¿Qué es el mecanizado criogénico CNC?

El mecanizado CNC criogénico utiliza nitrógeno líquido para enfriar las cosas en lugar de fluidos a base de aceite. De este modo, la zona de corte se enfría muy rápidamente y las herramientas permanecen afiladas más tiempo. Los estudios demuestran el desgaste de la herramienta disminuye en 67%. Los costes de mecanizado también se reducen en 26,2%.

Los investigadores descubrieron que la refrigeración por nitrógeno líquido alarga la vida de las herramientas. También proporciona superficies más lisas y consume menos energía. MXY ofrece soluciones que ayudan a cortar materiales duros más rápido y mejor.

Puntos clave

• Mecanizado criogénico CNC utiliza nitrógeno líquido para enfriar rápidamente las herramientas. Esto ayuda a que las herramientas duren más y hace que las superficies sean más lisas.
• Este método reduce el calor y la fricción. Permite a las fábricas cortar metal más rápido y trabajar con mayor rapidez.
• La refrigeración criogénica puede reducir el desgaste de la herramienta hasta en 70%. Esto ahorra dinero en nuevas herramientas y fabrica mejores piezas.
• El proceso es mejor para el medio ambiente. No utiliza refrigerantes de aceite, consume menos energía y produce menos residuos.
• Instalar sistemas criogénicos cuesta más dinero. Se necesitan equipos especiales y formación para utilizarlos bien y con seguridad.
• No todos los materiales actúan de la misma manera. Es necesario realizar pruebas para encontrar los mejores ajustes para cada metal.
• Los operarios deben seguir aprendiendo a utilizar los líquidos criogénicos de forma segura. También deben saber cómo utilizar los controles avanzados de la máquina.
• Muchas industrias utilizan el mecanizado criogénico. Las empresas aeroespaciales, de automoción y médicas lo utilizan para obtener piezas fuertes y precisas.

Cómo funciona

Refrigeración por nitrógeno líquido

Mecanizado criogénico CNC utiliza nitrógeno líquido (LN2) en lugar de refrigerantes a base de aceite. El LN2 enfría la zona de corte muy rápidamente y la mantiene fría. Este método sustituye a los fluidos habituales y ayuda a controlar el calor. Los investigadores descubrieron que la refrigeración por LN2 puede desgaste de la herramienta de corte y fuerzas de corte a la mitad cuando se trabaja con aleaciones duras como el Ti-6Al-4V. El LN2 también hace que haya menos fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo. Esto significa que las herramientas duran más y las superficies quedan más lisas.

Canales internos para herramientas

Muchas máquinas nuevas envían LN2 directamente al filo de corte a través de canales en el interior de la herramienta. Este diseño enfría el punto más caliente del proceso. Al poner el LN2 donde se necesita, el sistema elimina mejor el calor. Las soluciones MXY utilizan esta idea para ayudar a cortar materiales duros más rápido y con menos daños en la herramienta.

Consejo: Los canales internos de la herramienta proporcionan una refrigeración muy exacta. Esto es muy importante cuando se trabaja con aleaciones avanzadas o aceros endurecidos.

Absorción de calor

El LN2 absorbe el calor de la zona de corte al pasar de líquido a gas. Este cambio aleja la energía de la herramienta y la pieza de trabajo. La potencia de refrigeración depende de varias cosas:

• A qué velocidad fluye el LN2
• A qué distancia está la boquilla de la zona de corte
• La cantidad de líquido comparada con la de gas en el nitrógeno

A una mayor cantidad de líquido enfría mejor y ayuda a detener el sobrecalentamiento. Los estudios demuestran que el LN2 puede temperaturas de corte más bajas de 16% a 37%, dependiendo del material. Este descenso del calor ayuda a que las piezas no cambien de forma y mantiene la herramienta afilada.

Proceso de mecanizado criogénico CNC

Los pasos para el mecanizado criogénico CNC son:

1. La máquina envía LN2 a través de canales o boquillas a la zona de corte.
2. El LN2 enfría la herramienta y la pieza de trabajo, reduciendo el calor y la fricción.
3. El sistema controla el flujo de LN2 para mantener la temperatura constante y detener el choque térmico.
4. El operario vigila el proceso para asegurarse de que es seguro y funciona bien.

