Consejos para un aserrado exitoso en materiales no ferrosos

Aserrar materiales no ferrosos puede plantear un reto, pero con la hoja de sierra de cinta correcta y un plan para cortar el material, un fabricante puede esperar cortes de alta calidad y hojas de larga duración.

Los materiales no ferrosos (aquéllos que no contienen una cantidad apreciable de fierro) generalmente se eligen debido a sus diversas propiedades. En la mayoría de los casos son de peso ligero, resistentes a la corrosión, altamente conductivos y no magnéticos.

Sin embargo, estos materiales presentan su propio conjunto de problemas de corte únicos. Es útil saber desde el principio con qué se puede enfrentar al aserrar estos materiales. Ése es el primer paso para saber cómo atender y superar los retos del corte de materiales no ferrosos.

La gama de materiales no ferrosos incluye, sin limitación, aluminio, cobre, plomo, estaño, titanio y zinc. Las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, también son parte de esta familia. Dependiendo de su composición, algunos de estos materiales pueden tener varios grados, por lo que los parámetros y las consideraciones de aserrado serán diferentes.

¿Cuáles son algunos de los problemas de aserrado que enfrentan los operadores cuando trabajan con estos materiales? Tienen que lidiar con la abrasividad del material, características gomosas, tendencias de acumulación de virutas en la hoja, capacidades de garganta de la hoja y mantenimiento de la velocidad óptima de la hoja.

Material no ferroso suave

En general, los materiales suaves como el aluminio y el cobre son más fáciles de maquinar que los materiales más duros y más resistentes como el titanio, pero los materiales suaves pueden resultar más problemáticos bajo los dientes de una hoja de sierra.

Los materiales no ferrosos como el aluminio y el latón tienen puntos de fusión bajos en comparación con metales más duros. Si no toma las precauciones adecuadas, el calor creado al aserrar con facilidad puede dar lugar a la acumulación de aluminio fundido en las gargantas y en los dientes de la hoja, inutilizándola y vidriándola. Además, el operador debe considerar que aun cuando puedan trabajar sin problema con una velocidad de alimentación más rápida, deben controlar factores que influyen en la acumulación de virutas.

La acumulación excesiva en las gargantas de los dientes puede causar muchos problemas, como que los dientes se desprendan de la base (también conocido como desprendimiento), que la hoja brinque en el material y que se produzcan cortes ásperos. Una manera de combatir esto es usar una hoja de paso más ancho y no una hoja de dientes finos. Esto permite a las gargantas evacuar virutas con más facilidad, resistir la compactación y con suerte despejar la muesca antes de quedar completamente llena.

Además, el material suave no requiere mucha presión de alimentación en el proceso de aserrado en comparación con materiales duros, debido a que los dientes no necesitan mucha presión para entrar en el material.

Al cortar materiales suaves como aluminio y cobre, la mejor estrategia es una presión de alimentación menor, un ritmo de alimentación mayor y una velocidad de la hoja mucho más alta. Esto permitirá una buena penetración y la remoción oportuna de virutas.

Una cosa más que se debe considerar es que aun cuando los metales suaves sean más fáciles de maquinar, puede ser más difícil lograr un acabado deseable si se considera la mecánica real a nivel microscópico del material que se separa de los dientes de la sierra. Elegir la hoja equivocada, concretamente una sin inclinación positiva, puede comprimir la microestructura del material, haciéndolo más duro mientras lo corta. Los materiales más suaves pueden parecer más fáciles de cortar, pero es importante tener el mismo cuidado al aserrar estos materiales para no producir desperdicios ni arruinar la hoja de su sierra de cinta.

Los avances en el diseño de hojas de sierra de cinta pueden dar lugar a mejores resultados de corte. Por ejemplo, las hojas bimetálicas hechas con un proceso de enlace por difusión desarrollan una geometría de diente acanalado—dos superficies de corte separadas por la hoja—cuando entran en uso. Los dientes desarrollan un canal en forma de U, con una profundidad entre 0.001 y 0.002 pulgadas (0.025 y 0.050 mm) entre los dos bordes de acero de alta velocidad (HSS, por sus siglas en inglés). Este diseño de diente ayuda a quitar virutas del corte, lo que elimina un gran obstáculo para obtener cortes exitosos.

