La alta velocidad de corte es un atributo natural del mecanizado a alta velocidad. Lógicamente, la herramienta también debe ser de precisión; esto se requiere no sólo por la precisión del mecanizado, sino también por la mecánica de un cuerpo de rotación rápida. Sin embargo, en los últimos años la cuestión de la precisión de la herramienta se ha convertido en un punto adicional a tener en cuenta. ¿Cuál es la razón? ¿Por qué el mecanizado de alta velocidad penetra cada vez más en los procesos en bruto? ¿Cómo formulan los fabricantes de herramientas de corte sus soluciones para satisfacer estas nuevas demandas industriales?
La industria metalmecánica adoptó el mecanizado de alta velocidad (HSM) en la década de 1990. Este método arraigó en varias áreas industriales y causó serios cambios en la tecnología y la ingeniería de la máquina herramienta. Las conocidas ventajas del mecanizado de alta velocidad se citan repetidamente en libros, guías, revistas y otras fuentes de información. Recientemente, ha habido un interés significativo en el mecanizado de precisión a alta velocidad y, más específicamente, en la precisión y otras características de las herramientas de corte y elementos de sujeción de los dispositivos destinados a este fin.
Un mecanizado preciso (o de precisión) significa mantener tolerancias estrictas repetitivas durante las operaciones de corte. El nivel de tal "exigencia" depende del método de mecanizado, por ejemplo: fresado, torneado o taladrado, y el tipo de operación: desbaste, semiacabado o acabado. Los avances tecnológicos, especialmente en la producción de productos preformados semiacabados, ponen especial énfasis en el mecanizado de precisión a alta velocidad.
La fundición de precisión, el moldeo por inyección de metal y la impresión 3D garantizan que la producción de piezas esté muy cerca de la forma final del producto. Como resultado, disminuye la necesidad de eliminar un alto volumen de material mediante desbaste. En la fabricación de moldes y matrices, la utilización del mecanizado de alta velocidad como medio de reducir el tiempo de producción ha supuesto una alternativa real a los métodos tradicionales. En la industria aeroespacial, hoy en día, es habitual el mecanizado de superaleaciones resistentes al calor de difícil mecanización con la utilización de herramientas cerámicas a velocidades de corte extremadamente altas, en combinación con un mínimo stock de material a eliminar. En cuanto a la fabricación de componentes de aluminio, aquí el mecanizado a alta velocidad es simplemente una realidad diaria.
Las operaciones de mecanizado con pasadas con eliminación mínima de material tienen varias ventajas, como un menor consumo de energía, menos generación de calor y un mejor acabado superficial. El mecanizado de precisión a alta velocidad, con baja extracción de material, es una extensión lógica de la producción de piezas mediante métodos de precisión modernos. Por lo general, el HSM se refiere al mecanizado con herramientas rotativas - principalmente fresas. En muchos casos, cuando se produce una pieza con perfiles y ranuras complejas a partir de un material sólido, el HSM proporciona un desbaste productivo con cargas bajas mediante el fresado trocoidal. De acuerdo con esta técnica, una fresa de rotación rápida se mueve a lo largo de una trayectoria complicada y mecaniza capas finas y anchas de material. Esto da como resultado la pre-forma de la pieza muy cerca de su forma final. El pequeño exceso de material restante se elimina en la siguiente etapa: fresado de acabado a alta velocidad. La producción de blisks (rotores integrales) y propulsores es un ejemplo típico del mencionado proceso que se define con el término un tanto contradictorio: "desbaste preciso".