Las pruebas demuestran que este proceso puede hacer que las herramientas duren 40% a 200% más largo que las vías normales, especialmente a altas velocidades. La refrigeración por LN2 también alisa las superficies y tamaños más exactos. Los investigadores han observado menores fuerzas de corte, mejores formas de viruta y menos potencia utilizada durante el mecanizado criogénico. Pero utilizar LN2 en la pieza durante demasiado tiempo a veces puede endurecerla, por lo que la mayoría de los buenos resultados se obtienen enfriando la herramienta.

MXY dispone de sistemas avanzados que envían LN2 automáticamente y vigilan los ajustes importantes. Estas soluciones ayudan a los usuarios a obtener los mismos buenos resultados y hacen que las herramientas duren más, incluso con materiales duros.

Tome nota: Un buen flujo de LN2 y el punto adecuado de la boquilla son muy importantes para obtener los mejores resultados en el mecanizado criogénico CNC.

Beneficios

Procesamiento más rápido

Mecanizado criogénico CNC permite a las máquinas cortar metal mucho más rápido. El proceso utiliza nitrógeno líquido a -321 °F para enfriar rápidamente el filo de corte. Este enfriamiento rápido permite a los trabajadores utilizar mayores velocidades y avances. Las máquinas pueden extraer más metal en menos tiempo. Empresas como 5ME y Okuma America han demostrado que el mecanizado criogénico aumenta la productividad. Los operarios no necesitan parar para cambiar el refrigerante o limpiar. Esto mantiene el proceso en marcha sin problemas. Mayores velocidades y menos paradas significan que se terminan más piezas cada día.

Consejo: Un procesamiento más rápido ayuda a las fábricas a terminar los pedidos a tiempo y a gestionar grandes trabajos.

Prolongación de la vida útil de las herramientas

El mecanizado CNC criogénico ayuda a que las herramientas duren mucho más. El frío del nitrógeno líquido reduce el calor y la fricción en el filo de corte. Menos calor significa que la herramienta no se desgasta tan rápido. Muchos estudios muestran grandes ganancias en la vida útil de las herramientas. El la tabla siguiente muestra los resultados de diferentes investigadores:

Estudio (Autores)	Material	Mejora de la vida útil de la herramienta o reducción del desgaste
Hong et al. (2001)	Ti-6Al-4V	La vida útil de la herramienta se multiplica por 5 en comparación con el mecanizado convencional
Wang y Rajurkar	Tántalo	Reducción del desgaste de la herramienta 70% en el mecanizado criogénico
Venugopal et al.	Ti-6Al-4V	Reducción del desgaste del flanco y del cráter a una velocidad de corte de 70 m/min.
Sivaiah y Chakradhar	Acero inoxidable 17-4 PH	El torneado criogénico mostró un rendimiento superior en el desgaste de la herramienta
Kumar y Choudhury	Acero inoxidable	Reducción del desgaste de la herramienta y de las fuerzas de corte en condiciones criogénicas

Lockheed Martin vio un 52% mayor velocidad de mecanizado en una pieza de titanio mediante mecanizado criogénico. En otro caso, las velocidades de corte para el cobalto-cromo pasaron de 100-125 sfm a 550-700 sfm. Estos resultados demuestran que las herramientas permanecen afiladas más tiempo y pueden realizar trabajos más duros. El proceso también funciona bien con materiales frágiles para herramientas, como la cerámica de alúmina. Al mantener las herramientas más frías, el mecanizado criogénico detiene los daños y ahorra dinero en herramientas nuevas.

Calidad de la superficie

El mecanizado CNC criogénico proporciona a las piezas un acabado más suave. El frío mantiene fría la zona de corte, lo que ayuda a controlar la forma y el tamaño de la pieza. Las pruebas demuestran que los métodos criogénicos reducen la rugosidad de la superficie más que los procesos en seco. El el cuadro siguiente compara los resultados:

Parámetro de referencia/prueba de calidad	Resultado del proceso en seco	Resultado del proceso criogénico	Significado/Impacto
Reducción de la rugosidad superficial (Ra)	Reducción de hasta 74%	Reducción de hasta 77%	Mejor acabado superficial, importante para las piezas aeroespaciales
Reducción de la rugosidad superficial (Rz)	Reducción de hasta 71%	Reducción de hasta 76%	Mejora de la integridad de la superficie
Temperatura durante el mecanizado	Aprox. 60 °C	Mantenida ≤ 20 °C	Una temperatura más baja reduce los daños térmicos
Expansión térmica (cambio dimensional)	0,058 mm	0,020 mm	Mantiene tolerancias ajustadas (±0,02 mm)
Desgaste de la herramienta y eficacia del mecanizado	Mayor desgaste de la herramienta	Menor desgaste de la herramienta, mayor eficacia	Equilibra el desgaste de la herramienta y la calidad de la superficie

