Mecanizado de alta velocidad de precisión de piezas de aluminio fresado

El aluminio es una de las aleaciones más usadas en producción moderna, y parece el mejor material. Es ligero, fuerte, duradero y resistente a la corrosión. Por eso la nueva estrategia de fresado de aluminio se ha desarrollado rápidamente.

Uno de los métodos modernos exitosos de fresado CNC de aluminio es el mecanizado de alta velocidad (HSM). La principal diferencia con el fresado convencional es que la velocidad del HSM es mucho mayor, y el mecanizado puede aumentar el avance de corte. El HSM difiere del fresado convencional. Es una forma más productiva e innovadora de producir pequeños lotes y prototipos. La industria del metal en evolución requiere producción rápida. Cada mes, los requisitos de piezas personalizadas o prototipos rápidos aumentan. Más clientes quieren completar pedidos más rápido, y con mayor precisión.

¿Qué es el mecanizado de alta velocidad?

Originalmente desarrollado por el inventor alemán Dr. Carl Salmon en los años 20, el HSM nació cuando su creador se dio cuenta de que para un metal de pieza específico, el calor generado en la interfaz entre herramienta y pieza alcanzaría un pico en una velocidad crítica del husillo.

El fresado ordinario usa avance bajo y parámetros de corte grandes, mientras el HSM usa avance alto y parámetros pequeños. Comparado con el fresado ordinario, el HSM tiene:

(1) Alta eficiencia

Velocidad de husillo HSM: 15.000-40.000 rpm, hasta 100.000 rpm. Cortando acero, velocidad ~400 m/min, 5-10 veces superior al fresado tradicional. En cavidades de molde, comparado con métodos tradicionales (fresado, EDC), eficiencia aumenta 4-5 veces.

(2) Alta precisión

Precisión HSM generalmente 10 µm, algunas incluso superior.

(3) Alta calidad superficial

Como el aumento de temperatura en HSM es pequeño (~3°C), no hay capa metamórfica ni microfisuras, y deformación térmica es pequeña. Mejor rugosidad Ra < 1 µm, reduciendo trabajo posterior de rectificado y pulido.

(4) Puede procesar materiales de alta dureza

Puede fresar acero 50-54 HRC, dureza máxima 60 HRC.

Ventajas del HSM para fresado de aluminio

Por las características del HSM, el fresado de aluminio con HSM es ventajoso en aspectos inesperados. Al elegir estrategia HSM para aluminio en lugar de fresado convencional, obtendrá:

Mejora de eficiencia

Velocidad de corte HSM puede alcanzar 3 veces la tradicional. En aleaciones blandas, incluso el doble.

El avance define la productividad del fresado. Comparado con convencional, la eficiencia HSM es mucho mayor. La mecanizabilidad del aluminio permite aumentar velocidad de husillo a 18.000 rpm o más.

Tasa de remoción de material tan alta hace que servicios de mecanizado de aluminio con estrategia HSM sean muy favorables para industrias automotriz y aeroespacial. En el primer caso, prototipos de auto requieren mucha remoción, preferiblemente con pocas preparaciones. En el segundo, muchas piezas largas y grandes con bolsillos profundos (deben ser ligeras, así que se procesan en costillas intersectadas) y paredes delgadas. Además, aleaciones de aluminio representan 80% de aviones y cohetes.

Temperatura en el corte

Estudios muestran que la temperatura cambia con velocidad. Al principio, al aumentar velocidad, temperatura sube. Pero luego cae drásticamente. Llega a punto donde no importa. Aumentar velocidad solo baja temperatura ligeramente. Este cambio es ideal para HSM.

Ejemplo: fresando aluminio a 300-500 m/min, temperatura 600-800°C. Al aumentar a 1200 m/min, baja a <200°C, y a 1800 m/min solo 150°C. A partir de ahí, no tiene sentido cortar más rápido.

En perspectiva, 150-200°C no causan cambios en propiedades del material. Granos no crecen, y requisitos de refrigeración son mucho menores. Ventaja obvia.

Alarga vida de la herramienta

Parece extraño por la alta velocidad. Se asume que desgaste debe ser mayor. Pero comparando con cantidad de material cortado por fresado convencional, la diferencia es obvia. En vida de herramienta para HSM de aluminio, gana claramente.

¿Qué alarga la vida? Primero, temperatura de corte reducida significativamente = mayor resistencia del material de herramienta. Segundo, ancho de viruta pequeño en HSM: a pesar de mayor avance, la herramienta rota más rápido y corta virutas más finas.

Además, al mecanizar aluminio, uno de los problemas principales es que es blando y se pega al filo, reduciendo afilado, aumentando fuerza de corte, acortando vida.

Precisión del fresado HSM de aluminio

Creemos que mayor avance reduce acabado, porque el filo va más lejos, y la herramienta gira y corta. Generalmente, esto causa virutas más anchas, fuerzas mayores, peor acabado. Pero en HSM, a pesar del gran avance, la velocidad es mayor, así que las virutas son más finas que en convencional. Además, por fuerza pequeña, vibración es pequeña. Estas características mejoran precisión.

Bajo uso de refrigerante

Algunas estrategias HSM para aluminio no usan refrigerante. Procesar a 200°C casi no requiere enfriar material y herramienta. Pero operaciones muy precisas aún usan refrigerante para mejorar calidad, pero cantidad mucho menor que convencional. Algunos procesos usan lubricación mínima: cantidad solo suficiente para formar película, reduciendo fricción y dando algo de enfriamiento, por lo que refrigerante necesario es pequeño.

Ángulo de compromiso de herramienta constante

Uno de los problemas al fresar cavidad con fresa de extremo es hacer el ángulo. La fresa debe rotar 90° para crear cavidad, y en ese momento el material cortado se duplica (ambos lados). Esto causa aumento local de fuerza, perjudicial para vida y precisión. Pero HSM aluminio tiene estrategias de generación de trayectorias predeterminadas, incluyendo ángulo de compromiso constante. Esto significa que al mecanizar todo el material alrededor en trayectoria circular, la herramienta se acerca gradualmente a este ángulo. Así, la fuerza se mantiene constante y la precisión igual. Además, alarga vida de herramienta.

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