Las ventajas del refrigerante de alta presión para el mecanizado aeroespacial

Si se quiere aplicar refrigerante con efectividad y marcar la diferencia en el mecanizado moderno, éste debe aplicarse en forma de chorros de alta presión, al volumen necesario y correctamente dirigido. Suministrar simplemente un flujo de refrigerante o inundar la zona de trabajo ya no es suficiente.

La aplicación cualificada de refrigerante de alta presión (HPC) puede, por otra parte, marcar una gran diferencia en lo referente a la formación de viruta, la distribución térmica, el embazado del material de la pieza en el filo de corte, la integridad superficial y el desgaste de la herramienta. Estos factores básicos del mecanizado, a su vez, optimizan la competitividad y la calidad.

La aplicación de HPC en las operaciones de mecanizado general de acero inoxidable y acero de bajo contenido en carbono marca la diferencia, pero el uso de refrigerante a alta presión tiene su mayor impacto cuando se mecanizan materiales más exigentes, tales como las aleaciones de titanio y las superaleaciones termorresistentes (HRSA). Como consecuencia, una serie de nuevos y recientes desarrollos han potenciado el interés y la disponibilidad del HPC.

Durante los años 80 y 90, Sandvik Coromant desarrolló su primera versión de Jetbreak: un primer sistema de HPC. A partir de varias investigaciones, se decidió introducir chorros precisamente dirigidos de refrigerante de altísima presión (100-1.000 bares) en las herramientas de corte utilizadas para mecanizar materiales exigentes, en materia de maquinabilidad y control de viruta. Estos chorros de refrigerante forzaban su paso creando una cuña de refrigerante entre la viruta y el filo de corte. Este sistema dio lugar a una reducción de la longitud de contacto, junto con la temperatura en la zona de mecanizado. Otro interesante resultado fue ver cómo se podía influir en la forma de la viruta, mejorando así su control e incluso, en algunos casos, resultando en la ruptura de la viruta.

Para una serie de aplicaciones especiales, Jetbreak se convirtió en la solución perfecta para el mecanizado de materiales de poca maquinabilidad y/o de viruta complicada. Jetbreak ayudó a aumentar nuestro conocimiento sobre el efecto de la distribución de la presión del refrigerante y sobre el tamaño de las boquillas. A través del ajuste de los datos del chorro, se consiguió crear un formador de viruta variable, guiar las virutas delgadas en la dirección deseada e, incluso, optimizar la longitud de las mismas. Jetbreak se instaló, a escala limitada, para resolver problemas particulares de la industria del petróleo, la aeroespacial y de los rodamientos. Debido a que el sistema requiere una instalación dedicada con portaherramientas especiales, la tecnología se implementó, principalmente, en máquinas de torneado vertical.

Muchas máquinas CNC modernas disponen de suministros de refrigerante a presiones de desde 70 a 100 bares como opción estándar u opcional, con tanques y bombas adecuados. Esto es suficiente para incorporar HPC, lo que supondrá una notable diferencia en el rendimiento y en los resultados en los centros de mecanizado, de torneado, tornos verticales y máquinas multitarea más habituales. El equipo estándar es suficiente para disponer de una fácil canalización del refrigerante hacia el punto de aplicación del chorro.

Las herramientas modulares son la plataforma óptima a la hora de mecanizar con HPC, en parte, para garantizar cambios rápidos de herramienta y minimizar las paradas de máquina, pero, también, para asegurar eficientemente las conexiones de refrigerante y los canales de la máquina al filo de corte. El sistema modular de cambio rápido Coromant Capto fue la base para el desarrollo de Jetbreak y es, hoy en día, la plataforma para CoroTurn HP: la nueva herramienta modular HPC de Sandvik Coromant. Coromant Capto es ahora un estándar ISO y una opción en muchas máquinas CNC.

CoroTurn HP está equipado para proporcionar precisos chorros de refrigerante de flujo laminar paralelo. Estos chorros crean una cuña hidráulica entre la plaquita y la viruta, afectando a la forma y al flujo de la viruta, y reduciendo la temperatura en la zona de mecanizado. Emplear boquillas montadas cerca del filo de corte y proyectar con precisión los chorros de alta velocidad, aparta la viruta de la cara de la plaquita, la enfría y la rompe en trozos más pequeños, contribuyendo así a su evacuación. El tamaño estándar de la boquilla es de 1 milímetro y hay disponibles también boquillas de desde 0,6 a 1,2 milímetros para optimizaciones específicas.

Los beneficios en las operaciones de acabado se aprecian incluso a presiones más bajas, tanto como a 10 bares en materiales como el acero, el acero inoxidable, el aluminio, el titanio y las aleaciones termorresistentes. Además de una mayor seguridad derivada del control de viruta, el HPC puede optimizar considerablemente la vida útil de la herramienta (hasta un 50%) y ayudar a alcanzar significativos ahorros en los gastos de producción gracias al potencial de aplicar mayores velocidades de corte.

