Criterios del fresado avanzado

Las graduales mejoras técnicas han garantizado la evolución continua de las fresadoras, mientras que las innovaciones como la tecnología de control numérico (CNC) han supuesto un salto revolucionario en el potencial de las fresadoras.

Las modernas máquinas de 5 ejes permiten un fresado extremadamente eficiente y de formas complejas. Hoy en día el fresado es el principal método de mecanizado por arranque de viruta de piezas tanto en superficies planas como con formas que requieran un elevado grado de precisión y calidad superficial. El desarrollo de las máquinas herramienta —fresadoras, centros de mecanizado y todas sus variantes— sólo explica la mitad del notable progreso del fresado. Los avances y velocidades que se pueden alcanzar con las actuales fresadoras no serían posibles sin el avance de las herramientas de fresado.

Aunque el tamaño de las máquinas herramienta permite que sus progresos sean fácilmente observados y apreciados, la escala submicron, nano y molecular de los avances llevados a cabo en el campo de los materiales de corte de las herramientas implica que sean menos obvios.

No hace mucho tiempo el uso de materiales como el diamante policristalino (PCD), el nitruro de boro cúbico (CBN) y la cerámica reforzada whisker para la fabricación de fresas se consideraba revolucionario; ahora estos materiales y métodos son comunes. Sin embargo, el metal duro sinterizado de última generación, especialmente con recubrimientos resistentes al desgaste, sigue siendo el principal material para la producción de fresas de metal duro integrales y para las plaquitas intercambiables.

En los últimos tiempos, el extraordinario progreso realizado en el campo de la metalurgia de polvo sinterizado ha dado lugar a una reducción significativa en el tamaño de los granos de metal duro. Hoy en día, la mayoría de las fresas integrales y las plaquitas intercambiables se fabrican a partir de sustrato de metal duro (carburo de tugsteno-WC, cobalto-Co y Carburos de titanio-TiC, Tantalio-TaC y Niobio-NbC en estructura submicron, con tamaño de granos de 0,8-0,3 micras. Estos pequeños granos permiten la producción de filos de corte extremadamente afilados y tenaces. Por otra parte, la reducción de tamaño de grano, en combinación con la introducción de tecnologías avanzadas de prensado, permite la producción de plaquitas con formas complejas que tienen considerables diferencias en la altura de sus puntas y filos. Estas nuevas formas innovadoras proporcionan geometrías de corte óptimas, que garantizan, no sólo un fresado suave y estable, sino también una mayor precisión de la superficie mecanizada.

Los logros obtenidos en el campo de la nanotecnología han dado lugar a un nuevo concepto de recubrimientos resistentes al desgaste generados por deposición física por vapor (PVD). Estos revolucionarios recubrimientos, una combinación de capas de espesores de hasta 50 nanómetros, ofrecen un significativo aumento de la resistencia en comparación con los métodos convencionales. Además, los últimos tratamientos post-recubrimiento de las plaquitas eliminan los posibles defectos (microgotas) de la capa superior y les proporcionan una durabilidad adicional. Por ejemplo, las calidades de metal duro para plaquitas de fresado (calidades IC808 e IC830 de Iscar) se basan en estos principios. Tienen un recubrimiento PVD TiAlN de nano capas y un tratamiento pos recubrimiento según la tecnología Sumotec propia de Iscar.

Debido a la necesidad de extraer una gran cantidad de material en las operaciones de fresado el tiempo que se consume durante el desbaste suele ser extremadamente elevado, por lo que una reducción en la duración de este proceso es importantísima ya que permite al usuario obtener una rentabilidad mucho mayor. Existen varios sistemas de fresado de desbaste productivo que permiten alcanzar esta meta, aunque para ellos se necesiten unas fresas con unas características específicas.

En fresado con grandes avances (HFM) o de avance rápido (FF) En esta estrategia de fresado la profundidad de corte es pequeña mientras que el avance es muy significativo. Por ejemplo, con HFM en piezas de acero el avance por diente se expresa en milímetros y con frecuencia es superior a la profundidad de corte. Una fresa para grandes avances tiene una configuración específica del filo de corte que permite que las fuerzas de corte actúen a lo largo de su eje, en la dirección de la máxima rigidez de la máquina herramienta y cuando la carga flectora sobre la herramienta es baja. La principal ventaja del HFM es un índice de extracción de metal (MRR) muy elevado con un consumo de potencia relativamente bajo.

