Los actuales fabricantes de moldes buscan reducir los plazos de entrega a la vez que producen moldes de gran precisión. Y cuando las aplicaciones de moldes y troqueles requieren el fresado en duro de materiales de hasta 66 HRC, es fundamental utilizar las fresas adecuadas, los parámetros de corte y los métodos de maquinado para conseguir los objetivos.
El fresado en duro es un reto debido a varios factores, entre ellos el de mecanizar aceros endurecidos con filos cortantes definidos. El fresado de estos materiales requiere centros de mecanizado de alta velocidad configurados para el fresado en duro, junto con un CAD/CAM programado en concordancia.
Mediante los end mills de metal duro más modernos, junto con el portaherramientas, la sujeción del trabajo, los avances, las velocidades y la refrigeración adecuados, los fabricantes pueden producir moldes complejos de forma fiable y económica, mecanizar con precisión contornos complicados y omitir por completo, o al menos parcialmente, el dispendioso reproceso de rectificación o pulido.
Muchos end mills de carburo sólido de bola presentan recubrimientos como el nitruro de aluminio y titanio (AlTiN) que resisten las altas temperaturas asociadas a las aplicaciones de fresado en duro. Foto cortesía Seco Tools.
Emuge, fabricante alemán de herramientas de corte, recomienda elegir fresas que cumplan los siguientes requisitos: sustrato de metal duro sólido, con alta dureza y tenacidad en caliente; revestimiento y geometría de corte adaptados a la dureza del material, y concentricidad de la herramienta no superior a 5 micras (el cumplimiento de este requisito prolonga la vida útil de la herramienta y permite una excelente calidad de acabado superficial).
La determinación de los parámetros y métodos de corte óptimos dará los mejores resultados para el fresado en duro de moldes. Por ello se deben seleccionar la velocidad y el avance recomendados para el tipo de pieza y la dureza del material, así como las condiciones de acoplamiento de la herramienta. Para cada aplicación es recomendable consultar a un proveedor de herramientas con el fin de obtener recomendaciones de datos técnicos en aplicaciones específicas.
De acuerdo con Emuge, para el fresado en duro es preferible el mecanizado en seco, que evita grietas térmicas en la herramienta de corte. Por ejemplo, cuando se utilizan fresas de varios filos, el aire frío proporciona una refrigeración eficaz de los filos cortantes de la herramienta, lo que da lugar a una eliminación eficiente del material de las virutas.
El aire refrigerado reduce las temperaturas en la zona de corte, lo que a su vez permite alcanzar mayores velocidades de corte y alargar la vida útil de la herramienta hasta un 30 %.
Este tipo de refrigeración permite que los modernos recubrimientos de TiALN alcancen todo su potencial y evita que el filo cortante se dañe por el choque térmico. Además, la boquilla de aire frío ayuda a eliminar las diminutas virutas que se producen en el fresado de copias, incluso en los huecos o cavidades profundas del molde.
La sujeción adecuada de la herramienta y la pieza de trabajo también es importante para el éxito del fresado en duro, incluida una alta rigidez y una buena amortiguación de las vibraciones de la máquina-herramienta y de los dispositivos de sujeción de la pieza, así como una alta concentricidad del portaherramientas para obtener excelente calidad de acabado superficial y una vida útil constante de la herramienta.
El fresado en duro con end mills de carburo sólido es una forma establecida y fiable de fabricar moldes con una dureza de hasta 66 HRC. Las operaciones secundarias y de rectificación pueden omitirse para aumentar la productividad y ahorrar enormes costos.
Cómo fresar en duro de forma eficaz
El fresado en duro requiere gran atención a los detalles para conseguir el máximo rendimiento y vida útil de la herramienta y tolerancias ajustadas de hasta 0.0001 pulgadas. Estos consejos ayudan a los operadores a sacar ventajas del fresado en frío.
El éxito de las operaciones de fresado en duro requiere el equilibrio perfecto de todos los factores presentes en un sistema, incluidas las herramientas de corte, el software CAM y las máquinas-herramienta.
