Cortando lo profundo y angosto

La serie de fresas de extremo EXOCARB® WXS® de OSG ofrece una alternativa confiable para el mecanizado de cavidades profundas

Magnus Hoyer, OSG Alemania

Una serie de desafíos, como la mala evacuación de virutas, la vibración, el traqueteo, la inestabilidad de la herramienta y la vida útil deficiente de la herramienta, se asocian comúnmente con el mecanizado de cavidades profundas. En aplicaciones profundas, las paredes laterales de la pieza de trabajo se convierten en barreras para la eliminación adecuada de virutas. La evacuación de virutas solo empeoraría cuanto más profundo se adentrara en una pieza. Además, los portaherramientas y los adaptadores pueden chocar con la pieza de trabajo debido al alto contorno y al entorno de banda estrecha. Con las herramientas de corte estándar, los filos de corte están completamente acoplados con la pieza de trabajo, lo que genera fuerzas de corte laterales que pueden desencadenar vibraciones, traqueteo y, por lo tanto, la falla de la herramienta. El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) se utiliza a menudo como una alternativa para el mecanizado de cavidades profundas, pero requiere mucho tiempo y es costoso.

Meissner AG, un fabricante alemán de prototipos, herramientas de producción y moldes, estaba experimentando un gran desafío al trabajar con la producción de herramientas de núcleo con camisa de agua que requieren el procesamiento de cavidades estrechas, bandas estrechas y contornos altos. Como fabricante que siempre está sincronizado con los últimos equipos y tecnologías de producción, Meissner ha descubierto que, incluso con la utilización del mecanizado de 5 ejes, no se puede lograr un rendimiento óptimo para este tipo de trabajo.

Fundada en 1922 y con sede en Biedenkopf-Wallau, Alemania, Meissner ofrece servicios que incluyen el desarrollo, diseño y fabricación de prototipos y herramientas y moldes de producción para clientes de todo el mundo. Las herramientas del producto pueden incluir herramientas para la fundición de bloques de motor, culatas, piezas de llantas de automóviles de varios materiales, moldes de soplado para tanques de combustible y tuberías de llenado, y más.

Meissner tiene un total de 340 empleados, de los cuales aproximadamente 50 son ingenieros. Meissner pone gran énfasis en la excelencia del producto, la confiabilidad y la innovación continua. Meissner emplea equipos y tecnología modernos con prácticamente todos los sistemas CAD de la industria automotriz y una gestión de datos basada en CAD para permitir una comunicación eficaz y eficiente con sus clientes.

Meissner es una de las primeras empresas en Alemania en introducir el mecanizado de 5 ejes. La reducción del tiempo de ciclo y el aumento de la precisión son dos grandes ventajas de los centros de mecanizado CNC de 5 ejes. Sin embargo, los ingenieros de producto de Meissner han descubierto cada vez con más frecuencia que, para ciertos componentes, no siempre tiene sentido confiar en el mecanizado de 5 ejes.

Según Christoph Schwarz, líder de grupo de producción mecánica de Meissner, la incapacidad de maximizar por completo el potencial de un centro de mecanizado de 5 ejes es especialmente evidente en el mecanizado de herramientas de núcleo con camisa de agua.

“Con estas herramientas, tenemos áreas estrechas, cavidades estrechas, redes estrechas y contornos altos”, dijo Schwarz. “Se ponen límites a los movimientos giratorios de las máquinas, lo que reduce las velocidades y los avances”.

Según Schwarz, los movimientos de rotación también ejercen más presión sobre las herramientas. Por lo tanto, dependiendo de la geometría de la pieza de trabajo, el centro de mecanizado de 5 ejes no siempre tiene sentido. Meissner también ha estado procesando piezas de trabajo de cavidades profundas con EDM, pero requiere mucho tiempo y es costoso.

“Con las herramientas adecuadas, nuestras comparaciones han demostrado que, para ciertas piezas de trabajo, somos mucho más rápidos con un centro de mecanizado de 3 ejes”, dijo Schwarz.

Las cavidades profundas y estrechas suelen requerir herramientas muy largas y delgadas. La desviación de la herramienta es un problema común durante el procesamiento. Por este motivo, Meissner ha estado buscando una alternativa, ya que no quería fresar en ángulo en 5 ejes ni optar por la electroerosión.

Con las fresas toroidales y de bola de 2 flautas de OSG, parece haberse encontrado una solución, en particular para el desbaste de contornos y el acabado de herramientas de núcleo para camisas de agua. La idea de utilizar las fresas toroidales y de bola de OSG junto con un centro de mecanizado de 3 ejes surgió a principios de año a partir de otro proyecto. Las fresas toroidales y de bola de la serie WXS® de OSG se han elegido por muchas razones, explica Schwarz.

“Primero, fue la experiencia positiva. OSG siempre mostró disposición en respuesta a las consultas, los tiempos de entrega fueron cortos y el asesoramiento fue competente”, dijo Schwarz. "Sin embargo, lo más importante fue el resultado obtenido con estas herramientas de corte".