Los materiales de estructura no ferrosa, como por ejemplo tubos de cobre o formas de aluminio, agravan este problema pues además de sufrir los problemas de corte de los materiales no ferrosos estándar, los cortes interrumpidos que resultan cuando los dientes entran y salen del material pueden dañar la hoja. (Puede ser difícil encontrar el paso de diente perfecto al aserrar estos materiales debido a que los dientes van a ir de secciones transversales más grandes a más pequeñas durante el proceso de corte.) Como con todo material estructural, debe ponerse especial atención a la selección de la hoja y del paso de diente adecuados.

Materiales no ferrosos más duros y más resistentes

Al aserrar materiales no ferrosos más duros y más resistentes como titanio y zinc, la carga de la garganta es un problema raro debido a que el material no tiende a acumularse en las gargantas de la manera en que lo hacen los materiales suaves. Esto permite que se usen más dientes al cortar materiales duros, lo que aumenta la productividad. Una diferencia importante entre aserrar metales duros y suaves es que los metales duros requieren más presión de alimentación, lo cual permite una mejor penetración del diente.

Estos tipos de materiales duros no pueden cortarse rápidamente, por lo que se usan un ritmo de alimentación más lento y una velocidad de hoja más lenta para permitir que la hoja penetre en el material y jale la acumulación de virutas necesaria por completo.

Hojas bimetálicas para sierra de cinta

Las hojas de sierra de cinta bimetálicas pueden ofrecer un corte de calidad rápido en metales no ferrosos y pueden aguantar los rigores del corte a un ritmo rápido. Cuando se usan correctamente, además pueden durar mucho tiempo.

Los fabricantes de hojas comúnmente usan un acero de alta velocidad (HSS, por sus siglas en inglés) para los dientes de hoja, uniéndolos a un dorso de acero al carbón de alta resistencia, con métodos como soldadura de rayo láser o soldadura de rayo de electrones. Con esta combinación, los operadores obtienen la velocidad de corte que están buscando así como la durabilidad de la que carecen las hojas no bimetálicas.

Suele suceder que un operador de sierra gaste más hojas de sierra cuando corta materiales duros, pero eso depende de qué materiales duros y qué materiales suaves se estén comparando. Las hojas de sierra de cinta bimetálicas pueden ser una excelente opción que puede dar lugar a una vida más larga de la hoja. Por ejemplo, las hojas bimetálicas M51 HSS pueden lograr velocidades de corte comparables con hojas hechas con M42 HSS, y brindan una vida más larga de la herramienta. M51 es más resistente a la abrasión que M42 y eso puede ayudar a aumentar la vida de la hoja.

Además, el desempeño del corte del acero HSS aumenta enormemente con su aleación con cobalto y vanadio. Estos elementos de aleación aumentan sustancialmente la resistencia al desgaste y al calor.

Cortar con hojas bimetálicas convencionales puede dar lugar a acumulación de calor y creación de áreas con zonas afectadas por el calor (HAZ, por sus siglas en inglés) las cuales comprometen la integridad del metal. Sin embargo, uno de los procesos de manufactura más recientes que se está usando en la actualidad para hacer hojas bimetálicas elimina la zona afectada por el calor, lo cual ayuda a reducir los problemas de desprendimientode dientes.

Este proceso une dos tiras de alambres de acero HSS a un acero de base en una fase sólida, usando el principio de enlace por difusión de estado sólido. El proceso de estado sólido usa sólo entre 10 y 20% de la cantidad de calor encontrada en un proceso de manufactura con soldadura. Este proceso de enlace junto con la base de acero HSS produce hojas que alcanzan velocidades de corte más rápidas sin comprometer la calidad.

Otro causante del desprendimientode dientes tiene que ver con el contacto de soldadura entre el material de base y el diente de sierra. El proceso de enlace por difusión, a diferencia del proceso de soldadura por rayo de electrones, brinda 170% más contacto de soldadura con los dientes, por lo que las hojas tienen una reducción significativa de fracturas y rotura.

Además, las hojas hechas con un proceso de enlace por difusión tienen una geometría de diente ventajosa. Por ejemplo, alambres de HSS se enlazan a los lados de la tira y la zona de fusión (la porción del metal que ha sufrido fusión), la cual es paralela a los dientes, creando una geometría de diente acanalado. Esta geometría de diente acanalado produce dos superficies de corte separadas por la hoja. Poco después del uso inicial de la hoja, los dientes desarrollan un canal en forma de U, con una profundidad de 0.001 a 0.002 pulgadas (0.025 a 0.050 mm) entre los dos bordes de HSS, alterando el área de hoja que participa en el corte. El canal permanece a una profundidad constante y se desgasta al mismo ritmo que los dientes.