De acuerdo con Jay Ball, gerente de producto de end mills de carburo sólido para NAFTA en Seco Tools, existen cinco reglas para mejorar el rendimiento y la vida útil de los cortadores, a la vez que se mantienen tolerancias estrictas durante el fresado en duro.
Mantenga una carga de viruta y una velocidad de avance constantes
Las máquinas-herramienta fluctúan rápidamente las velocidades de avance cuando se mecanizan superficies y trayectorias de corte complejas, lo que disminuye de manera drástica la vida de la herramienta. Los operadores deben comprender que, al mecanizar superficies complejas, las máquinas-herramienta no reducen las revoluciones junto con las reducciones de la velocidad de avance. Por lo tanto, si la máquina no puede mantener las velocidades de avance programadas durante el 80 % del tiempo, los operarios deben registrar las velocidades de avance medias y luego reducir las velocidades de avance y las rpm en concordancia.
Por ejemplo, si un operario programa 30,000 rpm y un avance de 150 ipm, pero la máquina solo puede mantener un avance medio de 75 ipm, el operario debe reducir las rpm a 15,000. La consiguiente reducción de las rpm aumentará la vida útil de la herramienta en un 50 % y tendrá un impacto insignificante en el tiempo de ciclo.
No deje material extra para el acabado
Cuando los operadores mecanizan aceros para herramientas de más de 48 HRC, el exceso de material de acabado reducirá el rendimiento y causará estragos en el acabado superficial y la vida útil de la herramienta.
Una regla general para la asignación de material de acabado es del 1 al 2 % del diámetro del cortador de acabado. La mayoría de los fabricantes de herramientas de corte basan sus datos de corte de acabado en un 1 a 2 % del compromiso del diámetro del herramental, por lo que dejar más que eso disminuye la productividad. Por ejemplo, cuando se utiliza una herramienta con un diámetro de 0.5 pulgadas, no hay que dejar más de 0.005 a 0.010 pulgadas de material de acabado.
Deje material consistente en todas las superficies
Después de que un operador desbaste una superficie compleja, debe ejecutar una trayectoria de herramientas de desbaste y semiacabado para garantizar un material de acabado uniforme en todas las superficies.
Los end mills de carburo sólido pueden aportar alta productividad y fiabilidad a los talleres de moldes que mecanizan una gran parte de sus productos a partir de aceros endurecidos.
Por ejemplo, cuando un operador desbasta una superficie compleja en 3D con end mills de punta de bola de 12 milímetros, y el diámetro de la fresa de acabado previsto es de 8 milímetros, una práctica segura para garantizar un material de 0.003 a 0.006 pulgadas en todas las superficies es realizar un desbaste en reposo con un end mill de punta de bola de 10 milímetros y luego un semiacabado con otro end mill de 8 milímetros. A continuación, el operador debe realizar el fresado de acabado con una nuevo end mill de punta esférica de 8 milímetros para asegurarse de que todas las superficies tienen un acabado uniforme.
Esta práctica también prolonga la vida útil del cortador de acabado y le permite al operador utilizar la fresa de punta de bola de acabado como herramienta de semiacabado cuando la vida útil de la herramienta de acabado llega a su fin.
Utilice portaherramientas fuertes y precisos
Los portaherramientas de alta precisión son cruciales en el fresado en duro para conseguir la máxima vida útil de la herramienta. La excentricidad debe limitarse a menos de 0.0004 pulgadas para extender la vida de la herramienta. Los operadores pueden alcanzar este nivel de precisión con la mayoría de los portaherramientas de ajuste por contracción, los chucks de fresado, los collet chucks de alta precisión y los portafresas seleccionados.
Un portaherramientas preciso garantiza la exactitud del proceso, mientras que un portaherramientas menos seguro puede provocar una vida útil imprevisible de la herramienta y producir superficies fuera de tolerancia.
