandes y de pared delgada requiere un análisis de los problemas específicos del proceso de mecanizado. Veamos más de cerca cómo pueden superarse eficazmente estos retos.

Premecanizado de la cara interior

En el primer paso de mecanizado (mecanizado de la cara interior), el material es una pieza sólida de material con alta resistencia. Por lo tanto, la pieza no sufre anomalías de mecanizado como la deformación y el alabeo durante este proceso. Esto garantiza la estabilidad y la precisión al mecanizar la primera sujeción.

Uso del método de bloqueo y presión

Para el segundo paso (mecanizado donde se encuentra el disipador de calor), utilizamos un método de sujeción por bloqueo y presión. Esto garantiza que la fuerza de sujeción sea alta y esté distribuida uniformemente sobre el plano de referencia de soporte. Esta sujeción hace que el producto sea estable y no se alabee durante todo el proceso.

Solución alternativa: sin estructura hueca 

Sin embargo, a veces nos encontramos con situaciones en las que no es posible hacer un orificio pasante para tornillo sin una estructura hueca. Aquí hay una solución alternativa.

Podemos prediseñar algunos pilares durante el mecanizado de la cara inversa y luego roscarlos. Durante el siguiente proceso de mecanizado, hacemos pasar el tornillo por la cara inversa del utillaje y bloqueamos la pieza, y luego realizamos el mecanizado del segundo plano (la cara por donde se disipa el calor). De este modo, podemos completar el segundo paso de mecanizado en una sola pasada sin tener que cambiar la placa a mitad de camino. Por último, añadimos un tercer paso de sujeción y retiramos los pilares de proceso para completar el proceso.

En conclusión, al optimizar el proceso y la solución de utillaje, podemos resolver con éxito el problema del alabeo y la deformación de las piezas de carcasa grandes y delgadas durante el mecanizado CNC. Esto no solo garantiza la calidad y la eficiencia del mecanizado, sino que también mejora la estabilidad y la calidad superficial del producto.