Hay diferentes diseños de herramientas para HFM, tanto en integrales como en plaquitas intercambiables. La característica distintiva es la forma de los filos de corte, normalmente parece como una sección de arco que forma un ángulo de 10-17º con la fresa.

La cara de desprendimiento de la plaquita de doble cara de la familia Helido UPFEED Н600 de Iscar es una combinación de superficies cóncavas y convexas. Esta compleja forma mejora considerablemente la formación y evacuación de viruta de la zona de corte. La geometría de la plaquita consiste en facetas alternas inclinadas en direcciones opuestas. El resultado es una ventaja económica, con 6 filos de corte, 3 en cada cara de la plaquita (ver figura 1).

Figura 1. Ángulos de posición de 10-17º para avances expresados en milímetros por diente.

Originalmente el concepto HFM se aplicaba al desbaste y mecanizado de superficies complejas, como moldes y matrices, pero ahora se utiliza ampliamente como un sistema de desbaste de elevada productividad en superficies planas, especialmente en piezas de gran tamaño. Sin embargo, no todas las máquinas herramientas pueden ofrecer las altas velocidades de avance necesarias para el HFM.

Para máquinas de menor capacidad en la velocidad y mayor potencia existen las fresas denominadas para avance moderado (MF) con ángulo de filo de corte de 30º. El avance por diente en MF es menor que en HFM, pero muy superior al habitual, de ahí el término ‘moderado’ referido en comparación al HFM. Por el contrario, la profundidad de corte es mayor que con fresas HFM típicas. Por tanto, se consigue también una alta productividad en desbaste, pero con un mayor consumo de energía. Se trata de adaptarse a las características de la máquina empleando siempre grandes avances.

Cuando es fundamental extraer eficientemente un importante volumen de material con una considerable profundidad de corte (cavidades profundas, amplios canales, escuadras profundas, etc.), la primera opción son las fresas multidiente con plaquitas intercambiables.

Las fresas multidiente con plaquitas intercambiables (como las Helitang T490 de Iscar) ofrecen el máximo rendimiento, ya que el principio del diseño tangencial garantiza la extrema resistencia y rigidez del cuerpo de la fresa.

El empeño en reducir el consumo de potencia y mejorar el comportamiento dinámico de las fresas multidiente ha desembocado en la utilización de plaquitas fragmentadoras de viruta. Los filos de corte de estas plaquitas se caracterizan por unas ranuras/ondulaciones progresivas especialmente diseñadas para fragmentar las virutas. Posteriores estudios en este campo dieron como resultado plaquitas trituradoras de viruta, que literalmente trituran la viruta en pequeños segmentos. El desarrollo de los procesos de sinterizado de metales permiten la fabricación de tenaces plaquitas con filos de corte trituradores de muy elevada resistencia, como la línea Millschred de Iscar, que es capaz de soportar cargas pesadas en todo tipo de operaciones de desbaste (ver figura 2).

Figura 2. Las multidiente P290 producen pequeñas virutas fragmentadas de fácil evacuación.

El avance en la composición y estructura de los nuevos materiales para herramientas y de las técnicas de mecanizado (HSM: mecanizado a alta velocidad, etc.) ha permitido un mayor progreso en la ingeniería y planificación de procesos. Ahora es posible no sólo reducir significativamente la operación de mecanizado de acabado de materiales duros, sino sustituirla en el fresado de desbaste. Este método disminuye considerablemente el número de operaciones del proceso, llegando incluso a necesitar una única fase de puesta a punto, un sueño para cualquier técnico.

Además, como ocurre con otros avances en fresado, el límite de dureza del material a mecanizar continúa aumentando. Las fresas de metal duro integral de hoy en día pueden mecanizar con gran rendimiento acero templado de más de 63 HRc. Aun así, las fresas con plaquitas intercambiables siguen siendo las elegidas para la mayoría de operaciones de desbaste.