Siga los parámetros de corte recomendados
Los datos de corte se optimizan según el diseño de la herramienta y para grupos de materiales específicos, ya que algunos aceros comunes para herramientas endurecidas presentan exigencias particulares, por lo que los operadores deben utilizar las recomendaciones como punto de partida. El operador puede realizar modificaciones en función de la aplicación.
Maximizar el fresado en duro con procesos de maquinado equilibrados
La aplicación exitosa del fresado de alta velocidad de aceros endurecidos requiere una comprensión de los factores que influyen en todo el proceso de mecanizado. Para maximizar la productividad y la fiabilidad, los talleres de moldes suelen mecanizar una gran parte de sus productos con aceros endurecidos.
Tradicionalmente, los aceros templados se han fresado en bruto a bajas velocidades y avances, con grandes profundidades de corte y pasos. De acuerdo con Jay Ball, el proceso es terriblemente lento y puede producir escalones profundos en la pieza, que requieren múltiples operaciones de semiacabado y acabado. El taller también puede desbastar un bloque blando, tratarlo térmicamente y volver a llevarlo a las fresadoras para realizar varias configuraciones de semiacabado y acabado. Otro enfoque del mecanizado de acero templado ha sido la electroerosión, proceso que también requiere mucho tiempo.
Ball afirma que esos largos procesos se sustituyen cada vez más por el fresado en duro de alta velocidad, que implica tomar profundidades de corte ligeras y utilizar altas velocidades de avance.
“Este proceso les permite a los talleres perforar agujeros y líneas de agua en un bloque, realizar un tratamiento térmico y, a continuación, aplicar las estrategias de alta velocidad para el desbaste y el acabado en una sola configuración. Las tasas de eliminación de metal son elevadas y las operaciones de semiacabado y acabado se minimizan, ya que el proceso de fresado en duro da lugar a piezas de forma casi neta. Es posible obtener acabados superficiales del orden de 10-12 rms. El resultado: un aumento de la productividad y una disminución de los costos de preparación y de manipulación repetitiva de las piezas”.
Factores que influyen en el proceso de fresado
Jay Ball considera que para aplicar con éxito el fresado en duro de alta velocidad es necesario comprender los numerosos factores que influyen en el proceso:
Dureza y maquinabilidad
La dureza medida de los aceros templados típicos está en el rango de 48-65 HRC. Sin embargo, cuando se trata de la maquinabilidad en el mundo real, el número Rockwell no representa toda la historia. Por ejemplo, el acero para herramientas D2 se endurece a unos 60-62 HRC, pero se mecaniza más bien a 62-65 HRC debido a un contenido de cromo del 11-13 % que aumenta la tenacidad. En el caso del D2 y de aleaciones multiconstituyentes similares, es necesario aplicar los parámetros de mecanizado del proveedor de herramientas previsto para materiales más duros.
La carga de viruta constante es crucial
La clave de la vida de la herramienta y de la calidad de la pieza en el fresado, y especialmente en el fresado de alta velocidad de aceros endurecidos, es mantener una carga de viruta constante en los filos cortantes de la herramienta de fresado. La carga de viruta es igual a la velocidad de avance dividida entre la velocidad del husillo multiplicada por el número de canales de corte, y una carga de viruta que varíe mucho o sea demasiado baja o alta hará que las herramientas se desgasten demasiado rápido, se astillen o se rompan.
Mantener una carga de viruta constante es un problema especial cuando se mecanizan los contornos 3D característicos de la fabricación de moldes. La programación de una trayectoria de herramienta recta de alta velocidad y avance suele ser rutinaria, pero en el fresado de formas complejas, la carga sobre la herramienta cambia y la máquina puede no ser capaz de mantener la carga de viruta deseada.
Por ejemplo, cuando un cortador llega a una esquina de 90 grados, el ángulo de enganche de la herramienta se duplica y las fuerzas de corte aumentan. Si no se reduce el avance, la herramienta se desgastará con rapidez o se romperá. Los operadores pueden reducir el avance manualmente a través de los controles de sobrealimentación, o el programa CAM y el control de la máquina-herramienta pueden combinarse para reducir la velocidad de avance con el fin de mecanizar los contornos variables del molde.
