Dominando el mecanizado de esquinas internas: Guía completa para ingenieros

El problema de esquinas afiladas en mecanizado surge cuando herramientas de corte cilíndricas se encuentran con esquinas internas afiladas en características internas como bolsillos cuadrados. La forma de las herramientas de corte les impide cortar una esquina exacta. En su lugar, el radio mínimo de corte es igual al filete del radio de la herramienta.

Este es un problema inevitable ya que la geometría de las herramientas de corte es simplemente incapaz de mecanizar esquinas internas afiladas. Al mismo tiempo, se espera que algunas características internas tengan esquinas afiladas. Típicamente, este requisito es para aplicaciones de ensamblaje, donde la característica interna sirve como asiento/cámara para encajar una pieza externa con esquinas externas afiladas.

Estos requisitos conflictivos no crean un punto muerto, sin embargo. Ingenieros y mecanizadores han ideado numerosas maniobras de diseño para lidiar con este problema.

Cambiar las esquinas a filetes

La solución más simple y obvia es evitar esquinas internas afiladas por completo. Concedido, esto puede no parecer una "solución" al problema en cuestión, pero esto es lo que expertos recomiendan en general. La mayoría de diseños son flexibles para cambiar el radio de esquina, con pequeños ajustes haciendo el trabajo mientras mantienen la misma funcionalidad.

La razón principal para esta recomendación es su simplicidad. Las técnicas de mecanizado de esquinas que discutiremos después requieren esfuerzo extra, coste y tiempo. Si hay forma de evitar estos, priorícelo.

La otra razón es estabilidad del proceso. Herramientas de corte como fresas de extremo no son adecuadas para mecanizar bolsillos muy profundos. La profundidad máxima de corte generalmente recomendada es cuatro veces el diámetro de la herramienta. Más allá de estos límites, problemas como charla, rotura de herramienta y mal acabado superficial comienzan a aparecer. Todos estos obstaculizan la capacidad de la herramienta de corte para producir esquinas internas afiladas de alta calidad.

Así, cuando diseñadores eligen convertir esquinas a filetes, también deben prestar atención al radio del filete. Dependiendo de qué tan profundo es el bolsillo, deben seleccionar un radio de esquina apropiado que el departamento de producción pueda mecanizar con seguridad y que también preserve la funcionalidad de la pieza.

Filetes T-bone y Dogbone

Otra solución es añadir rebajes en cada esquina afilada. Un rebaje es una característica de mecanizado donde el corte se extiende en la esquina más allá de la periferia del bolsillo interno. En otras palabras, remueve material extra de las esquinas.

Esto funciona mejor cuando necesita esquinas internas afiladas para encajar un componente externo dentro del bolsillo interno. No afecta la funcionalidad o rendimiento del ensamblaje y aún da paso para que el componente de acoplamiento encaje. Además, podría llevar a alguna reducción de peso útil.

Hay dos soluciones populares que los mecanizadores usan regularmente para esquinas afiladas en mecanizado.

T-bone

El tipo más simple y fácil de rebaje de esquina es el "T-Bone". En esta operación, el cortador se mueve hacia la esquina en una sola dirección. Típicamente, la extensión del corte es al menos la mitad del diámetro del cortador para hacer espacio adecuado para que los objetos de acoplamiento encajen juntos.

Dog Bone (Hueso de perro)

El otro tipo de rebaje es el "dog bone", tomando su nombre por su semejanza a la forma de un hueso de perro. Es diferente de los T-bones ya que extiende el corte en dos direcciones en lugar de solo una. Este tipo de rebaje es ligeramente más complejo de mecanizar, pero es estéticamente agradable.

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)

Ahora, digresemos un poco y miremos soluciones ligeramente fuera del territorio de mecanizado clásico. El EDM es un proceso de fabricación popular que usa chispas eléctricas entre la pieza de trabajo y herramienta para remover material por fusión y erosión. Tiene aplicaciones especiales en mecanizado de esquinas internas. Discutiremos dos tipos de procesos EDM: EDM de hundimiento y EDM de hilo.

EDM de hundimiento (Die-Sink EDM)

En un proceso EDM de hundimiento, la herramienta de corte es un molde diseñado a medida que se baja gradualmente (hundido) en la pieza de trabajo. Dado que el molde es la forma negativa de la geometría de la característica, es un componente externo. Así, puede tener esquinas afiladas sin problemas.

EDM de hilo (Wire EDM)

El EDM de hilo es diferente del EDM de hundimiento. Su herramienta es un alambre delgado que se mueve a lo largo de los contornos de la característica para cortar material. Es altamente adecuado para mecanizar esquinas afiladas debido a su tamaño de herramienta increíblemente pequeño de menos de 0.1 mm de diámetro. Esto significa que el EDM de hilo puede producir esquinas internas con radio tan pequeño como 0.05 mm, que es "afilado" por todos los medios.

Hay desventajas en el proceso EDM aunque. Generalmente, el EDM es mucho más lento que el mecanizado convencional y los fabricantes deben tener una razón sólida para justificar su uso para mecanizado de esquinas. Además, el EDM puede ser difícil de planificar para mecanizadores debido a su complejidad. Además, está limitado a solo materiales eléctricamente conductivos y tiene un mal acabado superficial que puede requerir procesamiento adicional para llevarlo al nivel.

Corte manual

Finalmente, cuando las máquinas fallan en producir una esquina afilada de alta calidad, las habilidades manuales vienen a mano. El último recurso es utilizar varias herramientas manuales para cortar, rectificar y pulir la esquina interna para lograr la forma deseada.

Algunas herramientas manuales comunes incluyen cinceles, limas y lijas. Entendiblemente, los procesos manuales son consumidores de tiempo y ciertamente no tan precisos como las máquinas. Sin embargo, cuando usar máquinas no es factible, son una buena alternativa.

El tema de esquinas afiladas en mecanizado es interesante, con todos desde diseñadores a mecanizadores aportando sus soluciones innovadoras para abordar este problema. Los diseñadores tienen una variedad de opciones para elegir cuando se enfrentan a esquinas internas afiladas, dándoles apreciable libertad de diseño.

Si requiere apoyo de ingeniería para sus piezas mecanizadas de esquinas afiladas, WayKen es un fabricante fiable a considerar. Proporcionamos servicios profesionales y experiencia en el campo del mecanizado. Desde servicios de mecanizado a post-tratamientos, WayKen ofrece una gama completa de soluciones para satisfacer sus necesidades de mecanizado. Contáctenos hoy para iniciar un nuevo proyecto.