Mecanización optimizada de piezas grandes de fibra de carbono

La sujeción mejorada para las piezas grandes de fibra de carbono permite a la industria aeroespacial mecanizar más rápidamente. Mapal, comercializada por Ayma Herramientas, apoya este desarrollo con nuevas herramientas, como la fresa OptiMill-Composite-Speed-Plus que con su recubrimiento de diamante y su geometría optimizada garantiza la seguridad del proceso.

La industria aeroespacial es reacia a realizar cambios en sus procesos de funcionamiento que ya han sido auditados debido al gran esfuerzo que ello implica. Sin embargo, las crecientes presiones de los costos también están obligando a este sector, a hacer que su producción sea lo más eficiente posible. Hasta ahora, para los fabricantes aeronáuticos la tecnología de sujeción ha supuesto un obstáculo en el camino hacia un mayor rendimiento. Las piezas grandes de fibra de carbono, generalmente se amarran mediante la tecnología de sujeción por vacío. Las fuerzas de sujeción limitadas de las ventosas requieren velocidades de corte relativamente bajas para evitar el aumento de las vibraciones. Esto puede provocar una pérdida de la calidad y desviaciones en las tolerancias de forma y posición.

Actualmente, las nuevas tecnologías de sujeción permiten a los fabricantes aumentar los valores de corte. Pero con todo esto surge un nuevo problema: con las condiciones de proceso modificadas, existe un mayor riesgo de rotura debido al aumento de la carga en las fresas que anteriormente habían funcionado perfectamente. “Incluso los fabricantes más grandes se han visto afectados por roturas de herramientas después de utilizar las herramientas hasta su límite”, explica Tim Rohmer, gerente de producto para herramientas de fresado de metal duro integral en Mapal. El fabricante de herramientas ha visto la necesidad de actuar, y ha desarrollado la fresa OptiMill-Composite-Speed-Plus como respuesta a las demandas del mercado.

Para mejorar la resistencia a la flexión, Mapal ha aumentado el diámetro del núcleo de su fresa de escuadrado de metal duro. Aunque esta acción se realiza a expensas del espacio para las virutas, no tiene ningún efecto negativo, ya que el mecanizado de CFRP no produce virutas, sino polvo fino. Durante las pruebas de herramientas con diámetros de diferentes dimensiones, no se encontraron diferencias en términos de eliminación de polvo y calor generado en el proceso. Mapal aumenta notablemente la resistencia a la flexión con un núcleo de mayor diámetro.

Los requisitos para el perfil de la ranura también difieren de los del mecanizado de metal, donde el avance, la profundidad de penetración y el ancho de corte influyen en el grosor de la viruta. Dado que el ángulo de desprendimiento para el material CFRP solo está ligeramente acoplado, debido a un bajo avance por diente, Mapal ha diseñado un filo con forma de cuña para lograr la máxima estabilidad.

La nueva fresa OptiMill-Composite-Speed-Plus también tiene un contorno envolvente optimizado para reducir las fuerzas de palanca y, por lo tanto, aumentar la resistencia a la fractura. En la práctica funciona bien, como explica Rohmer: “Las piezas típicas para la aviación consisten en stacks, es decir, paneles compuestos, que normalmente se mecanizan de 5 a 15 mm. Las herramientas más cortas son perfectamente adecuadas para esto”. Si bien las herramientas predecesoras eran aún más largas que lo especificado en DIN6527, la nueva serie de herramientas cumple en gran medida con el estándar. Mapal proporciona las herramientas desde 4 hasta 20 mm de diámetro.

Gracias al innovador recubrimiento de diamante, las fresas OptiMill-Composite-Speed-Plus también garantizan una larga vida útil de las herramientas durante el mecanizado de fibras de carbono abrasivas. La distribución uniforme del espesor de las capas de recubrimiento y la alta repetibilidad con la que Mapal aplica el diamante en el proceso CVD son excepcionales. Las tecnologías de recubrimiento convencionales a menudo producen capas irregulares, y tienden a tener más espesor en la punta de la herramienta que en la parte inferior del filo de corte. Este proceso asegura un redondeo diferente del filo de corte y, por lo tanto, la presión de corte resulta fluctuante y aparece el desgaste.

Un espesor de capa homogéneo, a lo largo del filo, contribuye a la seguridad del proceso. Esto permite un rendimiento constante, independientemente de la parte del filo que esté involucrada. Esto significa que las herramientas también se pueden utilizar para el mecanizado circunferencial de stacks, paneles compuestos, independientemente de la altura: los usuarios a veces utilizan la fresa hasta que ésta se desgasta, luego la reajustan y continúan trabajando con una parte nueva del filo, aprovechando todo el filo disponible de la fresa. La fresa de escuadrar es adecuada para una amplia gama de aplicaciones. Además del mecanizado circunferencial, también se utiliza para producir ranuras, bordes y cajeras.

En la industria de la aviación la calidad de corte perfecta es muy importante. Una vez que las fibras no se separan perfectamente y que la pieza no tiene la calidad deseada, se debe de reemplazar la herramienta, incluso aunque solo parezca ligeramente desgastada. La fresa OptiMill-Composite-Speed-Plus logra su excelente calidad de corte gracias a sus “receptores de fibra” especialmente dispuestos en los filos de corte, que causan una doble compresión y separan, con extrema precisión, las protuberancias de la fibra en las piezas de trabajo. Adicionalmente se crea una doble compresión gracias a la forma espiral de la herramienta.

Un aspecto del mecanizado de CFRP es que las herramientas disponibles en la actualidad producen diferentes calidades de mecanizado en las piezas de trabajo. El usuario debe decidir qué requisitos de calidad se imponen a la pieza de acuerdo con el material compuesto existente y, por lo tanto, hacer la selección de la herramienta adecuada. A menudo son los puntos de conexión para los que se requieren bordes especialmente limpios. Mapal ofrece dos variantes diferentes de sus fresas. El modelo en espiral hacia la derecha produce un efecto de tracción y, por lo tanto, fuerzas de tracción axiales, mientras que la variante en espiral hacia la izquierda tiene un efecto de empuje y, por lo tanto, genera fuerzas de compresión en la dirección axial. Los captadores de fibras contrarrestan la fuerza creada por la forma espiral de la fresa.

El modelo anterior tenía una tercera variante neutral. Con un mayor desarrollo, esta variante ya no es necesaria, ya que las nuevas herramientas reducen las fuerzas axiales hasta en un 40%. Como tal, las dos versiones del nuevo producto también asumen todas las tareas para las que se utilizó anteriormente la variante neutra. En términos de vida útil, funcionamiento silencioso, productividad y calidad de corte, las nuevas herramientas son hasta un 30% mejores que sus predecesoras.

Si bien la industria de la aviación aún se está recuperando de la caída sufrida por el coronavirus, en otras áreas el uso de CFRP está creciendo rápidamente. Además de la ingeniería de automoción y de las carreras, el enfoque se está desplazando hacia el sector del consumo. Los fabricantes de material deportivo como bicicletas, esquís, tablas de snowboard o cañas de pescar utilizan cada vez más el material moderno.

Con sus filos de corte afilados, la fresa OptiMill-Composite-Speed-Plus también se puede utilizar para mecanizar termoplásticos y materiales termoestables. Como estos plásticos no son abrasivos, no se requiere recubrimiento y se utilizan filos de corte afilados. Las herramientas de fresado sin recubrimiento reemplazan a las herramientas anteriores ya que son muy superiores, especialmente en términos de calidad de corte. Mapal también recomienda las herramientas sin recubrimiento para mecanizar materiales de fibra de vidrio.