Para confirmar si se está logrando el avance especificado, un operador puede cargar el programa CAM y las herramientas en la máquina y ajustar la altura Z de la herramienta aproximadamente 1 pulgada por encima de la pieza. Una ejecución en seco revelará las velocidades de avance reales.
La física básica dicta que no es posible mantener el avance y la carga de viruta deseados el 100 % del tiempo. Una buena regla general indica que si la velocidad de avance programada no se mantiene durante el 80 % del tiempo del ciclo, entonces la velocidad del husillo debe reducirse en consecuencia para mantener una carga de viruta constante.
Por ejemplo, en una aplicación en la que una velocidad de avance de 100 pulgadas por minuto a 30,000 rpm producirá la carga de viruta deseada, el avance correcto puede lograrse durante una parte de la operación, pero puede caer a 40 pulgadas por minuto durante otras partes del proceso y producir un avance medio de 50 pulgadas por minuto.
En este caso, es probable que reducir la velocidad a la mitad produzca la carga de viruta deseada. Reducir la velocidad del husillo aumentará nominalmente el tiempo de ciclo, pero la vida de la herramienta aumentará a su vez. Existen calculadoras de fresado que proporcionan los parámetros necesarios para conseguir una carga de viruta constante.
Minimizar la excentricidad de la herramienta
Otro factor crítico, pero a menudo ignorado en las operaciones de fresado, es la excentricidad de la herramienta. En general, una excentricidad superior a 0.0004 pulgadas (una séptima parte del diámetro de un cabello humano) puede reducir la vida útil de la herramienta a la mitad.
La minimización de la excentricidad adquiere mayor importancia cuando se emplean herramientas muy pequeñas. Para algunas herramientas pequeñas, una excentricidad de 0.0004 pulgadas duplicará la carga de viruta en un solo diente y provocará un desgaste acelerado del filo cortante de la herramienta. Utilizar máquinas-herramienta y herramientas de corte caras, pero emplear portaherramientas de poca calidad puede ser una solución para los problemas. Sin embargo, los portaherramientas de alta precisión, incluidos los de ajuste por contracción y los hidráulicos, entre otros, eliminarán esencialmente la excentricidad como factor negativo.
Evite el exceso de material de acabado
Muchos talleres cometen el error de dejar un exceso de material de la pieza para el fresado de acabado. Para cortadores de aproximadamente 1/8 de pulgada de diámetro y más grandes, se recomienda dejar alrededor del 1 % del diámetro del cortador para el acabado. Por ejemplo, cuando se aplica una herramienta de ½ pulgada de diámetro, el material para el acabado debe ser de aproximadamente 0.005 pulgadas, o para un cortador de 1/8 de pulgada de diámetro, el material de acabado debe ser de 0.002-0.003 pulgadas.
En el caso de las herramientas más pequeñas, determinar la cantidad suficiente de material para el acabado puede ser un caso de “tacto” o de prueba y error. El 1 % del diámetro de un cortador de punta esférica de 0.020 pulgadas es de 0.0002 pulgadas, pero la cantidad de material puede ser insuficiente y la herramienta puede rozar el material de la pieza en lugar de cortarlo, lo que aceleraría el fallo de la herramienta. Para el cortador de 0.020 pulgadas de diámetro, probablemente sería más apropiado un material de acabado de 0.001 pulgadas o 0.0008 pulgadas.
Con las herramientas pequeñas en particular, los pasos excesivamente grandes entre las herramientas de acabado provocan problemas. Algunos operadores comienzan con una herramienta de 2 mm (radio de 1 mm) para crear un radio de 0.2 mm en una esquina, y a continuación utilizan una herramienta con un radio de 0.4 mm. En estas circunstancias, la probabilidad de que la herramienta se rompa es alta. Una progresión superior podría ser utilizar luego una herramienta de 0.8 mm de radio, después una de 0.6 mm y, finalmente, herramientas con radios de 0.4 mm y 0.2 mm. Este método conservador requerirá algunas herramientas más, pero la vida útil de las herramientas aplicadas será mayor y el riesgo de rotura, pequeño.