El mecanizado a alta velocidad de éxito se basa en una cadena de elementos clave que comprende una máquina herramienta, una estrategia de mecanizado eficaz, una sujeción adecuada de la herramienta y una herramienta de corte. Las máquinas herramienta multieje de baja potencia diseñadas especialmente para HSM cuentan con la característica de un alto par, accionamientos de alta velocidad, controladores eficaces y software inteligente. Son capaces de realizar diversas estrategias de mecanizado desarrolladas para garantizar la máxima eficiencia. Hoy en día, la metalurgia tiene en su arsenal portaherramientas de gran fiabilidad diseñados para un montaje seguro de la herramienta en una amplia gama de velocidades de rotación. En tales condiciones, la herramienta de corte -el elemento que se pone en contacto directamente con una pieza mecanizada durante una operación de corte- puede ser un factor limitante para maximizar el potencial de las avanzadas máquina-herramienta. Este elemento es mucho más pequeño y menos complicado en comparación con las máquinas-herramienta y soportes. Cada mejora en la herramienta de corte, el último elemento de la cadena, puede ser crucial. La industria de herramientas de corte está lejos del estancamiento, se encuentra en constante evolución en el desarrollo de nuevas soluciones para satisfacer las cambiantes demandas de las tecnologías de mecanizado.
El tiempo no ha cambiado los requisitos principales en relación a las herramientas de corte: se espera que sean más duraderas y más eficientes cuando se mecaniza a velocidades de corte y avances considerablemente mayores. La reducción de las tolerancias de mecanizado conduce a estrechar los parámetros en la precisión de la herramienta. Un producto ideal es una herramienta precisa y equilibrada que garantiza un alto rendimiento en combinación con una excelente vida útil en el mecanizado a altas velocidades de rotación. ISCAR, manteniéndose fiel a su lema "¡Donde la innovación nunca se detiene!", ha desarrollado una gama de soluciones que dan un nuevo impulso al concepto de mecanizado de alta velocidad, y muchos de los diseños propuestos se relacionan con el apartado de las herramientas de metal duro integral.
Más labios, menos vibraciones
Las fresas de metal duro integral multi-labio CHATTERFREE de ISCAR se desarrollaron especialmente para operaciones de mecanizado a alta velocidad sin vibraciones. Su diseño presenta un ángulo de hélice variable, paso diferencial y amplios canales para la evacuación de viruta para el fresado de acabado y semi-acabado a alta velocidad, así como el desbaste mediante técnica trocoidal. La gama CHATTERFREE comprende varias familias de fresas para diferentes aplicaciones. Las fresas de 7 labios, producidas a partir de un sustrato de metal duro ultrafino, están diseñadas para el mecanizado de materiales duros y operaciones de acabado. Las fresas multi-labio de uso general incorporan un concepto interesante, según el cual el número de dientes es igual al diámetro nominal en mm. Las fresas de 7 y 9 labios fueron diseñadas originalmente para el fresado trocoidal de piezas complejas de titanio y hoy en día forman la familia Ti-TURBO (este nombre refleja una tasa real de eliminación de metal "turbo" al fresar titanio).
El último paso del desarrollo de la familia de fresas incorpora en su diseño ranuras fragmentadoras de la viruta (Fig.1). La nueva geometría tiene un aspecto inusual porque el mecanizado a alta velocidad produce virutas delgadas que no parecen necesitar una acción de fragmentación de viruta adicional. Sin embargo, las ranuras aumentan la resistencia a las vibraciones y reducen las fuerzas de corte, mejorando significativamente el fresado trocoidal y el rendimiento en el mecanizado con grandes voladizos. En el fresado trocoidal, las virutas producidas son delgadas pero anchas. La división de las virutas en segmentos más estrechos contribuye a una mejor evacuación de la viruta y acabado superficial, lo que aumenta la precisión y la eficacia en el mecanizado de desbaste a alta velocidad.
