Corte de Alta Velocidad Explicado: Impulsando Eficiencia y Precisión en Manufactura

El término "Corte de Alta Velocidad" (también conocido como mecanizado de alta velocidad) ha crecido significativamente en la industria manufacturera en los últimos 5 a 10 años. A pesar de su nuevo estatus de "palabra de moda", la definición de este proceso sigue siendo algo elusiva, o en el mejor de los casos se define vagamente como simplemente fresar a un RPM lo suficientemente alto. La realidad del corte de alta velocidad es un poco más matizada, pero no por ello deja de exigir atención debido a las eficiencias significativas que ofrece. En esta publicación analizaremos el inicio y desarrollo del corte de alta velocidad como proceso. La investigación y desarrollo de la metodología de corte de alta velocidad se avanzó más significativamente a finales de los 70 y principios de los 80 mediante el Programa Avanzado de Investigación de Manufactura, financiado por DARPA. El objetivo de este programa era identificar un medio de remoción de material más rápido mediante el uso de RPM y tasas de avance significativamente más altas que las empleadas tradicionalmente. Este programa probó velocidades de corte (Vc) que variaban desde tan solo 0.05 pulg/min hasta 960,000 pulg/min y más. Investigaciones similares se realizaban en Europa a mediados de los 80 en la Universidad Técnica de Darmstadt. Los resultados de estos esfuerzos de investigación llevaron a la realización de que el "punto óptimo" de un proceso de corte de alta velocidad varía dependiendo del material que se fresa y de la geometría de la herramienta de corte. En general, estos puntos óptimos se definen de la siguiente manera:

Una vez que se ha alcanzado el umbral del rango HSM, los beneficios de este método de corte comienzan a mostrarse. Las ventajas del corte de alta velocidad se realizan en cuatro áreas principales:

1.) Aumento de la precisión de mecanizado

A medida que aumenta la velocidad de corte, la fuerza de corte disminuye debido a un fenómeno llamado tixotropía – o la propiedad de un material para "ablandarse por trabajo" debido a la deformación por cizallamiento impartida por el filo de corte de la herramienta, y luego volver a sus propiedades de dureza originales una vez completado el proceso de corte. Esta propiedad es particularmente cierta para aleaciones de aluminio, lo que hace del aluminio un candidato ideal para procesos de corte de alta velocidad.

2.) Mejoras en el acabado superficial

El conocimiento general de mecanizado nos dice que el calor por fricción en un proceso de fresado se genera por igual en cada lado del filo de corte de la herramienta (representando casi el 80% de todo el calor de fricción inducido) con otro 20% generado por la deformación o flexión de la viruta resultante. En un proceso de corte de alta velocidad, la carga de viruta se evacúa a tal velocidad que la mayoría (aproximadamente 60%) de este calor basado en fricción no tiene tiempo suficiente para conducir hacia la pieza de trabajo circundante o hacia la herramienta misma. Como resultado, el acabado superficial mecanizado exhibe una calidad superior con una reducción apreciable en la degradación de la pieza inducida por temperatura.

3.) Reducción de la formación de rebabas

Basado en estudios enfocados en las mejores prácticas de mecanizado de alta velocidad, se observa una disminución notable en la formación de rebabas una vez que se ha alcanzado una velocidad de corte lo suficientemente alta. Esta reducción en la formación de rebabas es función tanto de la velocidad de corte como del diseño geométrico adecuado del filo de corte. En resumen, una herramienta de corte diseñada adecuadamente para el material de trabajo que gira a velocidad suficiente efectúa un corte lo suficientemente rápido para cizallar el material completa y limpiamente, reduciendo o eliminando la formación de rebabas.

4.) Mejora en la evacuación de virutas

Similar a la reducción en la formación de rebabas, la mejora en la evacuación de virutas disfrutada por quienes emplean prácticas de corte de alta velocidad es principalmente resultado de la geometría de la herramienta de corte combinada con el estado de alta energía producido por los RPM aplicados. Con una velocidad de corte superior a 500 m/min, y una herramienta de corte optimizada para evacuar un gran volumen de virutas en un corto período, la carga de viruta resultante puede ser eyectada del área de procesamiento con alta velocidad, reduciendo enormemente la posibilidad de re-mecanizado de virutas o daño a la pieza de trabajo debido a una abundancia de virutas residuales. Con velocidades de husillo en el rango de 8,000 a 12,000 RPM volviéndose muy comunes en el mercado de máquinas herramienta, la capacidad de aprovechar las ventajas del corte de alta velocidad en acero, hierro fundido y aleaciones a base de níquel ya está disponible para fabricantes dispuestos a adaptar sus estrategias a las que encajan con las mejores prácticas HSC. El corte de alta velocidad de materiales no ferrosos como latón, aluminio y plásticos de ingeniería exige una capacidad de RPM significativamente más alta, y como tal, quienes deseen aprovechar los beneficios del corte de alta velocidad para estos materiales deben enfocarse en equipos de fresado capaces de operar a velocidades de husillo de alta velocidad de 25,000 a 50,000 RPM o más. Con la necesidad de piezas mecanizadas que muestren niveles cada vez mayores de precisión y calidad, el corte de alta velocidad ofrece un medio de trabajar "de forma más inteligente, no más dura" – aprovechando un sistema de fresado CNC donde una sinergia entre material, herramienta de corte y velocidad de corte permite niveles de rendimiento inéditos en prácticas de mecanizado tradicionales.