El mecanizado criogénico mantiene la temperatura baja, por lo que las piezas no se dilatan ni cambian de forma. Este control ayuda a cumplir los estrictos límites de tamaño, especialmente en el trabajo aeroespacial. Las temperaturas más bajas también significan menos tensión en la pieza, por lo que la superficie se mantiene lisa y resistente. Los operarios observan un menor desgaste de la herramienta y una mayor eficacia, lo que convierte a este proceso en una elección inteligente para piezas de alta calidad.

Impacto medioambiental

El mecanizado criogénico es mejor para el medio ambiente en muchos sentidos. Las fábricas utilizan nitrógeno líquido o dióxido de carbono para refrigerar las cosas. Ya no necesitan refrigerantes a base de aceite. Los refrigerantes a base de aceite pueden dañar la capa de ozono. También generan residuos que pueden contaminar el agua y el suelo. Al no utilizar estos fluidos, las empresas mantienen más seguras a las personas y a la naturaleza.

• Las instalaciones criogénicas no generan residuos de lubricante. El mecanizado tradicional utiliza fluidos de corte que se convierten en residuos peligrosos.
• El proceso produce menos emisiones tóxicas. Sin refrigerantes a base de aceite significa que no hay malos humos ni derrames.
• La vida de la herramienta mejora de 15% a más de 300% para muchos aceros. Una mayor vida útil de la herramienta significa que menos herramientas acaban en los vertederos.
• Las fuerzas de corte bajan de 18% a 43%. Unas fuerzas menores significan que las máquinas consumen menos energía.
• La temperatura en la zona de corte desciende de 30% a más de 50%. Esto detiene el daño térmico y mantiene el aire más limpio.
• Los índices de arranque de material aumentan unos 23%. Los trabajadores terminan los trabajos más rápido y ahorran más energía.
• El uso de energía se reduce en unos 320 vatios durante el mecanizado. Utilizar menos energía significa una menor huella de carbono.

🌱 Tome nota: El mecanizado criogénico es una opción más limpia y ecológica. Ayuda a las fábricas a seguir las estrictas normas medioambientales y mantiene a los trabajadores más seguros.

Los estudios demuestran que estos cambios hacen que el mecanizado criogénico sea mejor para el planeta. Las fábricas que utilizan este método contribuyen a reducir la contaminación y a ahorrar recursos.

Inconvenientes

Coste

Mecanizado criogénico empezar cuesta más que el mecanizado normal. Las empresas deben comprar equipo especial para este proceso. Necesitan cosas como líneas de alimentación con camisa de vacío y sistemas de refrigeración a través de la herramienta. Estas piezas ayudan a llevar el nitrógeno líquido a la vanguardia. Las máquinas también necesitan controles avanzados para gestionar el flujo de nitrógeno. Esto hace que la primera inversión sea mucho mayor que con los refrigerantes a base de aceite.

El La siguiente tabla muestra cuánto más pueden costar los sistemas criogénicos cada año:

Componente de costes	Sistema mecánico (anual)	Sistema de nitrógeno líquido (anual)	Sistema de CO2 líquido (anual)
Inversión de capital (instalada)	$510,000	$140,000	$150,000
Depreciación (10%)	$51,000	$14,000	$15,000
Interés (12%)	$27,030	$8,400	$9,000
Mantenimiento	$20,400	$14,000	$15,000
Coste de la energía	$51,000	N/A	N/A
Mano de obra operaria	$16,800	$16,800	$16,800
Mano de obra de limpieza	$3,200	$3,200	$3,200
Coste de los congelantes	N/A	$900,000	$756,000
Coste operativo anual total	$165,530	$956,400	$815,000
Coste de explotación unitario por lb.	$1.12	$7.97	$6.79

La tabla y el gráfico muestran que el funcionamiento de los sistemas criogénicos cuesta mucho más. La mayor parte del coste adicional procede de la compra de nitrógeno líquido o dióxido de carbono. Estos elevados precios dificultan que los pequeños talleres utilicen el mecanizado criogénico. Aunque las herramientas duran más y se utiliza menos aceite, el coste del refrigerante sigue siendo un gran problema.

