Fresado lateral:tipos, parámetros y aplicaciones clave

¿Qué es el fresado lateral?

Comencemos con una respuesta técnica a la pregunta que nos ocupa. El fresado lateral es esencialmente un proceso de mecanizado, en particular el fresado, en el que los bordes laterales de una fresa eliminan material de una pieza de trabajo. Esto da como resultado superficies verticales o angulares en el lado de la pieza de trabajo.

Esto contrasta con el planeado, donde los bordes de corte frontal realizan el corte y los bordes laterales no se enganchan.

El fresado lateral se utiliza ampliamente en el mecanizado CNC para producir características 3D como hombros, ranuras, escalones, cavidades y otras geometrías complejas con alta precisión.

La mecánica y el rendimiento del fresado lateral, como ocurre con cualquier operación de mecanizado, están dictados por algunos parámetros de mecanizado. Al ser una operación de fresado estándar, los parámetros de corte para el fresado lateral son bastante sencillos.

1. Velocidad de corte

La velocidad de corte (m/min o pies/min) se relaciona con la rapidez con la que se mueve el filo a través de la superficie de la pieza de trabajo. La elección de la velocidad de corte depende de factores como el material de la pieza de trabajo, el material del cortador, la geometría del cortador como el ángulo de la hélice y los requisitos de calidad como el rendimiento y el acabado de la superficie.

2. Velocidad de alimentación

La velocidad de avance (mm/rev) dicta la rapidez con la que la herramienta atraviesa la pieza de trabajo. Esto no debe confundirse con la velocidad de corte, que es la velocidad local en la interfaz filo-material, mientras que el avance es cómo se mueve toda la herramienta en su conjunto. Los avances más altos se relacionan con una mayor productividad, pero con una menor calidad de la superficie y estabilidad térmica.

3. Profundidad de corte axial

La profundidad de corte axial (mm) es la profundidad a la que penetra la herramienta en la pieza de trabajo en su dirección axial. Una mayor profundidad de corte aumenta la tasa de eliminación de material pero también las fuerzas de corte. Normalmente, la resistencia de la herramienta limita la profundidad axial del corte, ya que los cortes más profundos pueden provocar deflexiones de la herramienta e incluso roturas.

4. Profundidad de corte radial

La profundidad de corte radial (mm) depende de la cantidad del diámetro de la herramienta que penetra en la superficie sin cortar de la pieza de trabajo. Al igual que con la profundidad de corte axial, las profundidades de corte radiales más profundas aumentan las fuerzas, la temperatura y la productividad. Puede variar desde tan solo el 5-10 % del diámetro de la fresa en cortes de acabado de paredes laterales hasta el 100 % en operaciones de fresado de ranuras.

5. Paso a paso

El paso a paso es más un parámetro de planificación de trayectoria que un parámetro de mecanizado directo. Es una medida de cuánto se mueve la herramienta dentro de la pieza de trabajo después de cada pasada de corte. Los pasos más pequeños requieren mucho tiempo pero generan un acabado superficial más suave.

Fórmulas de fresado lateral principal

El fresado lateral es un proceso muy sistemático con ecuaciones fundamentales que ayudan a los ingenieros y técnicos en la toma de decisiones en el taller.
Algunas de estas fórmulas de fresado lateral se enumeran a continuación.

Velocidad del husillo

Es importante determinar las RPM correctas del husillo de acuerdo con las pautas de velocidad de corte.

• n =Velocidad del husillo (RPM)
• Vc =Velocidad de corte (m/min)
• D =Diámetro del cortador (mm)

Velocidad de avance

La velocidad de avance es una entrada necesaria para un programa de fresado CNC. Así, su cálculo es en función de la geometría de la fresa y del avance por diente deseado.

• fz =Avance por diente (mm/diente)
• n =Velocidad del husillo (RPM)
• z =número de flautas en el cortador

Tasa de eliminación de material

Los fabricantes están muy preocupados por la tasa de eliminación de material, que es una indicación directa del rendimiento de su línea de producción. Calcular el MRR y optimizarlo para obtener resultados máximos es una cuestión de pérdidas y ganancias para las empresas manufactureras.

• MRR =Tasa de eliminación de material (mm3/min)
• Ap =Profundidad de corte axial (mm)
• Ae =Profundidad de corte radial (mm)
• F =Velocidad de avance (mm/min)

Fresado lateral frente a otras técnicas de fresado

El fresado lateral se distingue de otras técnicas de fresado CNC en varios aspectos. Hagamos una breve comparación del fresado lateral con algunos procesos de fresado comunes para resaltar estas diferencias.

