¿Cómo hacer las estrategias correctas de mecanizado de metales?

El mecanizado de metales y específicamente el fresado están muy extendidos en las técnicas modernas de creación de prototipos. Los fabricantes de prototipos tienden a maximizar las capacidades de sus equipos en lo que respecta a la tecnología. Uno de los métodos que se ha popularizado en los últimos años es el fresado helicoidal. Intentemos aclarar de qué se trata el fresado helicoidal, sus ventajas y desventajas y cómo puede utilizar este conocimiento al diseñar su prototipo para reducir sus costos de fabricación.

¿Qué es el fresado helicoidal?

El fresado helicoidal es un proceso alternativo de fabricación de agujeros. Este proceso involucra una fresa que sigue una trayectoria helicoidal para lograr un orificio de alta calidad. Ofrece muchas ventajas en comparación con la perforación convencional y puede reemplazar directamente a las máquinas perforadoras, lo que siempre es ventajoso para los talleres de creación de prototipos, ya que realmente quieren evitar comprar muchos equipos. (Ja, no digo que sean aburridos, en realidad son bastante agudos, espera... son aburridos y agudos al mismo tiempo. Este juego de palabras me está matando). El fresado helicoidal se puede utilizar para crear agujeros de prácticamente cualquier forma, la fuerza de corte es menor, el desgaste de la herramienta también y la calidad alcanzable puede ser bastante alta.

¿Por qué no perforar?

La principal alternativa al fresado helicoidal es el taladrado convencional. Es un método muy extendido de hacer agujeros. Estadísticamente, el taladrado ocupa hasta el 25% del tiempo de ciclo y el 33% del número total de operaciones de mecanizado cuando se fabrica una pieza metálica. Pero, ¿por qué debería considerar la molienda? A pesar de que, obviamente, la cinemática es mucho más sencilla, el taladrado tiene una serie de contras que justifican utilizar una técnica de fresado más complicada.

Por ejemplo, la velocidad de perforación difiere con el diámetro. Es más alto en su punto exterior y es prácticamente nulo en el centro del taladro (donde está el eje). Significa que el proceso de mecanizado cerca del eje de revolución no es realmente corte sino deformación plástica. Esto aumenta la fuerza de empuje de la herramienta y la herramienta se desgasta drásticamente.

Debido a la fuerza de empuje axial, la broca, especialmente una desgastada, doblará una capa delgada de metal a medida que sale de la culata. El material sobrante resultante sobresale alrededor del orificio y debe eliminarse manualmente. En su lugar, el uso de un molino reduce drásticamente el material sobrante.

La perforación proporciona condiciones de eliminación de virutas terribles. El material procesado solo se puede eliminar a través de las estrías de perforación. La eliminación de virutas influye en el acabado superficial del agujero y en la temperatura de corte. A medida que las piezas de metal se mueven desde la zona de corte a través de las estrías hacia la superficie, raspan los lados del orificio y reducen el acabado de la superficie. Se ha comprobado que las virutas transportan hasta un 80% del calor de corte, por lo que los problemas de remoción aumentan la temperatura de la broca. Se desgasta más rápido por eso. Para aumentar la tasa de eliminación de virutas, los operadores utilizan métodos de perforación discretos. El taladro procesa una parte de la longitud total, después de lo cual se retira. Esta es una buena estrategia pero el tiempo de perforación aumenta.

Como puede ver, la perforación tiene algunos inconvenientes significativos, por lo que, en la tendencia de aumentar la eficiencia del mecanizado y, por lo tanto, la eficiencia de los talleres de creación de prototipos, los fabricantes emplean el fresado helicoidal

Algunos detalles del fresado helicoidal

Repasemos algunos de los procesos que ocurren en el fresado helicoidal.

En primer lugar, la fresa de extremo se mueve a lo largo de una trayectoria helicoidal. Significa que el centro de fresado debe combinar el movimiento del eje vertical z y el eje horizontal x-y. Esto hace que el programa NC sea muy complejo de escribir manualmente, sin embargo, muchos sistemas CAM han adoptado el fresado helicoidal como una de las estrategias.