Más que cualquier otro factor, la velocidad de corte afecta a la temperatura de corte y, por tanto, al desgaste de la herramienta. Incrementar la velocidad de corte en el titanio, fuera de la ventana de maquinabilidad más limitada, reduce considerablemente la vida útil de la herramienta. Pero, cuando el avance se incrementa a una escala similar, se aprecia, típicamente, una menor reducción de la vida útil de la herramienta. Esto, por tanto, a menudo convierte el avance en una atractiva vía para optimizar la velocidad de arranque de metal con un bajo efecto en la vida útil de la herramienta. No obstante, debido a las mayores fuerzas de corte así como al efecto en el control de viruta, el alto avance no es siempre una opción en estas máquinas.

La influencia del HPC puede, por tanto, proporcionar un potencial de incremento del rendimiento a través de mayores velocidades de corte sin el aumento habitual de la temperatura y la reducción de la vida útil de la herramienta. Es decir, el uso de avances más elevados proporciona un claro efecto de refrigeración, sin necesidad de aplicar mayores fuerzas. En los materiales clasificados como ISO S, se puede llegar a incrementar la velocidad de corte hasta un 20 por a la vez que se mantiene la misma longitud de corte.

El torneado interior también es una área en la que el HPC puede jugar un papel importante a la hora de ayudar a garantizar una buena formación de viruta y mejorar las propiedades de cizallado en materiales exigentes como el titanio. En este sentido, el concepto añade una mayor seguridad y una prolongada vida útil a la herramienta en las operaciones de mandrinado. Al mecanizar agujeros relativamente grandes y profundos con barras de mandrinar, tales como en piezas de trenes de aterrizaje, las herramientas modulares en el extremo trasero y en el extremo delantero de la herramienta pueden aportar grandes ventajas. Ser capaz de cambiar la pequeña cabeza de corte en la barra montada es tanto rápido como cómodo y añade una gran flexibilidad para realizar varios cortes en un único montaje. CoroTurn SL combina las barras de mandrinar antivibratorias con el bloqueo por ranura de las cabezas, para el mandrinado de agujeros de profundidades de hasta 10 veces el diámetro de la barra de mandrinar, y está también equipada con la capacidad de aplicar HPC.

El efecto que el HPC proporciona a través del chorro de refrigerante también puede suponer una ventaja para las operaciones de fresado. CoroMill 690 es una fresa de filo largo dedicada para aleaciones de titanio que facilita el mecanizado con HPC. Con múltiples plaquitas posicionadas para componer los largos filos radiales de la herramienta, las boquillas de refrigerante han sido estratégicamente posicionadas para proporcionar los beneficios del chorro de alta presión en cada una de las plaquitas. Además, en aquellos casos en los que no se va a hacer uso de toda la capacidad de profundidad axial de la fresa, se pueden emplear tapones, en lugar de boquillas, para evitar el gasto de presión de refrigerante a través de boquillas innecesarias. Las boquillas de las plaquitas que cortan el extremo final están posicionadas de tal modo que contribuyen a la evacuación de viruta y evitan el re-mecanizado de la misma, especialmente, en cavidades.

A fin de garantizar que se aplican los valores correctos para el flujo y la presión de refrigerante, se utiliza una calculadora especializada para analizar cómo aplicar de la mejor forma posible el HPC a la fresa. Esta calculadora emplea datos como la velocidad y presión de flujo en la máquina, los datos de corte, la profundidad de corte axial y las especificaciones de la herramienta. Asimismo, la calculadora determina el tamaño óptimo de la boquilla y puede reducir los requisitos de flujo a la vez que mantiene un flujo de alta presión de refrigerante a través de determinados agujeros.

En lo referente al mecanizado de titanio, este material es químicamente reactivo y como tal tiende al embazado del material de la pieza en el filo de corte. Este fenómeno, normalmente, es un problema, dado que el remecanizado de la viruta y el atasco de la viruta endurecida afectan a la vida útil de la herramienta. A menudo, el HPC puede ser una solución para prevenir el embazado en el filo al mecanizar titanio u otros materiales pastosos.

La aplicación del mecanizado de refrigerante de alta presión no debería verse como un medio para compensar las carencias derivadas de otros factores de aplicación como plaquitas inestables, inestabilidad general o datos de corte incorrectos. El HPC es un optimizador cuando las operaciones se llevan a cabo correctamente. El concepto proporcionará el medio necesario para reducir la duración de los ciclos y dar una mayor consistencia a la calidad y seguridad del proceso en las operaciones de torneado y fresado.

Gracias a su disponibilidad en las máquinas actuales, el HPC es una opción muy atractiva ante la necesidad de optimizar las operaciones de mecanizado, especialmente cuando la formación de viruta y los efectos de los materiales exigentes tienen un gran impacto en la operación. El creciente número de máquinas multitarea y máquinas de torneado vertical de nueva generación ha resaltado los beneficios del mecanizado con HPC, en especial, desde la perspectiva del control de viruta. Los problemas causados por la acumulación de viruta son muy importantes ya que estas máquinas se utilizan, principalmente, en talleres dedicados a mecanizar piezas aeroespaciales en materiales exigentes.