Para evitar los costes de una operación adicional de acabado, los diseñadores de fresas están constantemente buscando la manera de ofrecer el acabado superficial de mayor calidad y en el menor tiempo posible, dentro del proceso de desbaste. Con este objetivo en mente, el personal de I+D de Iscar ha creado la familia DoveIQMill de fresas de planear con plaquitas intercambiables con ángulo de filo de corte de 50º. Este pionero diseño de plaquitas económicas de doble cara con inclinación positiva del filo de corte facilita un mecanizado suave y estable. Además, la avanzada geometría de las plaquitas y la rigidez de su fijación en los asientos permiten un acabado superficial a espejo con condiciones de corte de desbaste (ver figura 3).

Figura 3. El acabado espejo en la operación de desgaste, elimina la pasada de acabado.

A finales de los 90, Iscar lanzó Chammill, una nueva familia de fresas con diversas plaquitas intercambiables. El prefijo ‘Cham’ proviene de la palabra chameleon (camaleón) con la intención de destacar la característica principal de estas nuevas herramientas. El asiento de la fresa puede montar plaquitas de una cara de diferentes formas: dos tipos de plaquitas cuadradas para ángulos de corte de 90º ó 45º, plaquitas redondas y octogonales. Este desarrollo del principio de versatilidad ha permitido diseños similares en diferentes líneas de herramientas de varios fabricantes (ver figura 4).

Hoy, y para el punto de vista de usuarios de tamaño pequeño y medio, la versatilidad de las fresas con plaquitas intercambiables permite una aún mayor eficiencia (grado de rendimiento) de la fresa y la reducción del stock de herramientas. Los niveles de versatilidad se han ido introduciendo cada vez más en los productos Iscar, ahora y especialmente en las fresas SOF45 de la familia Helido 800, se montan plaquitas de doble cara cuadradas con 8 filos de corte y octogonales con 16 filos de corte. Las fresas frontales con ángulos de 45º ofrecen un rendimiento impresionante. También hay disponibles plaquitas redondas y octogonales de una sola cara, así como opciones de alto avance Feed-Mill (HFM), se completa un amplio sector del fresado de forma económica, versátil y productiva.

El sistema modular Multi-Master, lanzado por Iscar en 2001, comprende la más amplia gama disponible en todo el mercado de mangos (cuerpos) y cabezas de metal duro intercambiables que permiten infinidad de configuraciones y posibilidades. Las flexibles propiedades del sistema proporcionan un medio, no sólo de reducir las existencias de herramientas, sino también de evitar la necesidad de adquirir costosas fresas, brocas y avellanadores especiales. Esto hace que el sistema sea muy atractivo desde el punto de vista económico, si lo comparamos con las herramientas de metal duro integral de similares dimensiones, ya que si sufren desgaste, sólo es necesario sustituir la pequeña cabeza de fresado.

Multi-Master permite una tolerancia dimensional muy fina del voladizo de la cabeza con respecto a la superficie de contacto del mango. Por tanto, una cabeza gastada se puede sustituir directamente en la máquina, sin desmontar el mango del husillo de la máquina, con lo cual se ahorra el tiempo necesario para posteriores mediciones y puesta a punto (ver figura 5).

Figura 5. Miles de combinaciones son posibles con Multi-Master con cabezas de metal duro de multitud de formas y dimensiones.

Debido al elevado coste de las modernas y avanzadas máquinas-herramienta, es vital reducir los tiempos muertos garantizando una continuidad en el mecanizado. Por consiguiente, la reducción del tiempo de puesta a punto necesario para sustituir herramientas gastadas es un factor muy importante para disminuir los costes de producción. Con su elevada exactitud, este sistema garantiza una elevada precisión y repetibilidad y reduce el tiempo del ciclo de mecanizado, lo que implica una mayor utilización de la máquina y un importante ahorro de costes. También las cabezas de metal duro especiales producidas por Iscar a solicitud de los usuarios facilitan el fresado idóneo con la forma precisa ahorrando pasadas y herramientas con la misma fiabilidad de las estándar. Es este un sector cada vez más demandado.

Los considerables avances en el campo de las fresas son simplemente tan importantes como los progresos realizados en tecnología de máquinas herramienta. Una fresa es el agente fundamental de corte situado entre el husillo de la máquina y la pieza, y aunque potencialmente es el eslabón más débil del proceso de fresado puede suponer una barrera para el aumento de la productividad. Por el contrario, la elección de la fresa correcta: reduce tiempos de mecanizado, elimina operaciones adicionales, mejora el acabado superficial, optimiza los niveles de perfección y por último, pero no menos importante, mejora la rentabilidad de la producción.