💡 Tome nota: Los sistemas criogénicos ahorran dinero en la eliminación del refrigerante y en la sustitución de herramientas, pero el elevado precio del nitrógeno líquido suele anular estos ahorros.

Complejidad del sistema

Las instalaciones de mecanizado criogénico son más difíciles de utilizar que las normales. Necesitan piezas especiales para manejar líquidos muy fríos. Éstas incluyen tuberías aisladas, válvulas avanzadas y boquillas para el refrigerante. Las máquinas también utilizan sensores y controles para mantener la temperatura constante.

Un estudio enumera algunas formas en que estos sistemas son más complejos:

Métrica de complejidad	Descripción / Función	Efecto sobre la integración y el rendimiento de la configuración de mecanizado
Temperatura de suministro	Ajustable desde temperatura ambiente hasta -40 °C mediante criostato e intercambiador de calor	Influye en el gradiente térmico, el rendimiento de refrigeración y la viscosidad del fluido para trabajar el metal
Flujo de volumen	Medido mediante caudalímetro; variado durante los experimentos	Afecta a la velocidad de refrigeración y a la carga térmica; un mayor caudal mejora la refrigeración pero interactúa con la velocidad de salida
Caudal másico	Calculado a partir del caudal volumétrico y la densidad del fluido	Un mayor caudal másico mejora la eliminación de calor; fundamental para la reducción de la carga térmica
Velocidad de salida	Calculado en función del diámetro de la boquilla y del caudal volumétrico	Una mayor velocidad mejora la transferencia de calor por convección y la humectación de la zona de corte
Presión de suministro	Derivado de la densidad del fluido y de la velocidad de salida	Una mayor presión favorece una mejor aplicación del refrigerante y lubricación en la zona de corte
Diámetro de salida de la boquilla	Dos tamaños probados (1 mm y 2 mm) que afectan a la velocidad y la presión de salida	Un diámetro menor produce mayor velocidad y presión, mejorando la refrigeración y la lubricación
Aislamiento térmico	Se aplica a los componentes para evitar los puentes térmicos	Necesario para mantener bajas las temperaturas del refrigerante y la eficacia del sistema
Acoplamiento de válvulas con control NC	Válvula de 3/2 vías integrada con control CNC para una sincronización precisa de la aplicación de refrigerante	Añade complejidad en la integración del sistema pero permite optimizar las estrategias de refrigeración
Imágenes de alta velocidad	Se utiliza para analizar el comportamiento de humectación y la interacción del refrigerante con la zona de corte	Proporciona información sobre los efectos de la lubricación y la refrigeración, apoyando la optimización

Los operarios deben aprender nuevos controles y mantener el sistema seguro. Las piezas y controles adicionales dificultan las reparaciones y el mantenimiento. Si algo se rompe, puede llevar más tiempo arreglarlo que con un sistema de refrigerante normal.

⚠️ Consejo: Los talleres deben prever una formación adicional y un posible tiempo de inactividad cuando cambien a sistemas criogénicos.

Límites de material

No todos los materiales funcionan bien con el mecanizado criogénico. Algunos metales, como las aleaciones de aluminio con partículas de tamaño nanométrico, tienen resultados dispares. Por ejemplo, Al 8011 con partículas de SiC de tamaño nanométrico obtiene granos más duros y finos tras el mecanizado criogénico. Pero la superficie puede volverse más rugosa que con otros métodos de refrigeración. El desgaste de la herramienta también cambia con la velocidad de corte y el tipo de refrigerante. A veces, el aceite de canola reduce el desgaste de la herramienta mejor que la refrigeración criogénica a determinadas velocidades.

Materiales aeroespaciales como Ti-6Al-4V también se han probado. Los estudios han revelado que la refrigeración criogénica puede duplicar la vida útil de la herramienta y mejorar el arranque de material. Aun así, hay ocasiones en las que el desgaste de la herramienta aumenta rápidamente, por lo que el proceso necesita un control cuidadoso. El calentamiento y el enfriamiento rápidos pueden cambiar la estructura del metal, haciéndolo más duro o más quebradizo.

