¿Qué son las barras de material en el mecanizado CNC?

En la industria manufacturera, la materia prima se suministra en diferentes geometrías estandarizadas. Estas geometrías pueden ser barras, varillas o planchas. La forma de la materia prima se elige en función del tipo de mecanizado. Por ejemplo, para componentes cilíndricos se utilizan barras redondas, y para componentes planos, placas o láminas. Este artículo abordará el papel de las barras en el mecanizado CNC.

¿Qué es una barra de stock?

Una barra es un producto largo y sólido con una sección transversal uniforme. Su longitud es significativamente mayor que su anchura. Estas barras pueden ser redondas, hexagonales, planas o cuadradas. La sección transversal de las barras se mantiene constante a lo largo de toda su longitud. El término "barra" se refiere a la forma en que se suministra el material como materia prima para la fabricación y el mecanizado CNC.

¿Para qué se utiliza una barra de material?

Estas barras se utilizan posteriormente para obtener productos finales tras su corte, mecanizado y conformado. Por ejemplo, a partir de una barra redonda se fabrican ejes. Durante el proceso de fabricación, también se emplean otros procesos, como la soldadura o el doblado.

¿De qué está hecha la barra de acero?

Todo depende de la aplicación específica. Las barras pueden ser de titanio, aluminio, acero, etc. Para algunas aplicaciones, incluso se utiliza plástico.

¿Cuáles son las diferentes formas de las barras de metal?

En esta sección, analizaremos una por una las formas de las barras de acero. Estas formas son importantes en cuanto a la precisión requerida y las aplicaciones.

Bar Ronda

La siguiente figura muestra el aspecto de una barra redonda:

El diámetro de las barras redondas varía, por ejemplo, 10 mm, 20 mm, etc. Los procesos utilizados para producir estas barras incluyen laminación en caliente, trefilado en frío y forja. Todo depende de la precisión y las propiedades requeridas. Estas barras son fáciles de mecanizar para convertirlas en ejes, pernos, pasadores, etc.

Barra hexagonal

Se trata de barras hexagonales. Estas barras no tienen diámetro, sino una relación entre caras planas (A/F), que es la distancia entre dos caras planas opuestas. Se utilizan en la fabricación de accesorios, válvulas, espaciadores y separadores.

Barra cuadrada

Este tipo de barra tiene cuatro lados iguales y una sección transversal cuadrada. Se mide por la longitud de sus lados; por ejemplo, 10 mm x 10 mm. Estas barras se utilizan comúnmente en la fabricación de componentes de maquinaria, soportes estructurales y en trabajos de forja y fabricación. Consulte la siguiente imagen para una mejor comprensión:

Pletina

También se la conoce como barra rectangular debido a su sección transversal rectangular. Es ancha y delgada. Se prefiere cuando la superficie es más importante que la resistencia. Sus aplicaciones comunes incluyen soportes, marcos, ballestas, etc.

¿Cómo se fabrican las barras de acero?

Las barras de material se producen mediante diversos procesos de fabricación primarios, y cada proceso da como resultado diferentes propiedades mecánicas, acabado superficial y precisión dimensional.

Laminado en caliente

Para el laminado en caliente, se utilizan palanquillas o lingotes. Primero, se calientan por encima de su temperatura de recristalización, por ejemplo, entre 900 y 1200 °C para el acero. Luego, se hacen pasar por una serie de laminadores. Las fuerzas de compresión reducen la sección transversal y les dan forma de barras. Debido a la alta temperatura, este proceso se realiza sin que se produzcan grietas. Sin embargo, esto resulta en una menor precisión dimensional y una superficie rugosa.

Dibujo frío

Tras el laminado en caliente, se aplica el proceso de trefilado en frío como acabado. La barra se estira a través de una matriz a temperatura ambiente, lo que reduce su diámetro y mejora sus propiedades. Debido al endurecimiento por deformación, la resistencia y la dureza aumentan, mientras que la ductilidad disminuye ligeramente.

Extrusión

En este proceso, se utiliza fuerza y ​​una matriz para producir barras con formas complejas, como perfiles hexagonales o personalizados. Los lingotes, sometidos a altas temperaturas, se hacen pasar a través de las matrices con fuerza. Este proceso es común para metales de bajo punto de fusión, como el aluminio. Los resultados incluyen un excelente acabado superficial y una buena precisión dimensional.

Forja

El forjado en caliente se utiliza habitualmente para producir barras que refinan la estructura granular y aumentan la resistencia y la tenacidad. Los lingotes, aún al rojo vivo, se colocan bajo la prensa o el martillo, y las fuerzas de compresión los transforman en barras.

¿Cómo influyen las formas de las barras de material en el mecanizado CNC?

La forma de las barras influye en la selección del proceso CNC. Analicemos la importancia de la forma de una barra en el mecanizado CNC:

Selección de mecanizado CNC

La forma de una barra es fundamental para la exactitud, la precisión, la facilidad de mecanizado y la rentabilidad del proceso. Las capacidades de cada máquina CNC varían, por lo que la correcta selección de la forma es crucial.

