Herramientas de corte para composites: un paquete de beneficios

El pasado octubre, los visitantes de la feria de Composites de Europa (JEC) en Stuttgart tuvieron la oportunidad de ver un ejemplo de ello con el prototipo de capó de fibra de carbono del modelo Focus presentado por Ford. Como una marea, los composites se avecinan y parece que nada podrá detener su progreso.

En 2013, no obstante, la industria aeroespacial sigue siendo la fuente dominante de las aplicaciones de mecanizado para composites. De hecho, existe un potencial de expansión del uso de composites de incluso un 50% más en los próximos cuatro años. El taladrado y el fresado de recubrimientos de ala, cajas centrales del ala y componentes de la cola vertical, por ejemplo, siguen siendo un reto para los ingenieros de producción y proveedores de tecnologías de fabricación.

Estas piezas son típicamente composites de CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono) o de CFRP en paquetes con capas de aluminio o titanio, o ambos. Asimismo, esto se complica incluso más dada la gama de tipos de máquinas utilizadas para procesar estos materiales. En torno al 40% de las aplicaciones se llevan a cabo en máquinas de gran avance o ADU (por las siglas en inglés de unidad automática de taladrado), mientras el 35% emplean máquinas manuales y el 25% de las tareas se completan con robots o máquinas de CNC.

La regla de oro, por tanto, es que, para cada aplicación, es necesaria una atenta selección de la herramienta, que tome en consideración tanto el material como la máquina-herramienta, junto con factores como los requisitos de calidad y el volumen.

A través de su sólida colaboración con Precorp, una empresa especializada con una extensa trayectoria en el mecanizado de composites, Sandvik Coromant ofrece ya múltiples soluciones de herramientas aplicables al sector actual de la fabricación aeroespacial.

Ejemplo de ello son geometrías como la de metal duro sin recubrimiento 452.1 disponible para el taladrado manual de composites de CFRP de estructuras aeroespaciales; mientras que, para los materiales de CFRP en paquetes de titanio, la serie CD10 de la tecnología de taladrado de PCD (diamante policristalino) tipo vein es la elección preferida para las máquinas de gran avance o de CNC. En lo referente al fresado, entre las existentes y eficientes soluciones para aplicaciones de fresado de superficies se encuentran CoroMill 590; para operaciones de fresado y canteado, CoroMill Plura S215; y CoroMill 390 para operaciones de fresado Sturtz, una estrategia de mecanizado rápido que implica la inclinación de la herramienta en relación a la superficie del componente para crear un recorrido de corte elíptico.

Sandvik Coromant dispone de muchos ejemplos específicos de mecanizado aeroespacial que resaltan estos beneficios potenciales. Por ejemplo, fijémonos en el taladrado de cajas de ala hechas de paquetes de fibra de carbono/titanio. Estos componentes se procesan típicamente utilizando máquinas de gran avance neumáticas y requieren una rebaba reducida a la salida y un buen acabado superficial. Las brocas CD10 de filo de diamante tipo vein con geometría 86PT de Sandvik Coromant/Precorp han demostrado alcanzar una excelente calidad del agujero y una fabricación consistente de 90 agujeros por vida útil de la herramienta (diámetro de 9.525 mm, velocidad de corte de 12 m/min, avance de 0,05 mm/rev).

¿Y el canteado del recubrimiento de fibra de carbono de la cola vertical? Pues, las exigencias aquí requieren un buen acabado superficial de Ra 1,25 μm y un deshilachado mínimo. Las herramientas de mejor rendimiento para tales aplicaciones son las soluciones especiales CoroMill Plura, ya sea la fresa de metal duro con recubrimiento de diamante o la fresa de PCD soldada, de un diámetro típico de 10 mm con dos filos de corte. Utilizar una herramienta de este tipo permite alcanzar velocidades de husillo de 10.000 rpm y avances de mesa de en torno a 3,200 mm/min.

