Dominar el fresado de roscas:técnicas expertas de roscado CNC y mejores prácticas

¿Qué es el fresado de roscas?

Comenzaremos con una introducción técnica al fresado de roscas. Es un tipo de operación de fresado que crea roscas internas o externas en una pieza de trabajo utilizando una fresa de roscar. En el fresado de roscas, la herramienta gira (al ser un proceso de fresado) y sigue una trayectoria helicoidal.

El fresado de roscas CNC es un proceso de alta precisión en el que la herramienta de corte se mueve en coordinación con los ejes de la máquina, utilizando técnicas avanzadas de interpolación. El roscado CNC ofrece un gran control y versatilidad al usuario, además de ser una alternativa más segura a otras operaciones de roscado.

Parámetros clave en el fresado de roscas

El roscado es un proceso de fresado complejo con varios parámetros básicos. Estos parámetros se relacionan con el proceso de corte y también con el movimiento sincrónico entre la herramienta y la pieza de trabajo.

Las siguientes secciones describen los parámetros importantes de fresado de roscas.

Paso de rosca

El paso de rosca es posiblemente el parámetro más definitorio para las operaciones de roscado. Cada diseño de hilo tiene un hilo específico, que define la distancia entre los hilos adyacentes.

La herramienta de corte debe avanzar de acuerdo con la definición del paso de rosca para poder cortar el paso de rosca correcto. Por lo general, esto afecta la trayectoria de la herramienta y la planificación del movimiento helicoidal en la fase de programación CAM del proceso.

Velocidad del husillo

La velocidad del husillo determina qué tan rápido gira la herramienta a lo largo de su eje. La unidad común para la velocidad del husillo son las revoluciones por minuto (RPM). Los maquinistas seleccionan la velocidad del husillo en función del material de la pieza de trabajo, el diámetro de la herramienta y las consideraciones de vida útil de la herramienta.

Generalmente, son preferibles velocidades más altas para el roscado CNC para maximizar la productividad y la calidad de la superficie. Sin embargo, las velocidades excesivamente altas también generan calor y, en consecuencia, imprecisiones dimensionales.

Corte de avance

El avance de corte, medido en unidades de mm/rev, mm/min o mm/diente, dicta cómo se mueve la fresa de roscar a lo largo de su trayectoria. Las velocidades de avance de corte más altas producen resultados más rápidos pero deterioran el acabado de la superficie y la precisión, que son las principales consideraciones en la mayoría de los componentes roscados. Estas reglas son similares a cualquier proceso de fresado como el ranurado.

Una rosca con mucha rugosidad o mal acabado corre el riesgo de atascarse, requerir fuerza excesiva y arruinar la pieza.

Generalmente, los avances en el rango de 0,05 a 0,15 mm/diente son el estándar aceptado en la industria.

Profundidad de corte

La profundidad de corte controla la profundidad con la que la herramienta corta la superficie de la pieza de trabajo. Una profundidad de corte menor es adecuada para metales difíciles de cortar, pero requiere más pasadas para lograr la profundidad de rosca correcta.

Por el contrario, los ingenieros de fabricación prefieren el corte de una sola pasada para roscas menores y materiales fáciles de cortar. En este caso, la profundidad de corte radial es equivalente a la profundidad de rosca.

Fresado de roscas frente a otras operaciones de roscado

El fresado de roscas no es el único tipo de operación de rosca. Los maquinistas tienen a su disposición una variedad de técnicas de roscado para cortar hilos. Sin embargo, cada proceso tiene sus pros y sus contras.

Echemos un vistazo breve a cómo se comporta el roscado CNC frente a los métodos de roscado convencionales.

Fresado de roscas versus roscado

El roscado es un método de roscado en el que el cortador (un macho de roscar) entra en el orificio/sobre el eje como una broca, cortando hilos en el camino.

La principal diferencia entre estos dos métodos es que el fresado de roscas puede cortar roscas en varios diámetros y pasos, mientras que una fresa de macho está limitada a un diámetro y paso específicos. Los grifos también son conocidos por una mala evacuación de virutas y roturas ocasionales.

Sin embargo, el roscado sigue siendo una opción popular en entornos de talleres mecánicos debido a su mayor velocidad y menor costo, lo que ofrece una buena ganga por su menor precisión dimensional.