Barra redonda mecanizada por CNC

En las industrias manufactureras, las barras redondas se consideran las mejores para las operaciones de torneado CNC, porque:

• La geometría ya es axisimétrica.
• Se requiere menos material para fabricar productos como ejes, etc.
• Durante su funcionamiento, gira suavemente, por lo que no hay desequilibrio.

Estas ventajas de las barras redondas para operaciones de torneado CNC se traducen en un excelente acabado superficial, menor desgaste de la herramienta y menores costes de mecanizado.

Barra cuadrada fresada por CNC

Los operarios de máquinas prefieren las barras cuadradas para el fresado CNC debido a la necesidad de una superficie plana. Además, las barras cuadradas se utilizan para fabricar piezas como chavetas, soportes y bloques, entre otras. Son fáciles de sujetar con un tornillo de banco. Gracias a su superficie plana, requieren menos mecanizado. Otra gran ventaja es un mejor control dimensional de las caras.

Barra hexagonal mecanizada por fresado y torneado CNC

Las barras hexagonales son la opción preferida para las operaciones de fresado y torneado CNC debido a su eficiencia de mecanizado, sujeción de la pieza y funcionalidad. En las operaciones de torneado CNC, una barra hexagonal se utiliza para producir:

• Nueces
• Cabezas de perno
• Neumáticos

En el caso de las operaciones de fresado CNC, las barras hexagonales ofrecen las ventajas de contar con superficies planas ya disponibles, una sujeción sencilla y la posibilidad de indexación.

Barra plana fresada CNC

Las fresadoras CNC funcionan mejor en superficies planas, cantos y perfiles. Las barras planas se consideran de forma casi final, por lo que se requiere menos material para eliminar. Son la opción ideal para operaciones de fresado, como fresado frontal, ranurado y mecanizado de cavidades, corte de perfiles, etc.

Barras de material: Piezas mecanizadas por CNC

Esta sección destaca partes de diferentes diseños que se producen a través de las diferentes formas de las barras.

Piezas cilíndricas

Mediante barras redondas y operaciones de torneado CNC, se fabrican algunas de estas piezas cilíndricas:

• Ejes y ejes (ejes de transmisión, ejes de motor y ejes de bomba)

Estas piezas se utilizan en la industria automotriz, la maquinaria de fabricación y las centrales eléctricas.

• Bujes y Mangas

Los casquillos lisos y los manguitos espaciadores son ejemplos comunes de estas piezas. La maquinaria pesada, la industria textil y los equipos de construcción utilizan estas piezas.

Piezas de superficie plana

Para producir piezas de superficie plana, como bloques portaherramientas, abrazaderas y fijaciones, componentes de chavetas y ranuras para chaveteros, y colectores hidráulicos, a partir de barras cuadradas mediante operaciones de fresado CNC. Estas piezas se utilizan en diversas industrias, incluyendo talleres de mecanizado CNC, la fabricación de automóviles y la transmisión de potencia.

Piezas con características hexagonales

Las piezas con características hexagonales incluyen:

• Tuercas de cabeza hexagonal y tuercas hexagonales,
• Accesorios hidráulicos y neumáticos
• Cuerpos de válvulas

Las plantas de construcción, petróleo y gas, y químicas utilizan estas piezas con forma hexagonal. Para producir estas piezas, se utilizan barras hexagonales.

Piezas de soporte a partir de barras planas

Los soportes planos se utilizan para producir piezas mecanizadas por CNC:

• Escuadras en L (o soportes angulares), utilizadas en la construcción y el mobiliario.
• Soportes en U, utilizados en la industria del petróleo y el gas y en fontanería.
• Soportes de montaje, utilizados en sistemas automotrices y eléctricos.

Se utilizan barras planas porque ya tienen superficies anchas y planas, por lo que solo se requiere doblarlas y mecanizarlas mediante CNC para conseguir la forma final.

Limitaciones de las barras de material en la máquina CNC

Las barras de material ofrecen varias ventajas en el mecanizado debido a su geometría; sin embargo, también presentan ciertas limitaciones según el diseño de la pieza. Estas desventajas incluyen:

Alto desperdicio de material

La gran pérdida de material se debe a la discrepancia de forma entre la barra y el producto final. Por ejemplo, en el caso de un componente rectangular con geometría compleja mediante fundición o forja, el desperdicio de material es alto si las barras son redondas. Para componentes rectangulares, no se utiliza toda la sección transversal, por lo que se desperdicia mucho material. Además, la fabricación sustractiva realizada en operaciones CNC, como taladrado, fresado, etc.

Limitaciones de forma

La geometría de las barras limita las opciones disponibles. Por ejemplo, las barras redondas son la mejor opción debido a su sección transversal uniforme a lo largo de su longitud, y se utilizan en la fabricación de ejes , etc. Sin embargo, los componentes modernos presentan variaciones en la sección transversal debido a la complejidad de su geometría, por lo que las barras redondas no son la opción ideal si la geometría deseada de las piezas no se puede lograr a partir de barras estándar.