Utilizar programación premium
El software de programación es fundamental para mantener la carga de virutas. Los sistemas de CAM de primera calidad emplean un mayor número de puntos individuales para definir la trayectoria de la herramienta que los sistemas de programación de menor capacidad. El programa CAM también gestiona la entrada y salida de la herramienta para moderar las fuerzas en el filo cortante. Aunque el software de CAM más capaz suele ser también más caro, las ventajas compensan el mayor costo inicial.
Las capacidades del controlador de la máquina también desempeñan un papel en el fresado eficiente. Para llevar a cabo estrategias de fresado de alta velocidad de forma eficiente, una máquina debe tener la potencia de cálculo necesaria para anticiparse y manejar sin problemas los rápidos cambios en los parámetros de mecanizado dictados por el programa CAM. Los controladores y servos más antiguos no pueden procesar necesariamente tantos bloques por segundo como se necesitan para seguir los complejos comandos de movimiento de la máquina en el fresado de alta velocidad.
Manejar la vida del cortador
Un examen minucioso de la carga de viruta, la excentricidad y otros aspectos, como la rigidez de la máquina, puede producir resultados sorprendentes en cuanto a la vida útil de las herramientas en el fresado de alta velocidad. Las herramientas aplicadas correctamente pueden durar horas en el fresado de aceros endurecidos. Por supuesto, la definición de la vida de la herramienta también es un factor; las exigencias del cliente que recibe el molde en cuanto al acabado de la superficie pueden limitar la cantidad de tiempo que una herramienta puede funcionar antes de ser cambiada.
El calor extremo afecta negativamente la vida de la herramienta, por lo que las profundidades de corte ligeras utilizadas en el fresado de alta velocidad pueden aumentar la vida de la herramienta al maximizar el tiempo que tienen los filos cortantes para enfriarse mientras están fuera del corte.
Para evitar el choque térmico, el chorro de aire o la niebla de aceite/aire suelen sustituir al refrigerante cuando se fresan materiales de dureza superior a 48 HRC. Aunque en algunos casos el flujo de refrigerante líquido puede eliminar las virutas y evitar el recortado, el chorro de aire es una opción superior porque no somete la herramienta a cambios rápidos y grandes de temperatura.
Utilice la herramienta adecuada
La tendencia de la industria hacia tolerancias más estrictas incluye los productos de fabricación de moldes, y esas exigencias se reflejan en las herramientas utilizadas para mecanizar los moldes y sus componentes. Hace unos años, la tolerancia radial típica de una fresa de bola era de 10 micras; ahora está más cerca de las 5 micras.
Un end mill de bola que no sea fiel a la forma producirá piezas que no coincidan. Evitar este tipo de error es fundamental en la fabricación de moldes, en la que, por ejemplo, la goma de silicona líquida puede formar destellos en huecos de desajuste del molde tan pequeños como 2 micras.
Dado que el fresado de materiales duros genera una cantidad significativa de calor, muchos de los end mills de metal duro utilizados en el fresado duro presentan revestimientos de barrera térmica, como el nitruro de aluminio y titanio (AlTiN). Estas herramientas suelen tener sustratos de carburo de micrograno duro (con un contenido de cobalto del 8 %) para ofrecer resistencia al calor y fuerza, y geometrías de rastrillo de filo cortante negativo para resistir el desportillado. Las herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN) pueden utilizarse en operaciones de acabado, y las fresas con inserto son eficaces en el desbaste.
Las herramientas de fresado muy pequeñas pueden crear características que solo se podían conseguir con la electroerosión. Existen herramientas de hasta 0.1 mm (0.0039 pulgadas) de diámetro, e incluso estas herramientas tan pequeñas pueden aplicarse de forma eficaz a altas velocidades con longitudes de flauta cortas.