Fresado de roscas frente a torneado de roscas

La principal diferencia aquí es simple. El torneado de roscas se realiza en el torno, mientras que el fresado de roscas utiliza una fresadora.

El torneado de roscas es más adecuado para piezas cilíndricas con grandes diámetros y requisitos de concentricidad. El fresado de roscas, por otro lado, es más versátil en términos de trayectorias de herramientas y manejo de geometrías complejas.

Fresado de roscas versus laminado de roscas

El laminado de roscas es un proceso de conformado que no implica cortar material como el fresado.
El laminado de roscas implica colocar la pieza de trabajo entre matrices de forja con el diseño de la rosca cortado en su superficie. Forman las roscas en la superficie de la pieza de trabajo aplicando temperatura y presión. Normalmente, esto produce hilos más fuertes y suaves debido al proceso de forjado en frío.

Sin embargo, el laminado de roscas requiere equipos especializados y costosos y no es tan versátil como el fresado de roscas en términos de geometría y control de la rosca.

Tipos de fresas de rosca

El fresado de roscas es un proceso versátil con varias fresas a disposición de los ingenieros y técnicos de producción. Las siguientes secciones cubren los principales tipos de herramientas de roscado CNC.

Flauta recta

Las fresas de rosca de flauta recta tienen bordes cortantes paralelos al eje de la herramienta. Esta configuración los hace rígidos y perfectos para usar con materiales blandos y operaciones de roscado a baja velocidad. Generalmente, su rigidez los hace resistentes a deflexiones y roturas.

Sin embargo, debido a que no existe un ángulo de hélice, la evacuación de virutas cuando se utilizan cortadores de flauta recta puede resultar un desafío. Por tanto, su uso se limita a hilos poco profundos.

Flauta helicoidal

Los cortadores de flauta helicoidal, como su nombre indica, presentan un ángulo de hélice en los bordes cortantes, lo que les da su característica forma de espiral. El ángulo de hélice ayuda con la gestión de la carga y la evacuación de virutas, lo que los hace adecuados para materiales difíciles de cortar.

Las fresas de rosca de flauta helicoidal son más adecuadas para parámetros de corte agresivos, ya que admiten altas velocidades y avances sin problemas como vibraciones y chirridos.

Perfil único

Las fresas de perfil único, también las fresas de una punta, cuentan con una sola fila de dientes al final de su longitud. Esta característica de diseño los hace muy versátiles, ya que los maquinistas obtienen control independiente sobre cada hilo.

Estas fresas de roscar son preferibles para trabajos de roscado personalizados, como roscas de paso variable.

Sin embargo, un inconveniente de ellos es que requieren un gran número de pasadas para completar el hilo, ya que tienen un solo filo. Por lo tanto, no son una opción popular para diseños de roscas estándar.

Escalones internos/externos

Las roscas pueden ser internas, como en el interior de los agujeros, o externas, como en el caso de pernos o espárragos. Existen fresas de rosca especializadas para ambos tipos de rosca.

Por ejemplo, en operaciones de roscado interno CNC, no hay mucho espacio que ocupar para la herramienta debido a que está dentro de un agujero; por lo tanto, los cortadores de roscado interno presentan un diseño tipo barra perforadora con un pequeño borde cortante que sobresale.

Las fresas de rosca externa son más similares a las fresas con ranuras, geometría de herramienta y roscas regulares.

Ventajas y limitaciones del fresado de roscas

El fresado de roscas no es la única operación de mecanizado para cortar roscas en piezas de trabajo. Con opciones alternativas disponibles, los ingenieros tienen el lujo de elegir el mejor proceso de roscado para su aplicación.

Ventajas del fresado de roscas

• Flexibilidad :El fresado de roscas CNC es bastante versátil. Una fresa de un solo hilo puede cortar varios tipos de hilos, tamaños de hilo y pasos.
• Mejor control :El fresado de roscas ofrece a los maquinistas un mejor control para solucionar problemas como el roscado de orificios ciegos, materiales difíciles de cortar y roturas de herramientas.
• Calidad :El roscado CNC generalmente produce roscas suaves y sin rebabas en comparación con otras técnicas de roscado. Esto se debe principalmente al control preciso a nivel CNC y a la calidad de las fresas de roscar.
• Mejor evacuación de viruta :Los programas óptimos de evacuación de virutas y la alta precisión del movimiento conducen a una eliminación de virutas más eficiente y segura en las operaciones de roscado CNC.