 Compromiso del cortador Acabado superficial Aplicaciones Fresado lateral Solo los bordes laterales del cortador con acoplamiento radial parcial. Buen acabado (mejor con fresado ascendente) Paredes verticales, escalones y hombrosFresado frontal Solo los bordes inferiores del cortador. Bordes inferiores del cortador con acoplamiento radial parcial. Variable, según el plan de proceso y la trayectoria de la herramienta. Contornos de uso general.

Tipos de operaciones de fresado lateral

El fresado lateral es un proceso de mecanizado versátil. Los maquinistas lo utilizan en varias configuraciones para una variedad de funciones. Las siguientes secciones analizarán estos tipos de operaciones de fresado lateral.

Fresado simple

El fresado simple, también llamado comúnmente fresado en plancha, es la forma más básica de fresado lateral. Utiliza una fresa lateral para mecanizar una superficie lateral plana. Generalmente, utiliza una trayectoria de herramienta recta y el resultado es una superficie plana grande a lo largo de la dirección vertical o una cara angular.

Fresado lateral angular

El fresado lateral angular produce una superficie plana, pero con la herramienta configurada en un ángulo distinto de 90° con respecto a la cara de la pieza de trabajo de referencia. Esto es muy útil para producir características angulares como chaflanes, biseles o guías angulares.

En muchos casos, se requieren cortadores angulares especializados con el ángulo deseado ya integrado en el diseño de la herramienta.

Fresado lateral y frontal

El fresado lateral y frontal es un tipo de proceso de fresado híbrido en el que los bordes laterales y periféricos de la fresa cortan simultáneamente las superficies verticales y horizontales de la pieza de trabajo. Es bastante eficiente para cortar ranuras/ranuras, ya que tienen características tanto de piso como de pared.

Fresado de contorno

El fresado de contornos es similar al fresado simple, pero a lo largo de trayectorias curvas y complejas. Esta técnica de fresado lateral es útil para mecanizar piezas con contornos irregulares en sus caras verticales, como cavidades de moldes.

Fresado a horcajadas

El fresado lateral a horcajadas utiliza dos cortadores montados a cada lado de la pieza de trabajo. Esta configuración mecaniza dos caras verticales al mismo tiempo, consiguiendo un buen paralelismo, simetría y ahorrando tiempo.

Requisitos y configuración del fresado lateral

Una operación típica de fresado lateral, aunque básica por naturaleza, requiere una determinada configuración de máquina herramienta para su ejecución adecuada. Los maquinistas generalmente usan puntos de la lista de verificación como los que se muestran a continuación antes de fresar una pieza con CNC.

• Tipo de máquina :Las máquinas CNC vienen en varios tipos y tamaños. Por ejemplo, los centros de fresado verticales suelen ofrecer una mayor maniobrabilidad pero no son tan rígidos como los centros de mecanizado horizontales. Los materiales difíciles de cortar requieren altas velocidades de husillo y potencia, que no están disponibles en todos los centros de máquinas herramienta.
• Herramientas :La herramienta de corte y la configuración del portaherramientas son fundamentales en el fresado lateral de precisión. El material de la herramienta de corte (HSS, carburo), la geometría (longitud, diámetro, ángulo de hélice, número de canales) y la configuración de montaje (saliente de la herramienta, ajuste por contracción o collarín) son los principales factores que contribuyen a la rigidez de la punta de la herramienta y a la capacidad de corte.
• Fijación :La sujeción de piezas es importante para sujetar rígidamente la pieza. Esto puede requerir fijación especial y controlar las desalineaciones de las piezas antes del mecanizado. Las piezas mal montadas son susceptibles a deflexiones y vibraciones no deseadas.

Ventajas y limitaciones del fresado lateral CNC

El fresado lateral CNC es una operación de mecanizado universal. Sin embargo, no siempre es la primera opción para generar geometrías prismáticas verticales. Tiene sus pros y sus contras.
Comprenderlos es necesario para sopesar sus beneficios frente a operaciones de mecanizado alternativas.

Ventajas 

Es preferible el fresado lateral CNC por los siguientes motivos:

• Alta precisión :Es una operación sencilla con mínimas perturbaciones externas. Es ideal para mecanizar con precisión características geométricas simples como ranuras, escalones y hombros.
• Versatilidad del proceso :El fresado lateral es bastante universal. Se aplica a piezas resistentes con paredes/ranuras verticales y piezas pequeñas con características delicadas de paredes delgadas.
• Flexibilidad del material :Con la avanzada tecnología de fresado lateral, el fresado lateral puede manejar materiales difíciles de cortar como aleaciones de titanio y níquel a velocidades y profundidades agresivas.
• Buena calidad superficial :Los parámetros de corte óptimos, el fresado ascendente y el control preciso a nivel de CNC permiten acabados de paredes finos y muy precisos para aplicaciones de precisión.