Igualmente, cualquier fabricante aeroespacial dedicado al mecanizado de superficies en cajas de ala o alas de estructura primaria de fibra de carbono encontrará la solución que busca en CoroMill 590 con plaquitas CD10 de PCD. Esta herramienta le permitirá alcanzar velocidades de corte de en torno a 300 m/min.

Soluciones como éstas han sido desarrolladas en las instalaciones de investigación de Sandvik Coromant de todo el mundo. Además de la sede de la empresa en Suecia, Europa también dispone de un Centro de Aplicación de Composites en Orleáns, Francia. Aquí, un extenso equipo de tecnología punta está disponible para ofrecer un amplio soporte al cliente, incluyendo un centro de mecanizado de cinco ejes de CNC, máquinas de gran avance y brocas manuales que cubren toda la gama de rpm. Las máquinas de gran avance y de CNC también presentan unidades de taladrado antivibratorias Mitis, que rompen la viruta en pequeños fragmentos y eliminan la anterior necesidad de aplicar rutinas de taladrado con desahogo. La principal ventaja es una drástica reducción de la duración de los ciclos.

En el Reino Unido, Sandvik Coromant también dispone de un centro de I+D en el Centro de Investigación Avanzada de la Universidad de Sheffield, el cual trabaja en múltiples nuevos desarrollos para el mecanizado de composites. Aquí, la investigación está en constante desarrollo y utiliza técnicas como el análisis tomográfico, mediciones térmicas e inspecciones de cámara de alta velocidad.

Entre las últimas herramientas que han surgido de los centros de I+D de Sandvik Coromant se encuentra la nueva fresa de ranurado de compresión para composites CoroMill Plura. Esta herramienta combina un diseño de hélice positiva y negativa que “comprime” la parte superior e inferior del extremo del componente y minimiza así cualquier posibilidad de deshilachado, un defecto habitual al mecanizar CFRP y muchos otros tipos de composites especiales.

Indicada para las aplicaciones de canteado en materiales con un grosor mínimo de 6 mm, la nueva fresa para ranurado de compresión ofrece una micro-geometría con seis filos de corte para un acabado superficial (Ra) muy por debajo de 4 µm y altas velocidades de arranque de metal. Se recomiendan las estrategias convencionales de fresado en contraposición, ya que estas producen menos vibraciones, y mantener la línea divisoria en el centro del material.

Un sólido historial

La nueva fresa Plura para ranurado de compresión promete ser un gran éxito, como muchos otros desarrollos anteriores. Con diferencia, el mayor avance en herramientas de corte para materiales de composites en estos últimos años ha sido la tecnología tipo vein. Aquí, los filos de diamante integrados en la herramienta de metal duro optimizan al máximo la dureza y la resistencia al desgaste del filo de corte ubicado en el tenaz mango de la broca. El proceso de fabricación de la tecnología de PCD tipo vein crea una geometría previa indicada para la aplicación y el material de la pieza. El PCD en polvo (con un tamaño de grano selecto) se somete a un proceso especial de alta presión y elevada temperatura que centraliza la “vena” en el metal duro.

La tecnología tipo vein permite diferentes geometrías de corte que eran poco prácticas o incluso imposibles de conseguir con procesos convencionales de PCD-bit. La tecnología tipo Vein también ofrece flexibilidad en el diseño de herramientas para hacer frente a factores como configuraciones inestables o aplicaciones rígidas de alto volumen con agujeros de precisión.

Es decir, el futuro parece muy prometedor para las tecnologías de fabricación en el sector del mecanizado de composites. Entre las actuales investigaciones de Sandvik Coromant se encuentran proyectos dedicados al taladrado orbital, soluciones de canteado (hélice reducida) y al estudio de los mecanismos de desgaste en composites de CFRP. Disponiendo de la tecnología adecuada, en los próximos años, los fabricantes aeroespaciales y las empresas dedicadas al mecanizado de composites conseguirán todo lo que se propongan, sin límites.