Las virutas duales, también conocidas como virutas divididas, son resultado de la geometría de diente acanalado. El beneficio es que éstas se eliminan fácilmente del corte, lo cual es importante porque cuando las virutas se quedan en el corte, corren el riesgo de acumularse en las gargantas y unirse a los dientes. Las virutas divididas son más fáciles de quitar porque se enroscan y caen del corte. El resultado es un corte 25% más rápido que con las hojas hechas con soldadura de rayo de electrones convencional.

Además, la ranura en U permite mayor flujo de refrigerante hacia la superficie de corte, y un flujo adecuado de refrigerante no sólo enfría y lubrica la hoja, sino que además saca las virutas que están atrapadas en los espacios dentro de tubos, por ejemplo.

Hojas de carbono para sierra de cinta

Al cortar materiales suaves como aluminio, algunos usuarios finales prefieren usar hojas de carbono en lugar de bimetálicas, porque las primeras pueden tener pasos de diente más grandes y son menos caras de inicio. Sin embargo, la desventaja con las hojas de carbono es que no duran tanto como las bimetálicas.

Hojas con grano de carburo para sierra de cinta

Las hojas con grano de carburo para sierra de cinta tienen un borde de corte con garganta o continuo para alta resistencia a la fatiga. Pueden hacer cortes precisos en diversos materiales no ferrosos, principalmente no metales, como llantas con banda de acero, materiales compuestos, plásticos reforzados, grafito compuesto y fibra de vidrio. Estas hojas funcionan mejor a velocidades de hoja mucho más altas que las encontradas comúnmente en una sierra de cinta para corte de metal estándar.

Hojas con puntas de carburo para sierra de cinta

Las hojas con puntas de carburo son comunes para cortar materiales sólidos tanto ferrosos como no ferrosos en aplicaciones de producción. Como se mencionó previamente, el corte de material no ferroso con hojas de carburo funciona mejor cuando la sierra de cinta es capaz de operar a altas velocidades de hoja. Dependiendo de la aplicación, eso podría significar algún valor entre 1,000 SFPM y 7,000 SFPM o más si la meta es una alta producción.

Eso no significa que los materiales ferrosos no puedan cortarse más lento con hojas de carburo, sino que las hojas tanto de puntas de carburo como de grano de carburo funcionan mejor en un escenario de producción.

Ejemplos de aplicación

Un fabricante en particular se enfrentó al reto de aserrar ruedas de titanio (6Al-4V) de 15 pulgadas. El proceso de aserrado se vio afectado por una duración corta de la hoja y cortes sumamente toscos usando hojas con puntas de carburo. Se determinó que las gargantas se estaban saturando, causando en el corte un efecto de tabla de lavar y generando fuerzas excesivas en los dientes.

Al cambiar a un patrón de dientes más ancho mientras ajustaba tanto la velocidad de la hoja como el ritmo de alimentación, el cliente pudo aumentar la vida de la hoja en alrededor de 40% además de aumentar la producción. Los cortes en sí eran tersos y sin líneas.

Otro fabricante se topó con gargantas de diente de sierra que se habían llenado de material gomoso así como con cortes ásperos al cortar sólidos de aluminio de 8 pulgadas (20.3 cm) en lo que podría describirse como una sierra para propósitos generales. La máxima velocidad de hoja fue aproximadamente de 270 SFPM. Además, la máquina sólo aceptaba hoja de 1 pulgada (2.54 cm), lo cual limitaba los patrones de dientes disponibles en hojas tanto bimetálicas como con puntas de carburo.

En este caso, la única opción disponible era buscar un diente más ancho. La solución fue una hoja de carbono con paso de diente de 1.3. Aun cuando se esperaría que una hoja de carbono no funcionara o que no durara tanto como una hoja bimetálica debido a las condiciones de operación, la hoja de carbono de hecho superó a la bimetálica; duró más y cortó más rápido.

En ambos casos, un experto en hojas de sierra de cinta ayudó a estas dos compañías manufactureras a encontrar las hojas correctas para el trabajo. Aserrar materiales no ferrosos no tiene que ser un reto diario. La sierra de cinta y los parámetros de aserrado correctos pueden hacer toda la diferencia en el mundo.