Limitaciones

Los siguientes factores limitan el rendimiento del fresado lateral CNC:

• Deflexión de la herramienta :Los cortes más profundos aumentan las fuerzas de corte sobre la herramienta, que, debido a su geometría esbelta, es susceptible de doblarse durante el corte. Esto deteriora la precisión dimensional y de forma, así como la vida útil de la herramienta.
• Vibraciones de charla :Es bien sabido que las flexibilidades dinámicas provocan vibraciones y ruidos no deseados durante el mecanizado. Es más probable que estas vibraciones ocurran en operaciones de fresado lateral debido al alto compromiso de la herramienta y la profundidad de corte.
• Trayectorias complejas :Las trayectorias de herramientas de fresado lateral suelen consumir más tiempo y son más difíciles de planificar y ejecutar. El software CAM tarda más en procesar las características cambiantes a lo largo de la profundidad de una pieza, que a menudo presenta más variaciones que las características de la cara.

Consideraciones clave en el fresado lateral

La calidad de una operación de fresado lateral CNC depende de varios factores. Los ingenieros y técnicos deben analizar su plan de proceso desde múltiples ángulos y asegurarse de que no haya peculiaridades que deterioren la calidad.

1. Selección de parámetros

La selección de parámetros de corte es el primer y más importante factor cuando se trata de procesos de mecanizado CNC. Elegir la combinación óptima de velocidad de corte, avance y profundidad de corte es necesario para la calidad de la pieza, el MRR y la gestión de la vida útil de la herramienta.

En entornos de producción, es común utilizar teorías sofisticadas, software y experiencia técnica para tomar estas decisiones.

2. Selección de materiales

Los maquinistas tienen una variedad de materiales y recubrimientos de fresas laterales para elegir. Generalmente, el acero de alta velocidad (HSS) es adecuado para materiales fáciles de cortar, mientras que el carburo es preferible para materiales difíciles de cortar como aceros y aleaciones de titanio.

3. Selección de cortador

Una fresa lateral tiene numerosas especificaciones. Aparte de los más comunes como la longitud, el diámetro y las estrías, la geometría de vanguardia es muy importante. Esto incluye propiedades como el ángulo de hélice, el ángulo de ataque, el borde de flanco, los rompevirutas y el radio del borde.

Estas especificaciones impactan la mecánica de corte en la interfaz cortador-pieza de trabajo, determinando la magnitud y dirección de las fuerzas de corte, las virutas y la evacuación de calor, y los requisitos de potencia del husillo.

4. Estrategia de refrigeración/lubricación

Los refrigerantes/lubricantes mejoran las propiedades de la superficie de la cortadora y la pieza de trabajo, disminuyendo la fricción y la generación de calor. También enfrían la interfaz de corte y eliminan las virutas.

5. Estrategia de trayectoria

La estrategia de trayectoria define cómo se mueve la herramienta a través de la pieza de trabajo durante la operación. Los programadores CAM controlan esto con técnicas como ascenso/fresado convencional, pasadas múltiples, técnicas de trayectoria (helicoidal, zigzag, trocoidal, etc.) y parámetros de corte.

Mejores prácticas para el fresado lateral

Los expertos comparten los siguientes consejos para un rendimiento óptimo del fresado lateral:

• Fresado en subida :El fresado en ascenso logra un mejor acabado superficial y reduce el desgaste de la herramienta en comparación con el fresado convencional.
• Minimizar el saliente de la herramienta :El menor saliente de la herramienta mantiene rígido el conjunto de la herramienta, lo que ayuda a evitar problemas de deflexión y vibración.
• Geometría de la herramienta: Elegir el diámetro de fresa, el número de canales y el ángulo de hélice correctos es esencial para maximizar la productividad, la calidad de la superficie y la vida útil de la herramienta.
• Rutas de entrada/salida fluidas :Los expertos de CAM recomiendan utilizar una salida/entrada gradual para obtener cortes más suaves y una mayor vida útil de la herramienta.
• Utilice una pasada de acabado ligera :Puede resultar tentador eliminar el material rápidamente, pero una pasada de acabado ligera y lenta es la clave para cumplir los requisitos de calidad deseados, especialmente en aplicaciones como el mecanizado de paredes delgadas.

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El fresado lateral es una operación de mecanizado fundamental con varios tipos, parámetros y consideraciones. Sus operaciones tienen una amplia gama de aplicaciones industriales en áreas como automoción, defensa, aviación y fabricación.