📌 Tome nota: Cada material reacciona de forma diferente al enfriamiento criogénico. Los talleres deben probar sus materiales para encontrar los mejores ajustes y evitar resultados no deseados.

Necesidades de formación

Los operadores necesitan una formación especial utilizar sistemas de mecanizado criogénico. Estos sistemas utilizan líquidos muy fríos y controles avanzados. Los trabajadores deben aprender nuevas habilidades para utilizarlos con seguridad.

Muchas empresas quieren que los operarios sepan varias cosas. Buscan personas que entiendan cómo funcionan los instrumentos y los controles. Los operarios deben conocer los procesos del gas. También necesitan saber algunas nociones básicas sobre electricidad y electrónica. Es importante saber sobre hardware porque estas máquinas tienen muchas piezas móviles y sensores.

🛠️ Consejo: Los operarios deben practicar la lectura y comprensión de diferentes planos. Entre ellos se incluyen los diagramas de instrumentos, tuberías, eléctricos y electrónicos. Esto les ayuda a solucionar los problemas con mayor rapidez.

La mayoría de los trabajos hacen que los operarios terminen la formación antes de trabajar solos. La formación enseña a utilizar las máquinas y a manipular el nitrógeno líquido. También cubre las normas de seguridad. Los trabajadores deben demostrar que pueden tomar buenas decisiones y trabajar por sí mismos. Muchas empresas quieren un título de bachillerato o GED. Algunas prefieren personas con un título técnico, clases universitarias o formación militar. Los aprendizajes profesionales también ayudan a los trabajadores a prepararse para estos trabajos.

Los operarios necesitan sólidos conocimientos matemáticos e informáticos. Utilizan ordenadores para controlar las máquinas y comprobar los datos. Las matemáticas les ayudan a medir las piezas y a configurar el proceso. La formación suele proporcionarles práctica con estas herramientas.

Las horas de trabajo pueden incluir noches, fines de semana y festivos. Los operarios deben estar preparados para trabajar en diferentes horarios. Ser fiable y capaz de adaptarse es importante. Algunas empresas llaman al turno de noche el "turno búho". Los trabajadores deben terminar toda la formación antes de trabajar en estos turnos.

📚 Tome nota: Los operadores deben seguir aprendiendo cosas nuevas. Deben conocer las últimas normas de seguridad y las actualizaciones de las máquinas.

La formación no termina después de las primeras lecciones. Los operarios deben seguir aprendiendo a medida que cambian las máquinas y los procesos. Todos los días siguen estrictas normas de seguridad y de trabajo. Las empresas pueden dar más clases o prácticas para ayudar a los trabajadores a mantenerse al día.

Un programa de formación normal podría incluir:

• Medidas de seguridad para la manipulación de líquidos criogénicos
• Cómo hacer funcionar y reparar la máquina
• Cómo leer dibujos y diagramas técnicos
• Conocimientos informáticos y matemáticos para el control de procesos
• Qué hacer en caso de emergencia
• Aprendizaje continuo y actualización de habilidades

Una buena formación mantiene seguros a los trabajadores y ayuda a que las máquinas funcionen bien. Las empresas que forman a los trabajadores tienen menos accidentes y mejores resultados.

Seguridad

Protocolos del operador

Los operadores corren riesgos especiales cuando utilizan gases criogénicos como nitrógeno, helio, argón y dióxido de carbono. Estos gases pueden reducir el oxígeno en el aire. Si no hay suficiente oxígeno, las personas pueden asfixiarse. El frío de estos líquidos puede congelar la piel y provocar congelaciones. Cuando el líquido se convierte en gas, crece rápidamente y puede llenar una habitación. Esto puede expulsar el oxígeno sin previo aviso. Los operarios deben seguir unas normas de seguridad estrictas para mantenerse a salvo.

1. Lea siempre las normas de seguridad antes de empezar o después de realizar cambios. 2. Utilice EPI como gafas de seguridad, pantallas faciales, guantes aislantes, mangas largas, pantalones largos y calzado resistente. 3. Utilice únicamente recipientes y tubos fabricados para líquidos muy fríos. 4. Mueva los líquidos criogénicos lentamente y manténgalos por debajo del pecho para evitar salpicaduras. 5. Trabaje donde el aire se mueva bien o utilice monitores de oxígeno para controlar el aire. 6. Asegúrese de que todos los sistemas tienen válvulas de alivio de presión. 7. Nunca cierre herméticamente los recipientes de nitrógeno líquido. 8. Sepa qué hacer si se produce un derrame o alguien resulta herido, incluidos los primeros auxilios para la piel o los ojos.