Barras de material frente a otras formas de material

Esta sección ofrece información sobre las diferencias entre las barras de acero y otras formas.

Barra versus plato

La barra es una pieza metálica larga con una sección transversal uniforme, mientras que una pieza metálica con una gran superficie y espesor se denomina placa. Otras diferencias se muestran en la siguiente tabla:

Barra vs Tubo

Un tubo es una pieza metálica con forma cilíndrica hueca y pared de espesor uniforme. Otras diferencias se detallan en la siguiente tabla:

Barras de metal frente a alambre

Un alambre es un producto metálico delgado con un diámetro muy pequeño. Otras diferencias se muestran en la siguiente tabla:

Cómo elegir la barra de material adecuada para el mecanizado CNC

Una mala selección de la forma de las barras puede provocar una pérdida significativa de material, lo cual no resulta económico. Para compensar o evitar dicha pérdida de material durante el mecanizado CNC, siga estos consejos:

Definir la geometría de la pieza

Dado que la geometría de la barra está directamente relacionada con la forma final del producto, es necesario considerar la geometría de la pieza inicial. Por ejemplo, si los productos son cilíndricos, como ejes, o requieren una sección transversal uniforme a lo largo de su longitud, se deben almacenar barras redondas. Para componentes rectangulares, se deben almacenar barras planas, y así sucesivamente.

Seleccione las formas correctas de barra

La forma de la barra debe seleccionarse en función de la forma del producto final. Por ejemplo, para la fabricación de chaveteros, las barras deben ser cuadradas o planas. Para la producción de tuercas hexagonales, la barra debe ser hexagonal.

Elija el material adecuado

Para seleccionar el material adecuado, es necesario conocer la aplicación del producto. Por ejemplo, si el requisito principal es la dureza, entonces el material de las barras debe ser acero con alto contenido de carbono, aleaciones de níquel, etc. Para requisitos de alta relación peso-resistencia, el aluminio y el titanio son las opciones ideales para las barras.

Seleccione el tamaño adecuado

Para evitar grandes pérdidas de material, es fundamental evaluar cuidadosamente el tamaño de las barras. Por ejemplo, si el diámetro requerido para un eje es de 25 mm, se debe seleccionar una barra de 27-28 mm; de esta manera, se reducirá la pérdida de material y aumentará la precisión dimensional.

Evaluar costo

Tras evaluar cuidadosamente los factores anteriores, evalúe el costo final. Considere el precio de la materia prima, el tiempo de mecanizado, los desperdicios, las herramientas y la eficiencia operativa.

Ventajas de utilizar barras de material en la creación de prototipos.

En las industrias manufactureras, antes de comenzar la producción de un nuevo producto, se elabora primero un prototipo. Veamos cómo el uso de barras de material resulta beneficioso en este paso:

Maquinabilidad inmediata

Para productos cilíndricos, como ejes, es muy fácil fabricar un prototipo a partir de una barra, ya que esta ya tiene una forma casi definitiva. Por lo tanto, es posible el mecanizado inmediato, lo que ahorra tiempo y energía en la producción de prototipos.

No se necesitan herramientas personalizadas.

Las geometrías de barra estándar eliminan la necesidad de preformas o matrices personalizadas, lo que permite mecanizar las piezas directamente utilizando herramientas de corte de uso general.

Dimensiones predecibles

Dado que las dimensiones de las barras se mantienen constantes en toda la estructura, las dimensiones resultan predecibles. Esto contribuye a reducir el tiempo de mecanizado y a mejorar la exactitud y la precisión.

Conclusión

Para productos de alta precisión, las barras desempeñan un papel fundamental, ya que presentan dimensiones uniformes en toda su estructura. Estas barras pueden tener forma cuadrada, rectangular o redonda, entre otras. Al estar ya estandarizadas, se requiere menos mecanizado; sin embargo, si la forma del producto final es diferente, se genera un alto desperdicio de material. Las barras también se utilizan para la creación de prototipos, ya que no se necesitan herramientas personalizadas y sus dimensiones son predecibles. Tuofa transforma las barras en diversas formas, como cilindros, conos, discos, manguitos y con características como roscas.

Preguntas Frecuentes

¿Cómo doblar barras planas?

Las barras planas se pueden doblar manualmente, mediante plegado con prensa plegadora, mediante rodillos o utilizando máquinas de doblado hidráulicas.

¿Qué es la barra redonda de aluminio 6061?

Se trata de un lote de barras redondas, fabricadas en aluminio 6061. El aluminio 6061 es una aleación de aluminio de alta resistencia.

¿Cuál es el costo de las existencias de barra?

El costo de las barras de acero varía según su forma y el material. Si la barra es de acero dulce, su costo es de $1 por kg.