Mientras que las fresas de las series WXS® y WXS-C se originan en la sede de OSG en Japón, las herramientas de la serie EPL se fabrican en las instalaciones de OSG Alemania en Göppingen. La serie de fresas de extremo WXS® está diseñada con un recubrimiento súper duro con nanotecnología para una alta resistencia al calor. Está diseñado para sobresalir en materiales de trabajo por encima de 50 HRC. El revestimiento WXL® original de OSG tiene una temperatura de oxidación de 1.300 °C para permitir mayores velocidades de husillo y una mayor vida útil de la herramienta, incluso en mecanizado a alta velocidad o en seco. Su geometría de herramienta única permite un fresado de alta calidad y alta precisión incluso en condiciones de mecanizado difíciles. Además de la fresa de mango WXS®, la WXS-CRE es una fresa de mango de metal duro de alto rendimiento de 5 flautas con un súper radio y está diseñada para acomodar materiales de hasta 65 HRC. Por último, pero no menos importante, la EPL es una serie de fresas de extremo de cuello largo y punta esférica, de 2 flautas, de alto rendimiento, diseñada para sobresalir en materiales de 45 HRC y hasta 60 HRC.

Se llevaron a cabo pruebas de mecanizado en la herramienta central con camisa de agua con cavidades profundas mediante fresado de 3 ejes. Se pusieron a prueba herramientas de diferentes fabricantes en condiciones idénticas. Según Matthias Bassler, director de producción de división de Meissner, la decisión se tomó a favor de OSG.

“No buscamos el último segundo, pero el tiempo también es un factor importante para nosotros”, dijo Bassler.

“Tenemos muchas operaciones de acabado que consumen mucho tiempo. La calidad, la vida útil de la herramienta y la fiabilidad del proceso son de enorme importancia. Cualquier retrabajo que pueda ser necesario, por cualquier motivo, tendría un efecto enorme en los costos. Nuestras pruebas han demostrado que, con este material, teníamos que ejecutar un paso adicional al usar herramientas de otros fabricantes. Con OSG, por otro lado, todo salió bien”, dijo Bassler.

Además de la productividad, Meissner también tiene estrictos requisitos de precisión dimensional y acabado superficial. Las herramientas de núcleo están preacabadas con una alianza de mecanizado óptima de 0,3 mm. Después del acabado, las tolerancias en todos los niveles deben estar dentro del rango de tolerancia especificado de 0,03 mm. Naturalmente, tales resultados requerirían una programación adecuada.

“Para hacer bien el trabajo, primero es necesario determinar la secuencia de herramientas”, dijo Christoph Rothenpieler, programador CAM en Meissner.

“Las herramientas para el desbaste y el preacabado deben elegirse de tal manera que se produzca la menor desviación posible más adelante durante el acabado. Esta es la única forma de preparar un contorno óptimo”, agregó Rothenpieler.

Los requisitos previos para lograr tal precisión dependen en gran medida del centro de mecanizado y las herramientas de corte. En este caso, los centros de mecanizado de Hermle ofrecen los mejores resultados. El ochenta por ciento del trabajo de acabado se realiza en estas máquinas. En términos de herramientas de corte, el gerente de ventas de OSG, Uli Blöcher, sabe lo que realmente importa.

“Las diferencias entre las herramientas están determinadas principalmente por la elección del carburo, la geometría de los filos de corte, la rigidez de los conos y, lo que es más importante, por el sustrato o cómo funciona la herramienta en los filos de corte”, dijo Blöcher.

La serie EXOCARB® WXS® de OSG ofrece geometrías de herramientas de corte únicas que están diseñadas para permitir tiempos de ciclo más rápidos con aplicaciones profundas. La tecnología de corte en espiral de la geometría de corte ayuda a minimizar la vibración y la vibración, lo que permite un fresado de contorno estable.

Mire este breve video para ver una comparación de la generación de calor entre EXOCARB® WXS® de OSG y una fresa de mango de la competencia en acero para herramientas D2:

La búsqueda de Meissner de una solución de procesamiento alternativa les ha permitido revivir una serie de centros de mecanizado de 3 ejes al mismo tiempo que permiten que sus centros de mecanizado de 5 ejes estén en plena producción con otros trabajos.

Con las herramientas adecuadas, un centro de mecanizado de 3 ejes puede superar a un centro de mecanizado de 5 ejes para maximizar la rentabilidad. Las herramientas de OSG demuestran que es posible realizar cortes profundos y angostos en un eje de 3 con una vibración, un tiempo de ciclo y un tiempo de configuración mínimos, mientras que al mismo tiempo aumentan la velocidad de extracción y la vida útil de la herramienta. A veces, cuestionar un método establecido puede ser el primer paso hacia el progreso.

Aparecido anteriormente en la revista SHAPE IT.