Los operarios necesitan formación periódica. Deben aprender a utilizar los gases, manejar los equipos y seguir los planes de emergencia. Las empresas quieren que los operarios aprueben las clases de seguridad y sigan aprendiendo nuevas habilidades.

⚠️ Consejo: Busque siempre fugas y lleve el equipo adecuado antes de trabajar con fluidos criogénicos.

Seguridad de los equipos

Las máquinas utilizadas para trabajos criogénicos deben pasar muchas pruebas para demostrar que son seguras. Las juntas y las piezas se prueban en frío para ver si se mantienen fuertes y flexibles. Las pruebas químicas comprueban si las juntas pueden soportar productos químicos agresivos. Las pruebas de presión aseguran que las piezas pueden soportar cambios de presión.

• Las pruebas de impacto comprueban si los materiales pueden soportar golpes fuertes sin romperse.
• Los ensayos de fluencia comprueban si los materiales cambian de forma al ser empujados durante mucho tiempo.
• Los ensayos no destructivos utilizan herramientas especiales para encontrar grietas o problemas ocultos sin romper la pieza.
• Las pruebas criogénicas garantizan que los materiales funcionen bien en lugares muy fríos.

Todas las máquinas necesitan válvulas de alivio de presión y alarmas. Los trabajadores formados deben comprobar y reparar los equipos con frecuencia. Las empresas siguen las normas de grupos como OSHA e ISO para asegurarse de que las máquinas son seguras.

Respuesta de emergencia

Si algo sale mal, actuar con rapidez puede salvar vidas. Los operarios deben saber qué hacer si se produce un derrame, una fuga o alguien se expone a fluidos criogénicos. El plan debe incluir:

• Abandonar la zona si baja el oxígeno o hay una fuga.
• Prestar primeros auxilios en caso de congelación o contacto con los ojos. Caliente la zona lentamente y busque ayuda médica.
• Parar las máquinas con botones de emergencia.
• Llamar a los servicios de emergencia si es necesario.

Las empresas deben practicar simulacros para que todos sepan qué hacer. Los botiquines de emergencia con primeros auxilios y monitores de oxígeno deben ser fáciles de encontrar. Las señales y alarmas ayudan a advertir a los trabajadores del peligro.

🚨 Tome nota: Una acción rápida y una buena formación ayudan a detener las lesiones y a mantener a todos a salvo.

Aplicación

Pasos de configuración

Para configurar un sistema de mecanizado criogénico CNC, los talleres siguen varios pasos. En primer lugar, eligen una máquina CNC que funcione con el sistema. El espacio de trabajo debe estar preparado y ser seguro. El equipo coloca un suministro de nitrógeno líquido, normalmente un Bombona de gas de 200 litros con una válvula de cierre a presión. Conectan las tuberías aisladas por vacío a la máquina. Las mangueras flexibles ayudan a llevar el refrigerante al portaherramientas. Muchos portaherramientas llevan boquillas incorporadas para el refrigerante. Por ejemplo, el portaherramientas Kennametal DCLNL20X12 JETI tiene dos boquillas que apuntan a la plaquita de corte.

Los operarios deben utilizar equipos de seguridad como guantes, protectores faciales, delantales y calzado especial. El taller necesita un buen flujo de aire y monitores de oxígeno para mantener la seguridad de todos. La formación enseña cómo almacenar y mover el nitrógeno líquido de forma segura. El equipo prueba el sistema haciendo pasar refrigerante por las boquillas y comprobando si hay fugas. También establecen alarmas y pasos de parada de emergencia.

🛠️ Consejo: Las tiendas deben planificar revisiones periódicas y asegurarse de que todos los trabajadores reciben formación antes de empezar a trabajar.