Las herramientas de precisión, un sofisticado software de CAM, máquinas-herramienta de alta capacidad, portaherramientas de primera calidad y detalles como las alternativas de refrigerante deben aplicarse conjuntamente para maximizar la productividad y la calidad del fresado de acero templado. Los proveedores de herramientas, máquinas-herramienta y materiales para piezas de trabajo suelen estar más que dispuestos a aportar su experiencia para ayudar a los talleres a lograr un verdadero equilibrio en el proceso y a cumplir sus objetivos de productividad.
Maquinado en duro: ¿Algo inalcanzable?
De acuerdo con Óscar Pascual Marcial, ingeniero de aplicaciones en Single Source Technologies México, el mecanizado en duro no es algo a lo que se deba ver como inalcanzable: “La tecnología ha avanzado mucho y puedes encontrar información y seminarios sobre este tema. Sin embargo, hay que considerar los siguientes factores al pensar en mecanizado en duro:
- Contar con una máquina de buena rigidez y estabilidad, tanto térmica como en movimientos dinámicos y, obviamente, que trabaje a altas rpm y avances.
- Sistemas de sujeción adecuados para este desempeño.
- Portaherramientas de elevada precisión, aunados a herramientas de alto desempeño.
- Contar con un software CAM es sumamente importante, así como saber utilizarlo a un alto nivel. Es necesario capacitar al equipo del taller con algún experto de CAM para obtener todo el provecho posible.
- Capacitar al personal en la tecnología de mecanizado en duro, desde programadores hasta operadores, ya que son los encargados de todo el desarrollo y tienen un alto grado de responsabilidad por estar a cargo de los equipos.
Como especialista en mecanizado de moldes y troqueles, Óscar Pascual nos da su visión sobre el fresado en duro.
¿En qué consiste el fresado en duro?
El fresado en duro (o mecanizado en duro) es la tecnología que permite remover material por arranque de viruta para la generación de punzones o cavidades, principalmente de aleaciones de acero con dureza superior a los 45 HRC (Rockwell C).
Para la fabricación de piezas se utilizan cuatro criterios importantes:
- Avance por diente.
- Profundidades de corte.
- Altos avances de corte.
- Evacuación adecuada de la rebaba.
¿Para qué aplicaciones se utiliza?
La aplicación principal es para la industria de moldes y troqueles, en la que se fabrican componentes sujetos a altos esfuerzos y tensiones. Debido al desgaste excesivo de estos componentes, se utilizan materiales con mayor dureza para mejorar su desempeño, además de incrementar su vida útil.
¿Cuáles son las ventajas del fresado en duro?
Existen muchas ventajas en el mecanizado en duro, como son:
- Reducción de costos en el proceso.
- Disminución de tiempo ciclo.
- Procesos más predecibles y estables.
- Calidad o acabado superficial más homogéneo.
- Reducción de procesos pre y posoperaciones.
- Eliminación de las distorsiones que sufre un mecanizado tradicional en el momento de un tratamiento térmico.
¿Por qué usar fresado en duro y no electroerosión?
Por la alta remoción de material que se puede lograr en un proceso de mecanizado en duro, con los accesorios adecuados, ahora es posible alcanzar áreas donde no era posible mecanizar. Por lo tanto, se le tenía que dejar el trabajo final a un proceso de erosión, que llevaba mucho tiempo por la misma naturaleza de la erosión, que es lenta comparada con el mecanizado.
El proceso de erosión es un proceso importante en el área de moldes y troqueles; sin embargo, la alta remoción de material en un mecanizado en duro es mucho mayor que el de la erosión. Muchas veces no es posible eliminar la erosión en su totalidad, por la misma geometría de las piezas. No obstante, si se reduce el tiempo considerablemente en un mecanizado en duro, en algunos casos incluso es posible eliminar el proceso de erosión.
¿Qué tipo de materiales se mecanizan con el fresado en duro?
