Reducción de las vibraciones al mecanizar componentes aeroespaciales

Mecanizar componentes para la industria aeroespacial es un desafío. Los fabricantes producen componentes con suelos y paredes delgadas, cavidades profundas y esquinas estrechas. Estas características requieren una herramienta que sea de corte ligero, que ofrezca alta estabilidad en la operación y mantenga un control estable, particularmente cuando se usan herramientas largas para fresar cavidades estrechas y profundas.

La capacidad de una herramienta para mecanizar en voladizos largos es un requisito importante cuando se fresan cavidades profundas y estrechas, que a menudo es el caso cuando se producen componentes como vigas de soporte que se encuentran en el marco del subsegmento aeroespacial. Estas vigas suelen mecanizarse a partir de titanio forjado y, acompañadas de los requisitos derivados de los voladizos largos, crean un entorno de mecanizado complicado con gran riesgo de vibración.

Las vibraciones de mecanizado pueden provocar imperfecciones superficiales en la pieza, lo que afecta a la calidad del producto final. Otros problemas con las vibraciones incluyen el hecho que el grosor de la viruta no se mantiene constante y, debido a ello, las fuerzas de corte también varían. Las vibraciones pueden provocar la rotura de la plaquita o la herramienta, en algunos casos.

Las vibraciones de mecanizado pueden provocar imperfecciones superficiales que afectan a la calidad final de los componentes de aeronaves.

En respuesta a este desafío, Sandvik Coromant ha desarrollado CoroMill MH20, una nueva fresa de alto avance diseñada principalmente para el fresado de cavidades en materiales ISO S, M y P.

El diseño de CoroMill MH20 presenta varias innovaciones, incluido un nuevo material para el cuerpo de la fresa que se ha utilizado para los cuerpos de mango cilíndrico a fin de minimizar el desgaste durante el mecanizado. El material reduce la fricción de la viruta y la acuñación, que es cuando la tensión o las fuerzas de corte elevadas crean deformaciones plásticas en el alojamiento de la plaquita. Las características de CoroMill MH20 garantizarán una mejor vida útil.

Al diseñar la herramienta, los ingenieros de Sandvik Coromant tuvieron en cuenta los estrictos requisitos de la industria aeroespacial. Por ejemplo, la herramienta está capacitada para completar varias operaciones de características diferentes, lo que reduce la cantidad de herramientas, los cambios y la manipulación de herramientas necesarios durante la fabricación. Esto ayuda a reducir los tiempos de ciclo y mejora la economía de fabricación.

Además, por primera vez en conceptos de gran avance, Sandvik Coromant ha introducido geometrías de plaquita específicas para diferentes áreas ISO para mejorar la seguridad y la productividad del proceso. A diferencia de los conceptos de plaquita de cuatro filos convencionales, la CoroMill® MH20 tiene una plaquita de dos filos. Esto es ventajoso porque la sección más débil de la plaquita está lejos de la zona de corte principal, lo que ofrece mayor fiabilidad y protección frente al desgaste. También implica que mecanizar hacia una esquina o pared no afectará al siguiente filo o vértice principal, garantizando un rendimiento homogéneo en cada filo.

CoroMill MH20 para operaciones de tornofresado presenta una acción de corte muy ligera, lo que evita que el componente se doble y ofrece un precio por filo más competitivo.

Otra área de innovación es la geometría del filo de corte de la plaquita CoroMill MH20. El diseño del filo inclinado ofrece una acción de corte gradual y ligera, que requiere menos consumo de potencia para permitir el uso de máquinas más pequeñas. La línea optimizada del filo de corte principal y el radio de punta de la plaquita ofrecen una mayor seguridad del proceso.

Un antiguo cliente de Sandvik Coromant, subcontratista del sector aeroespacial, estaba experimentando problemas al mecanizar componentes de ejes largos y delgados para aeronaves. Un eje es un componente giratorio que se une a la hélice y soporta el agujero que se desliza sobre el eje propulsor para que el agujero pueda girar de manera libre y estable. Los ejes, que eran un componente nuevo para el cliente, resultaban difíciles de mecanizar debido a sus dimensiones excéntricas y a veces extremas, y en algunos casos eran imposibles de tornear.

Como consecuencia, las cavidades fresadas en la pieza de aleación de Inconel a veces estaban descentradas de dos a tres milímetros. Además, la herramienta existente del cliente demostró una vida útil muy deficiente y muchos desechos que sugerían una mala conexión entre la maquinaria y la herramienta. Los componentes del eje incluso se doblaban en algunos casos, porque la fresa empujaba el componente en lugar de cortar el material.

El tornofresado se identificó como una solución, que implica girar la pieza alrededor de su punto central. Esta técnica de fresado a menudo se recomienda en los casos en que las formas de un producto difieren considerablemente de las del fresado convencional, como fue el caso de los ejes. No obstante, cuando se probó inicialmente el tornofresado, el cliente experimentó problemas con las vibraciones.

Para resolver estos problemas, Sandvik Coromant recomendó CoroMill MH20 para la operación de tornofresado. La fresa fue elegida por su acción de corte muy ligera para evitar que el componente se doble, al mismo tiempo que ofrece un precio por filo más competitivo. CoroMill MH20 se integró fácilmente en la configuración del cliente. Sin embargo, el hecho que el cliente nunca antes había utilizado la técnica de tornofresado planteó otro desafío. Los especialistas de Sandvik Coromant trabajaron en estrecha colaboración con él para explicar la técnica, y proporcionaron recomendaciones e instrucciones para el programa de fresado con sistema de control numérico (CNC).

CoroMill MH20 se utilizó para mecanizar Inconel 718 y A286, una aleación con base de hierro de alta resistencia y excelentes características de fabricación, que son materiales populares en la industria aeroespacial. La herramienta funcionó a una velocidad de corte (vc) de 40 m/min, un avance por diente (fz) de 0,3 mm/diente y una profundidad de corte axial (ap) de 0,5 mm. Fundamentalmente, era necesario que CoroMill MH20 superara el rendimiento de la herramienta existente del cliente en solo 30 minutos de tiempo de mecanizado, para evitar el riesgo de vibraciones.

Al final, CoroMill MH20 mostró una vida útil mejorada. Además, una gran ventaja de la herramienta era su corte muy ligero, que permitía un mecanizado preciso que habría sido imposible con la herramienta anterior y que podía lograrse con mayores parámetros de corte y en un tiempo de mecanizado más corto de 30 minutos. Por último, CoroMill MH20 lo logró con uno o dos dientes menos que la herramienta de la competencia.

La solución de corte de Sandvik Coromant ha abierto oportunidades con la formación de cavidades para el subcontratista del sector aeroespacial. Con la actualización a CoroMill MH20, el cliente ha conseguido una vida útil de la herramienta significativamente mejorada y procesos de mecanizado más seguros y sin vibraciones. Con estas ventajas, la herramienta de corte ha demostrado beneficios al mecanizar con precisión materiales duros, incluso con voladizos largos, y particularmente con respecto a los estándares de control de calidad para componentes de aeronaves.