La geometría de la viruta consta de dos zonas:la azul que se crea por el lado de la fresa y la zona roja que se crea por la cara de la fresa. Se ha demostrado que la relación entre las dos zonas está determinada únicamente por los diámetros de la herramienta y del agujero.

Con el aumento del diámetro de la herramienta, aumenta la zona azul. Proporciona un peor fresado en cuanto a vibración ya que la viruta azul es discontinua, a diferencia de la roja. Por lo tanto, el acabado de la superficie será peor. Además, con el aumento del volumen removido por el lado del molino, las fuerzas de corte radiales crecen (Fr rojo en la imagen) y doblan la herramienta dentro del agujero, por lo que la tolerancia disminuye. El efecto negativo se reduce hasta cierto punto por el hecho de que las herramientas más grandes tienen más rigidez.

Si la herramienta es más pequeña, prevalece la zona roja, por lo que la fuerza radial es pequeña, así como la vibración, sin embargo, la disminución del diámetro de la herramienta está limitada por la rigidez del sistema.

Diría que usar una herramienta más grande al principio es mejor y cambiarla por una más pequeña para un corte final con poca profundidad y avance dará como resultado un excelente acabado superficial.

Razones para utilizar el fresado helicoidal

Como puede ver, el fresado helicoidal es un proceso prometedor que ofrece una serie de ventajas.

Puede lograr cualquier diámetro con mejor precisión y calidad de superficie sin cambiar la herramienta. Si alguna vez has perforado un conjunto mayor de 35 mm, sabrás que hacerlo con una sola broca es una mala decisión. Se suele hacer con una gama de brocas más pequeñas, por ejemplo, el total inicial será de 10 mm, luego se perforará a 20 mm con una broca más grande y solo después a 35 mm. Posteriormente, si necesita más precisión o acabado superficial, escariará o avellanará el orificio. Eso es como 4-6 cambios de herramientas para hacer un todo. Bueno, con el fresado helicoidal solo necesitará usar una fresa para cortar el orificio y luego usar un avance más pequeño para lograr la tolerancia y la calidad deseadas. Puede lograr hasta IT7 con Ra 1,25 sin cambiar las herramientas.

Tiene una temperatura de corte más baja y una mejor eliminación de virutas. La fresa no ocupa todo el espacio del orificio. Esa es la principal ventaja. No es necesario extraer la herramienta después de hundir cada 30 mm más o menos. Simplemente rocíe el refrigerante en el orificio y eliminará la viruta y reducirá la temperatura del mecanizado.

Puede predecir el desgaste de la herramienta y realizar modificaciones en la trayectoria. Uno de los principales problemas en el taladrado es que cuando la broca está desgastada se nota mayoritariamente una vez que se rompe por completo al mecanizar materiales duros, incluso puede atascarse en el agujero. Con el fresado helicoidal, básicamente solo está fresando. Por lo tanto, puede predecir el desgaste de la herramienta utilizando métodos de cálculo estándar o utilizando la vida útil de la herramienta especificada por el fabricante. Incluso puede tener en cuenta esos cambios durante el proceso. Entonces, puede cambiar un poco la trayectoria para preservar la dimensión del diámetro. Sin embargo, realmente no puedes hacer eso con la perforación. Ah, por cierto, la vida útil de la herramienta está determinada por el desgaste de la cara de la herramienta (viruta de zona roja).

Conclusiones

Por supuesto, el fresado helicoidal es un proceso innovador y tiene sus contras. Por ejemplo, su tasa de eliminación de virutas no es tan rápida y sus parámetros aún no están tan bien investigados. Sin embargo, esta técnica reduce el número de configuraciones, mecanizado y herramientas, al tiempo que conserva la calidad de las perforaciones. Esa es una ventaja considerable para los fabricantes de prototipos que desean minimizar la cantidad de herramientas y equipos necesarios.