Alto

Dejemos una cosa clara desde el principio. No me importan mucho las piezas que haces. Pero a mí me importan mucho las patatas fritas y a ti también deberías importarles.

Al final de un proceso de mecanizado, se obtienen dos cosas: una pieza terminada y un montón de virutas. La mayoría de la gente se centra en el papel. Me concentro en las patatas fritas.

No se trata de ser contrario. Creo que si se producen muchos chips realmente buenos, muy rápido, se puede ganar mucho dinero mecanizando piezas. Hay mucho alboroto sobre las ventajas y desventajas del fresado de alta velocidad versus el de alto avance. Si bien son muy diferentes, en muchos aspectos tienen similitudes. Pero para ser claros, todavía se trata de chips.

¿Qué dos cosas se necesitan para hacer un chip? Calor y presión. El corte de metales es un proceso de deformación plástica. El calor se crea por la fricción en la zona de corte. La regulación de la cantidad de calor es la velocidad de rotación del cortador. La presión es generada por la alimentación. Es importante tener en cuenta que el calor y la presión necesarios para deformar plásticamente el material y cortarlo son el mismo calor y presión que provocan el desgaste de la herramienta y el fallo prematuro. Queremos dirigir el calor hacia el chip, pero primero debemos tener un chip lo suficientemente grueso como para absorber el calor. De ahí provienen los altos avances en el fresado de alto avance.

Todas las fresas de alto avance, tanto macizas como intercambiables, tienen un factor muy importante en común: ángulos de avance muy grandes. El filo de las cortadoras de alto avance puede ser recto o tener un radio muy grande. Pero de cualquier manera, el ángulo de avance promedio resultante es muy alto, generalmente entre 78° y 82°.

¿Qué impacto tiene un ángulo de avance alto en el chip? A medida que el ángulo de avance de una fresa aumenta de 0° (hombro cuadrado) a 45° o 75°, empiezan a sucederle cosas al chip. A 0° el espesor de la viruta es igual al avance por diente. A medida que aumenta el ángulo de avance, el espesor de la viruta disminuye. Puede calcular el espesor real de la viruta multiplicando la velocidad de avance IPT (pulgadas por diente) por el coseno del ángulo de avance. Por lo tanto, una velocidad de avance IPT de 0,010” (0,254 mm), utilizando un ángulo de avance de 78°, daría como resultado un espesor de viruta real de 0,002” (0,0508 mm). Es delgado y no lo suficientemente grueso como para absorber el calor. Su velocidad de avance siempre debe ser mayor que su afilado de preparación de bordes o T-land, o convertirá su fresa en un trozo de papel de lija. Para lograr un espesor de viruta de 0,010” (0,254 mm) utilizando una herramienta con un ángulo de avance de 78°, necesitará programar un IPT de 0,048” (1,22 mm). Esto supone un aumento del 385 por ciento en la velocidad de avance, de ahí el nombre de fresado de alto avance.

Los altos avances logrados con el fresado de alto avance tienen una contrapartida. Debido a los grandes ángulos de avance, sus capacidades DOC (profundidad de corte) son limitadas. Los DOC máximos para la mayoría de las fábricas de alto avance oscilan entre uno y dos milímetros. Existen algunas excepciones indexables a esta regla que incorporan inserciones de CI de gran tamaño. El aumento del coste de estos molinos se justifica por el hecho de que pueden ser tres o cuatro veces más rápidos de lo normal.

Además de las ganancias de productividad, el fresado de alto avance ofrece otro gran beneficio. Se trata de la fuerza.

Otra regla de oro del fresado es que las fuerzas de corte son siempre perpendiculares al filo. Las fresas de alto avance con un ángulo de avance promedio de entre 80° y 82,5° generan algunas de las fuerzas radiales más bajas en el fresado. Casi todas las fuerzas de corte se dirigen axialmente hacia el husillo. Cuanto mayor sea la relación entre fuerzas axiales y radiales, más estable será la operación. Esto puede ser una ventaja, especialmente cuando la configuración de herramientas o piezas requiere una longitud de calibre grande. Los largos alcances y las cavidades profundas no son un problema con el fresado de alto avance. Las longitudes de calibre con una magnitud de 10:1 (longitud a diámetro) son comunes, pero pueden requerir moderar la velocidad de alimentación.