El mecanizado en duro abarca materiales con dureza superiores a los 45 HRC. Entre los más comunes se encuentran H13, NAK80, D2, M4, A2, SKD11, además de materiales especiales como Orvar Suprem, STAVAX y algunos aceros inoxidables.
¿Se requiere algún tipo de inserto o herramientas especiales?
Es necesario utilizar herramientas especiales para este tipo de mecanizado. Se recomiendan herramientas de carburo sólido con algún recubrimiento para mecanizado de alto desempeño, con recubrimientos superiores o especiales de cada proveedor. Por ejemplo, el AlTiN (Alu-nitruro de titanio). En algunos casos se utilizan recubrimientos de diamante para mecanizados y acabados especiales, pero en general, no se recomiendan herramientas con insertos a menos que sean careados.
¿Se requiere alguna programación especial para fresar en duro?
Sí, es necesario utilizar programación especial, así como la definición de cada una de las configuraciones del CAM para evitar alguna falla en el proceso. Lo adecuado es tener trayectorias de alta velocidad (HSM). En el mercado existen muchos softwares para este tipo de procesos, pero el mejor será el que sepas usar.
En México, ¿qué tipo de empresas adquieren máquinas para fresar en duro?
Hoy es una tecnología utilizada por muchas empresas que desarrollan moldes y troqueles, tanto de consumo interno como talleres que se encargan de desarrollar componentes para empresas más grandes. Sin embargo, para muchas empresas aún es algo novedoso y están en la etapa de aprendizaje. De esta manera, todos debemos apoyar para que la curva de aprendizaje sea más rápida.
¿Qué máquinas se ofrecen con esta tecnología?
Makino ofrece una gran variedad de máquinas verticales de tres a cinco ejes, además de máquinas horizontales de cuatro a cinco ejes con múltiples capacidades según la geometría de la pieza; contamos también con máquinas de erosión por hilo (WEDM) y penetración o sinker (SEDM). En Makino/SST tenemos expertos en esta área de trabajo, además de cursos para nuestros clientes como el de “High Performance Machining”, para que mejoren su habilidad de dominar esta técnica. También los apoyamos en el inicio de su cambio del mecanizado convencional al mecanizado en duro. Es decir, ayudamos a entender el funcionamiento adecuado en esta nueva tecnología. Otro punto clave para mejorar son los seminarios que impartimos, presenciales o en línea, para ayudar a entender estas nuevas tecnologías.
El fresado en duro en cifras
A continuación se indican algunas velocidades, avances y profundidades de corte para un proceso de fresado en duro productivo
El problema de cambiar a un método de mecanizado nuevo y diferente es que sus expectativas antiguas y establecidas pueden dejar de ser útiles.
Muchos talleres han implementado el fresado en duro mediante el mecanizado de alta velocidad, como una forma de generar formas intrincadas de moldes y matrices en el centro de mecanizado, con menos necesidad de electroerosión y acabado manual. Sin embargo, el mecanizado de acero duro con herramientas pequeñas que realizan cortes rápidos y ligeros no es la forma en la que muchos talleres están acostumbrados a mecanizar estas piezas.
Para el taller que no tiene esta experiencia en el fresado de aceros duros, ¿qué tan rápido es el corte? ¿Qué tan suaves son las pasadas ligeras? Suponiendo que el taller tenga una máquina-herramienta y una herramienta de corte adecuada para este proceso, ¿cómo encuentra el taller los parámetros de corte que generarán eficazmente las superficies lisas y los detalles precisos en el acero duro?
William G. Howard Jr., gerente de la línea de productos de centros de mecanizado vertical de Makino, escribió un libro sobre el fresado en duro: High-Speed, Hard Milling Solutions (Soluciones de fresado en duro de alta velocidad) publicado por Hanser Gardner Publications. Entre los consejos que ofrece están algunas reglas generales para encontrar los parámetros de mecanizado adecuados para el fresado en duro.