Compatibilidad de la máquina

Los sistemas criogénicos de mecanizado CNC se adaptan a muchos tipos de máquinas. Las pruebas demuestran que los centros de mecanizado vertical, los centros de torneado y las máquinas de 5 ejes pueden utilizar la refrigeración criogénica. Por ejemplo, el sistema criogénico MAG funciona en centros verticales NBV 700 5X, centros de torneado VDM 1000 y máquinas HERMLE de 5 ejes. Estos sistemas también funcionan con brazos robóticos y máquinas sin sistema hidráulico.

Empresas como DMG MORI, OPS-INGERSOLL y HERMLE han probado sus máquinas con configuraciones criogénicas. Los resultados muestran que las herramientas duran el doble, las velocidades de avance suben y la productividad puede aumentar en 30%. Los talleres utilizan estos sistemas para cortar titanio aeroespacial, Inconel, ejes endurecidos y piezas de turbinas eólicas. Al trabajar con tantas máquinas y materiales, el mecanizado criogénico es una opción flexible.

Tipo de máquina	Modelo de ejemplo	Área de aplicación
Centro de mecanizado vertical	NBV 700 5X	Aeroespacial, médica
Centro de giro	VDM 1000	Automoción, Energía
Centro de mecanizado de 5 ejes	HERMLE C42U	Utillaje, aeroespacial
Centro de giro/fresado	VDF 450 TM	Ingeniería general

Transición y reversión

Los talleres que cambian del mecanizado CNC normal al criogénico suelen empezar con un proyecto de prueba. Laboratorios de investigación como el Universidad de Kentucky descubrieron que el enfriamiento criogénico ayuda a que las herramientas duren más y proporciona superficies más lisas. Por ejemplo, Yang y su equipo hicieron más resistentes los implantes de cadera utilizando métodos criogénicos. Kumar y Jawahir descubrieron que era más fácil mecanizar compuestos híbridos.

El cambio incluye añadir piezas criogénicas a las máquinas y formar a los trabajadores. Es posible que los talleres tengan que cambiar los ajustes de corte y probar diferentes puntos de boquilla. Si quieren volver atrás, pueden retirar las piezas criogénicas y volver a colocar los antiguos conductos de refrigerante.

🔄 Tome nota: MXY ayuda a los talleres a añadir o eliminar sistemas criogénicos y forma a los trabajadores para que el cambio resulte sencillo.

Aplicaciones

Materiales adecuados

El mecanizado criogénico CNC funciona mejor en metales duros y resistentes al calor. Muchos talleres lo utilizan para aceros templados como el AISI 4340 y aleaciones como el titanio y el Inconel. Estos metales son difíciles de cortar con los métodos habituales. Se calientan rápidamente y desgastan las herramientas con rapidez. La refrigeración criogénica mantiene fría la zona de corte. Esto ayuda a controlar el calor y ralentiza el desgaste de la herramienta.

A los metales en polvo también les va bien este proceso. El frío ayuda a mantener su estructura fuerte durante el corte. Los aceros para herramientas deben ser duros y resistentes. Tras el tratamiento criogénico, resisten mejor el desgaste. Este método también hace más fuertes muchas aleaciones. Les ayuda a durar más en trabajos duros.

Consejo: Los talleres deben probar cada material antes de la producción total. Algunos metales actúan de forma diferente cuando están muy fríos.

Casos de uso en la industria

Muchas industrias utilizan el mecanizado criogénico CNC para obtener piezas fuertes y precisas. Este proceso es bueno para las empresas que necesitan materiales resistentes y tamaños exactos. Algunas de las principales industrias son:

• Automoción
• Aeroespacial
• Espacio
• Defensa
• Maquinaria industrial
• Generación de energía
• Energía
• Semiconductor
• Médico
• Herramientas y troqueles

Estas industrias necesitan piezas que soporten la tensión y el desgaste. El tratamiento criogénico hace que los metales sean más resistentes y duraderos. Por ejemplo, las empresas aeroespaciales lo utilizan para fabricar piezas de titanio para aviones. Los fabricantes de dispositivos médicos lo utilizan para dar forma al acero inoxidable para implantes. Las centrales eléctricas lo utilizan para fabricar álabes de turbina con aleaciones especiales.

El tratamiento criogénico pone los metales a temperaturas muy frías, de -190 °C a -230 °C. Este paso endurece los metales y ayuda a que duren más. Los estudios demuestran que aceros como el AISI 4340 se hacen más fuertes tras este tratamiento. Muchas empresas utilizan el mecanizado criogénico para fabricar piezas mejores y más duraderas.