Hay algunas otras técnicas de aplicación a considerar cuando se fresa con alto avance. Mantenga la mayor parte posible del diámetro del cortador enganchado en el corte. Esto equilibrará las fuerzas axiales generadas por el alto ángulo de avance. A medida que el ae (ancho radial de corte) disminuye y se aproxima al 50-60 por ciento del diámetro del cortador, la estabilidad disminuye. También se debe tener cuidado al programar la trayectoria del cortador. A velocidades de avance altas, se prefieren transiciones suaves en la dirección de la trayectoria de corte. Evite los giros de 90° a toda costa, ya que crean un compromiso radial excesivo, lo que significa altas fuerzas radiales y vibraciones. Programe un arco o radio en las esquinas al menos un 50 por ciento más grande que el diámetro del cortador al cambiar de dirección. Recuerde, la transición de un movimiento en línea recta a un arco significa reducir la velocidad de avance. En el ejemplo anterior, reduciría la velocidad de avance en un 33 por ciento.

La fórmula utilizada para determinar la compensación de la velocidad de avance de la interpolación circular o de esquina es: ((2 × radio del arco) – diámetro de la fresa)) / (2 × radio).

En resumen, el fresado de alto avance tiene que ver con el adelgazamiento de la viruta. Debe aumentar la velocidad de avance para compensar el adelgazamiento de la viruta creado por el gran ángulo de avance, normalmente de 80° a 82,5°. En la mayoría de los casos, su velocidad de avance es de cuatro a cinco veces más rápida que las velocidades de avance estándar que utilizan fresas de escuadra o de avance de 45°. El gran ángulo de avance, si bien limita en cierta medida el DOC axial, empuja la mayoría de las fuerzas de corte axialmente hacia el husillo, lo que aumenta la estabilidad y permite capacidades de largo alcance.

Al igual que en las carreras de autos, se debe tener cuidado al entrar en las curvas y cambiar la dirección de la trayectoria del cortador. Utilice el cálculo de compensación de la velocidad de avance para reducir su velocidad de avance y utilice arcos suaves o trayectorias de herramienta con radios al cambiar de dirección para evitar un compromiso excesivo del cortador y vibraciones. Si se aplica correctamente, el fresado de alto avance es un proceso productivo de eliminación de metal y puede salvar vidas en aplicaciones de cavidades profundas y de largo alcance.

Al igual que el fresado de alto avance, el fresado de alta velocidad también significa aumentar la velocidad de avance para compensar el adelgazamiento de la viruta, pero no debido al ángulo de avance de la herramienta. El adelgazamiento de la viruta en el fresado a alta velocidad resulta de un compromiso radial limitado del diámetro de la fresa en el corte. Al tornear, la viruta tiene un espesor constante. Una fresa, sin embargo, corta en forma de arco, no en un plano. El espesor de la viruta varía dependiendo de dónde esté el filo en relación con el arco del corte. Cuando el diámetro de una fresa está completamente enganchado en el corte, el espesor de la viruta es cero en la entrada y salida y en su punto más grueso en el medio del arco de rotación. Como ocurre con todas las operaciones de corte de metales, debemos controlar el espesor de la viruta y recordar que el espesor de la viruta no siempre es igual a la velocidad de avance.

Introdujimos por primera vez el concepto de adelgazamiento de viruta cuando hablamos del ángulo de avance. A medida que aumenta el ángulo de avance, el espesor de la viruta comienza a adelgazarse. En una operación de torneado normal, una vez que se aplica el factor de adelgazamiento de la viruta para el ángulo de avance, el espesor de la viruta sigue siendo el mismo.

El fresado requiere tener en cuenta tanto el adelgazamiento de la viruta para el ángulo de avance como el adelgazamiento de la viruta para el acoplamiento radial. El resultado se denomina “espesor medio de viruta” o hm. Ahora, antes de que cualquier estudiante de física me ataque, hm es un término de física que significa la medida del punto en el medio del grupo. El promedio es solo eso; el promedio de todo el grupo. No sé por qué la industria del corte de metales decidió combinar los dos, pero lo hicieron, así que continuaré con la farsa.

Tenga en cuenta que el espesor de la viruta es cero al principio, a la mitad y al final de la rotación del cortador en el corte. La astilla es la más gruesa en la línea central. El hm promedio se ubica entre la línea central del corte y el inicio y final del corte.

Entonces, ¿por qué nos importa el espesor medio de la viruta? Recuerde: ¿Qué se necesita para hacer un chip? Calor y presión. Quieres que el calor entre en el chip. Aquí es donde entra en juego el espesor medio de viruta (hm). El espesor promedio de la viruta debe ser mayor que la preparación del borde, el T-land o el bruñido, o nuevamente la fresa se convertirá en papel de lija. Al carburo le gusta cortar; no le gusta frotar. El roce crea fricción y calor incontrolables que son perjudiciales para la vida útil de su herramienta. Aquí es donde entra en juego la ecuación del avance por diente: fz = hm × √(D1/ae) × cos(K).