Estos parámetros no son todo el proceso (de ahí la necesidad del libro). Además, el fabricante de herramientas de corte puede ofrecer parámetros más productivos y específicos que estos, dice. Sin embargo, si el taller tiene una máquina de mayor rendimiento con herramental de mayor rendimiento, y a falta de experimentación o asesoramiento de expertos que ofrezcan parámetros más específicos, los rangos y ecuaciones que se presentan a continuación deberían darle al taller un buen punto de partida para aplicar el fresado en duro con eficacia.
Velocidad
La velocidad de corte en el proceso de fresado en duro depende del grado de dureza. Utilice estos rangos como puntos de partida:
Dureza de la pieza | Rango de velocidad de corte |
Hasta 45 HRC | 600 a 1,000 sfm |
45-58 HRC | 400 a 600 sfm |
60+ HRC | 200 a 400 sfm |
Velocidad de avance
La carga de viruta o el avance en pulgadas por diente puede aproximarse en función del diámetro real de la herramienta. Para el punto de partida de un avance de fresado en duro, utilice estos rangos:
Dureza de la pieza | Avance IPT |
Hasta 45 HRC | 3 a 4 % del diámetro de la herramienta |
45-58 HRC | 2 a 3 % del diámetro de la herramienta |
60+ HRC | 1 a 2 % del diámetro de la herramienta |
Estos avances suponen una longitud de herramienta estándar. Si se necesita una herramienta de mayor longitud porque la característica de fresado en duro es también difícil de conseguir, entonces puede justificarse un avance más ligero.
Profundidad de corte
Las profundidades de corte “de sobrepaso” y “de descenso” dependen igualmente de la dureza del material, hasta cierto punto. Un factor más importante que afecta la profundidad de corte (o radial) puede ser el acabado superficial deseado de la pieza.
Estas son las profundidades de corte máximas que deben emplearse en un proceso de fresado en duro:
Dureza de la pieza | Profundidades de corte |
Hasta 45 HRC |
Radial 50 % del diámetro de la herramienta Axial: 10 % del diámetro de la herramienta |
45-58 HRC |
Radial: 45 % del diámetro de la herramienta Axial: 7 % del diámetro de la herramienta |
45-58 HRC | Radial: 45 % del diámetro de la herramienta
Axial: 7 % del diámetro de la herramienta |
60+ HRC |
Radial: 45 % del diámetro de la herramienta Axial: 5 % del diámetro de la herramienta |
Estos valores máximos conservan la vida útil de la herramienta. Sin embargo, cuando el objetivo del fresado en duro es también la suavidad de la superficie, puede ser necesaria una profundidad radial aún más ligera.
El propio requisito de acabado superficial puede utilizarse para calcular este valor de paso más ligero. Esto se debe a que el valor del acabado superficial es una indicación de la altura de la cúspide entre pasadas, y la altura de la cúspide entre pasadas adyacentes con una herramienta de punta de bola puede determinarse matemáticamente a partir del radio de la bola.
El término coseno refleja la posibilidad de mecanizar ángulos de inclinación o superficies cónicas o inclinadas. “A” es el ángulo medio de acoplamiento entre la herramienta y la superficie angular. Por ejemplo, si se utilizara una herramienta de 0.25 pulgadas de diámetro (radio de 0.125 pulgadas) para conseguir un acabado superficial RMS de 40 micropulgadas con un ángulo medio de acoplamiento de 45 grados, el paso se calcularía tomando la raíz cuadrada de 8 × 0.125 × 0.00004, multiplicada por el coseno de 45 grados. Esto equivale a 0.0044 pulgadas, o aproximadamente el 1.8 % del diámetro de la herramienta. Utilice esta ecuación para determinar la profundidad de corte radial necesaria para cumplir un requisito de acabado superficial exigente.
El avance también afecta el acabado superficial. El paso de cada filo cortante a medida que la herramienta avanza crea una “cúspide” propia. Por lo tanto, si el objetivo es una superficie lisa, el mismo valor calculado como límite de la profundidad radial debe aplicarse también como límite superior del avance de la herramienta en pulgadas por diente.
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