Cerámica que mecaniza más rápido
El fresado de superaleaciones de alta temperatura (HTSA) difíciles de mecanizar con herramientas de metal duro requiere bajas velocidades de corte, normalmente 20-40 m/min. El mecanizado a alta velocidad cuando el ancho de corte es de hasta el 10% del diámetro de la fresa, por lo general permite velocidades de corte de 70-80 m/min. La industria metalmecánica siempre está buscando maneras de aumentar la productividad al fabricar piezas de HTSA; y el mecanizado a baja velocidad de corte es una de las barreras existentes para este objetivo. Se puede encontrar una solución en la utilización de cerámica como material de corte para el mecanizado a alta velocidad. ISCAR ha desarrollado fresas integrales de cerámica que permiten un aumento espectacular en las velocidades de corte de hasta 1000 m/min en comparación con las herramientas de metal duro. Las nuevas fresas se ofrecen en una gama de diámetros de 6-20 mm y están diseñadas con 3 o 7 labios (Fig. 2). La introducción de las fresas de cerámica en las operaciones de fresado de desbaste supone una reducción drástica del tiempo de mecanizado y ofrece un rápido mecanizado de la pre-pieza para operaciones de acabado posterior.
MULTI-MASTER para alta velocidad
Las operaciones de fresado a alta velocidad de largo alcance requieren herramientas con una gran longitud total. El concepto de herramienta integral no es una opción económicamente atractiva. Una fresa ensamblada que consta de un cuerpo que monta una cabeza de fresar de metal duro es una solución que tiene sentido económico. Este es el enfoque de ISCAR MULTI-MASTER, una familia de herramientas con cabezas intercambiables. Una amplia variedad de cuerpos de herramientas, cabezas de fresar, extensiones y reducciones garantizan múltiples configuraciones de herramientas y reduce fundamentalmente la necesidad de herramientas especiales. Una ventaja importante de la línea MULTI-MASTER es su principio del tiempo de configuración, por el cual la sustitución de una cabeza desgastada no requiere puesta a punto o ajuste del programa CNC - la plaquita se puede reemplazar sin retirar la herramienta del husillo de la máquina.
La gran rigidez del conjunto, una estructura equilibrada y una alta precisión geométrica hacen que MULTI-MASTER sea adecuado para el mecanizado a alta velocidad. Un ejemplo típico de esta aplicación es el fresado de acabado de piezas producidas en 3D a partir de materiales duros. Para este tipo de operación, se diseñó la cabeza de fresar hemisférica "MM HBR" de ISCAR (Fig. 3), con un filo de corte esférico de 240°, capacidad de corte al centro y tolerancias estrictas ISO h7 del diámetro de la cabeza de fresar.
Sistemas de sujeción fiables
El mecanizado a alta velocidad es imposible sin la utilización de portaherramientas fiables, equilibrados de alta calidad y de precisión. Los mangos térmicos son uno de elementos de sujeción más populares. La línea de mangos térmicos SHRINKIN de ISCAR incluye la familia X-STREAM de mangos térmicos con conductos a lo largo del alojamiento para la refrigeración. El nuevo diseño proporciona un flujo de refrigerante dirigido a los filos de corte de la herramienta. En el fresado a alta velocidad de componentes aeroespaciales (los blisks o rotores integrales antes mencionados, por ejemplo), un refrigerante bien dirigido mejora significativamente el rendimiento. Para cavidades y agujeros profundos, los nuevos mangos con flujo de refrigerante dirigido a la zona de corte dan como resultado la mejora de la evacuación de la viruta de la zona de mecanizado, aumentando así la vida útil de la herramienta y la calidad del mecanizado.
El uso de refrigerante puede ser un medio para actualizar las máquinas-herramienta de baja velocidad a alta velocidad. SPINJET, una familia de husillos compactos de alta velocidad accionados por refrigerante (Fig. 4), es capaz de mantener una velocidad de rotación de hasta 55000 rpm y facilitar el mecanizado a alta velocidad incluso en máquinas de baja velocidad que todavía son tan comunes en los talleres.
La evolución de las tecnologías requiere nuevos conceptos de mecanizado: más productivo, más económico, más sostenible. El mecanizado a alta velocidad ya ha demostrado ser un método que satisface las necesidades industriales actuales. El progreso en la producción de piezas mediante procesos que no son de mecanizado conduce al desbaste de alta velocidad con baja potencia. En consecuencia, los fabricantes de herramientas de corte ya son conscientes de la creciente demanda de herramientas adecuadas. Es una clara tendencia que, sin duda, debe ser considerada.