Estudios de caso

Los resultados en el mundo real demuestran que el mecanizado criogénico funciona bien. En un estudio, los ingenieros utilizaron la refrigeración criogénica en la aleación A390 con herramientas de acero rápido. La vida útil de la herramienta se más de 1000% mejor. El proceso facilitó la manipulación de las virutas y aumentó la productividad. Estos resultados se produjeron en torneado, fresado, rectificado y taladrado.

Las fábricas aeroespaciales vieron superficies más lisas y tamaños más ajustados en las piezas de titanio e Inconel. Las empresas médicas tuvieron menos cambios de herramientas y una mejor calidad de las piezas para las herramientas quirúrgicas. MXY ha ayudado a muchos talleres a mejorar sus sistemas. Sus soluciones permiten a los usuarios cortar materiales duros más rápidamente y con menos daños en las herramientas.

🏆 Tome nota: En la actualidad, muchas industrias utilizan el mecanizado criogénico para piezas que deben ser resistentes, exactas y duraderas.

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El mecanizado CNC criogénico enfría la zona de corte con nitrógeno líquido o CO2. Esto ayuda a que las herramientas duren más y hace que las superficies sean más lisas, especialmente en metales duros. Muchas pruebas demuestran que funciona mejor que los refrigerantes a base de aceite. Las personas que utilizan este método desperdician menos y tienen zonas de trabajo más seguras. Pero cuesta más y la puesta a punto es más difícil. No todos los materiales reaccionan igual. Los talleres pueden pedir ayuda a MXY o consultar las guías técnicas para saber más.

• La zona de corte se enfría, por lo que las herramientas duran más.
• Las superficies pueden ser muy lisas, incluso hasta 0.712.
• A veces, las fuerzas de corte son mayores.
• Los científicos deben estudiar más el fresado y la perforación.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cuál es la principal ventaja del mecanizado criogénico CNC?

Mecanizado criogénico CNC mantiene las herramientas mucho más frías. Esto hace que las herramientas duren más y se obtengan piezas más lisas. Las fábricas pueden cortar metales duros más rápido y gastar menos en herramientas nuevas.

¿Es seguro utilizar nitrógeno líquido en el mecanizado?

El nitrógeno líquido es seguro si los trabajadores siguen todas las medidas de seguridad. Los operarios deben llevar guantes, mascarillas y ropa especial. Una buena formación y el equipo adecuado ayudan a evitar accidentes.

¿Puede cualquier máquina CNC utilizar la refrigeración criogénica?

No todas las máquinas CNC pueden utilizar la refrigeración criogénica. Algunas máquinas necesitan primero piezas adicionales o actualizaciones. Los talleres deben preguntar al fabricante de la máquina o a un experto en criogenia antes de empezar.

¿Qué materiales se benefician más del mecanizado criogénico?

Los metales duros como el titanio, el Inconel y los aceros templados son los que más ayuda reciben. Estos metales se calientan rápidamente y desgastan las herramientas con rapidez. La refrigeración criogénica los mantiene más fríos y favorece el corte.

¿El mecanizado criogénico cuesta más que los métodos tradicionales?

El mecanizado criogénico cuesta más al principio. Los talleres deben comprar equipos especiales y nitrógeno líquido. Con el tiempo, una mayor vida útil de la herramienta y menos residuos pueden ayudar a equilibrar el mayor coste.

¿Cómo ayuda el mecanizado criogénico al medio ambiente?

El mecanizado criogénico no utiliza refrigerantes a base de aceite. Esto significa menos residuos químicos y menos humos nocivos. Las fábricas que utilizan este método ayudan a mantener más limpios el aire, el agua y el suelo.

¿Qué formación necesitan los operarios para el mecanizado criogénico CNC?

Los operarios necesitan una formación especial para este trabajo. Aprenden a manejar el nitrógeno líquido, a utilizar el equipo de seguridad y a hacer funcionar las máquinas. Las prácticas regulares y las clases de seguridad ayudan a que todos estén preparados.

¿Pueden los talleres volver a utilizar sistemas de refrigeración normales?

Los talleres pueden volver a cambiar si lo necesitan. Quitan las piezas criogénicas y vuelven a poner los antiguos conductos de refrigerante. Algunos talleres prueban ambas formas para ver cuál funciona mejor.