Desventajas del fresado de roscas

• Dependencia del CNC :El fresado de roscas no se puede realizar cómodamente en una fresadora manual con precisiones de alto nivel. Por lo tanto, para aplicaciones de precisión, los operadores deben confiar en una máquina CNC para producir roscas.
• Coste de la herramienta :Las fresas para roscar tienen características geométricas especiales, lo que las hace más costosas que las fresas normales.
• Requisito de alta velocidad :El roscado CNC fino requiere máquinas de alta velocidad, que no siempre están disponibles en todos los talleres mecánicos.

Mejores prácticas para el fresado de roscas CNC

Los expertos en mecanizado siguen una serie de mejores prácticas al planificar una operación de fresado de roscas CNC. Los siguientes puntos resumen estas pautas:

• Interpolación helicoidal :Las trayectorias helicoidales son el método de referencia para programar operaciones de fresado de roscas CNC. Es mejor utilizar códigos estándar como G32/G33 para operaciones de subprocesos.
• Chaflán/agujero inicial pretaladrado :Los expertos recomiendan utilizar chaflanes o agujeros previamente perforados antes de comenzar a roscar. Estas características guían el cortador de roscar a la posición correcta, reducen las cargas de corte y permiten una entrada suave en el corte.
• Fresado en ascenso :El fresado en ascenso es preferible para el roscado CNC ya que genera una superficie lisa. En el fresado convencional, la fresa roza la superficie de la rosca y tiene una vida útil más corta debido al calor y la fricción.
• Corte en varias pasadas :Mecanizar toda la rosca en una sola pasada (una profundidad de corte) puede provocar un acabado superficial rugoso y fuerzas de corte elevadas. Múltiples pasadas radiales pueden mejorar drásticamente la calidad de la rosca.
• Diámetro de corte pequeño :El diámetro de la fresa afecta la trayectoria de la herramienta. Un cortador pequeño necesita una trayectoria de corte de mayor diámetro, lo que permite que su centro atraviese muy cerca de la superficie de roscado. Esto reduce las posibilidades de errores de formulario en el perfil del hilo.
• Optimizar trayectoria de herramienta :Las funciones de la trayectoria de herramienta, como las técnicas de entrada/salida y de interpolación, se pueden optimizar en el software CAM, lo que produce menos vibraciones, fallas de corte y problemas de calidad.
• Estrategia de refrigerante :La aplicación de refrigerante afecta la calidad de la superficie mecanizada. Ciertos materiales, como el acero inoxidable, se utilizan para una lubricación eficaz en la zona de corte, pero en algunos casos es preferible el mecanizado en seco para evitar el choque térmico en la interfaz de corte.

Aplicaciones comunes del fresado de roscas

El fresado de roscas CNC es un proceso universal en cualquier taller mecánico. Dado que la mayoría de los componentes mecánicos forman parte de conjuntos más grandes, es común encontrar características roscadas.

Aquí hay una lista de algunas aplicaciones industriales comunes del fresado de roscas:

• Bloques de motor para automóviles :Los pernos son la opción principal para ensamblar diferentes bloques de motor. Además, la mayoría de los sensores, como los sensores de temperatura, también cuentan con roscas para su instalación.
• Médico :Los tornillos óseos y los implantes dentales suelen utilizar piezas de fresado de roscas de precisión para proporcionar una fijación rígida y cómoda.
• Cajas:Las cajas de múltiples componentes cuentan con roscas de paso fino para acomodar tornillos de fijación. Por ejemplo, cajas electrónicas y cuerpos de teléfonos inteligentes.
• Soportes y gabinetes aeroespaciales :Los paneles, las carcasas de aviónica y los soportes en la industria aeroespacial a menudo se unen mediante componentes roscados producidos con operaciones de fresado de roscas CNC de súper precisión.

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Para concluir esta discusión sobre el fresado de roscas, el roscado CNC es una de las técnicas de mecanizado principales para producir roscas mecánicas. Ofrecen varias ventajas, como alta rigidez, precisión dimensional y versatilidad con respecto a varios tipos de roscas.