Esta ecuación parece difícil, pero no lo es y marca la diferencia entre el éxito y el fracaso.

La clave para el fresado de alto avance es comprender la relación entre el compromiso radial (ae) de la herramienta y el impacto que tiene en el espesor promedio de la viruta (hm) y la velocidad de avance programada por diente o ranura fz. A medida que se reduce el acoplamiento radial del diámetro de la fresa, se debe aumentar la velocidad de avance programada para compensar el adelgazamiento radial de la viruta que se producirá. Al utilizar la fórmula, puede calcular la velocidad de avance programada fz requerida por ranura o plaquita para lograr el espesor de viruta promedio deseado (hm). La mayoría de los fabricantes de herramientas de corte proporcionan valores tanto de fz (avance por diente) como de hm según el tamaño y la forma de la preparación del borde para la herramienta determinada. Una vez que haya calculado la velocidad de alimentación requerida por ranura o inserto, calcular el recorrido de la mesa en IPM (pulgadas por minuto) es fácil. En la mayoría de los casos, la velocidad de alimentación IPM será más de cuatro o cinco veces más rápida que la velocidad de alimentación estándar.

En el fresado de alto avance, la alta velocidad de avance se combina con una alta profundidad de corte axial y estrategias específicas de trayectoria de corte para lograr altas tasas de eliminación de metal. La mayor profundidad de corte axial es posible debido a las fuerzas radiales reducidas creadas por el acoplamiento radial reducido. Normalmente, las profundidades axiales son mayores que dos veces el diámetro y se pueden lograr hasta seis veces el diámetro. Las fuerzas radiales se pueden reducir aún más utilizando un ángulo de hélice más alto, lo que impulsa una mayor fuerza de corte hacia el husillo. La evacuación de virutas a mayor profundidad de corte axial no es un problema porque las virutas no se acumulan en la ranura como lo harían con un acoplamiento radial más alto. La facilidad de evacuación de viruta también permite el uso de herramientas con más ranuras o insertos, lo que resulta en capacidades de velocidad de avance aún mayores. Las herramientas con más ranuras e insertos suelen tener diámetros de núcleo más grandes debido a pequeñas gargantas de viruta o espacios de ranura, lo que mejora aún más la rigidez y la estabilidad.

Además de estos beneficios, el fresado de alta velocidad también reduce la cantidad de calor transferido a la herramienta y a la pieza, lo que mejora la vida útil de la herramienta y reduce la posibilidad de endurecer la pieza. Es contrario a la intuición; cuando escuchas alta velocidad, piensas en mucho calor. No es cierto aquí. En una aplicación de ranura completa, todo el diámetro del cortador se acopla a la pieza de trabajo o el cortador tiene un arco de acoplamiento completo de 180°. Este alto arco de enganche significa que el filo permanece en el corte durante mucho tiempo, produciendo así más calor. A medida que el radial o arco de acoplamiento disminuye, también disminuye la cantidad de tiempo que cada filo está en contacto con la pieza de trabajo, lo que produce menos calor y proporciona al filo más tiempo para enfriarse entre cortes.

Esta reducción de calor tiene un par de beneficios. Ayuda a prevenir el endurecimiento por trabajo en aceros inoxidables y con alto contenido de carbono y reduce la cantidad de transferencia de calor hacia la herramienta cuando se mecanizan metales refractarios y superaleaciones. En pocas palabras: mejora la vida útil de la herramienta. Con todos estos resultados positivos, ¿cuál es el problema?

No hay ningún problema real, sin embargo, existen principios básicos que deben seguirse. Siempre es importante la rigidez de todo el mecanismo de mecanizado: máquina, husillo, soporte, útil, etc. Mantener una carga constante en la herramienta es clave y requiere trayectorias de herramienta específicas, sin cambios direccionales repentinos y bruscos.

El fresado trocoidal, el fresado dinámico, el fresado volumétrico o el corte son algunas estrategias de trayectoria de corte compatibles con el software CAD/CAM más moderno que ayudan al mecanizado de alta velocidad y alto avance. En muchos casos, se necesita una combinación de más de una estrategia para completar la pieza.

Recuerde, cuantas más astillas haya en el suelo, ¡más piezas saldrán por la puerta!

Conéctate con nosotros