Maximización de MRR con herramientas para altas

Las herramientas de corte avanzadas pueden maximizar las tasas de eliminación de metal (MRR) al mecanizar incluso los materiales más difíciles de mecanizar. Impulsadas por los últimos programas CAM, estas estrategias de mecanizado se conocen de diversas formas como desbaste optimizado de alta velocidad y alta eficiencia y también por nombres de marca patentados como el fresado dinámico de Mastercam. Las herramientas, como las herramientas de carburo sólido de varios canales, se benefician de las últimas tecnologías avanzadas en anticipación de máquinas, husillos de alta velocidad, recubrimientos y geometrías.

Así es como los principales fabricantes de herramientas están ayudando a los clientes a poner estas herramientas a trabajar en el mecanizado de titanio, aleaciones a base de níquel, superaleaciones, Inconel y acero inoxidable.

Quitar metal es importante, y hacerlo lo suficientemente rápido para ganar dinero es más importante. Para capitalizar las últimas estrategias de mecanizado para fresar materiales difíciles de mecanizar, Iscar Metals Inc., Arlington, Texas, continúa ampliando sus líneas de fresas de ranurar de carburo sólido de múltiples canales, según Bryan Stusak, gerente nacional de productos. -molienda. Iscar ha diseñado fresas de metal duro integral específicamente para estrategias de fresado, incluido el fresado de alta velocidad, el fresado de alta eficiencia, el desbaste optimizado y estrategias CAM patentadas como el fresado dinámico de Mastercam.

"Las cuatro estrategias son esencialmente las mismas", dijo Stusak. "Hemos desarrollado herramientas de varios canales, y específicamente una herramienta de siete canales con tecnología de división de virutas para permitir anchos de corte muy ligeros dependiendo de la longitud del canal en la fresa frontal. Estas estrategias gestionan activamente los cuatro atributos en la Los sistemas CAM, que incluyen el ancho radial de corte, el arco de contacto, el grosor de la viruta y la velocidad de avance, para un rendimiento optimizado", dijo.

La tecnología de división de virutas reduce la presión radial de la herramienta que se encuentra con longitudes de corte largas y ayuda a romper las virutas, produciendo virutas más manejables para que el operador o la bandeja de virutas o el transportador las retiren, explicó Stusak. "La clave para mecanizar materiales difíciles de mecanizar es el acoplamiento radial", dijo. "Desea minimizar el ancho de corte o el arco de contacto para combatir el calor". Al minimizar el ancho de corte, no se transfiere tanto calor a la herramienta debido a la cantidad limitada de tiempo de corte en la fresa frontal.

Hay otras ventajas. "Al minimizar el ancho de corte, puede elevar el metraje de la superficie en la mayoría de las aleaciones, con la excepción de las aleaciones con base de níquel", dijo Stusak. "No se puede aumentar tanto la velocidad de corte porque es imposible eliminar el calor en el corte, pero para Ti6Al4V tenemos estudios de casos en los que hemos mecanizado hasta 400 sfm con un acoplamiento radial del 4 por ciento con estas herramientas".

Comprender la composición de estos materiales es clave para comprender las limitaciones con la velocidad de corte. "La dureza de la pieza de trabajo y la composición del material tienen una gran influencia en la maquinabilidad", explicó. "Las superaleaciones con base de níquel, con base de cobalto y con base ferrosa tienen ciertos elementos de aleación que no permitirán elevar el sfm porque no se puede eliminar el calor en el corte sin importar lo que haga con el ancho de corte o velocidad de corte. [Las velocidades de corte tienen] que mantenerse entre 80 y 110 sfm dependiendo de la dureza del material".

Es diferente con el acero inoxidable PH, algunos aceros inoxidables dúplex y las aleaciones de titanio, donde se puede aumentar la velocidad para obtener una mayor productividad de la herramienta. "Los aceros inoxidables dúplex que tienen mucho contenido de níquel y cromo se mecanizan más como materiales de Inconel debido al alto contenido de níquel. Por lo tanto, es esencial comprender los elementos de aleación en el mecanizado de aleaciones de alta temperatura", dijo.

Stusak enfatizó los beneficios de estas estrategias de mecanizado al explicar que el principio básico del corte de metales es formar una viruta correctamente en relación con la geometría del borde para que esté cortando el material, no arándolo. Tanto el desbaste como el acabado se benefician de estrategias de mecanizado optimizadas, pero especialmente el desbaste, donde el tiempo de mecanizado puede reducirse considerablemente.

"El acabado generalmente se realiza con una fresa de extremo de hélice de 45o para materiales endurecidos hasta 65 HRC porque el ángulo de hélice más alto corta el material con mayor eficacia", dijo. "Las fresas de mango con un ángulo de hélice de 60° se usan en materiales no ferrosos como el aluminio e incluso aleaciones con alto contenido de níquel en aplicaciones de acabado. En general, una fresa de mango de paso variable con un ángulo de hélice de 35 a 38o es la más común que vemos en la industria porque tiene un buen equilibrio entre la resistencia del filo y el diámetro del núcleo, y es un poco más afilado en el corte donde corta el material de manera más efectiva en comparación con una fresa de extremo helicoidal de 30o".

Las familias de fresas Iscar para fresado de alta velocidad incluyen las siguientes:

La fresa de ranurar de varios canales (siete canales) ECP-H7-CF tiene un sustrato duro, grado de carburo ultrafino IC902 con 9 por ciento de cobalto y está recubierto con TiAlN PVD. Es adecuado para mecanizar diversos materiales, incluidos acero duro y hierro fundido, a altas velocidades de corte, según Iscar.

La fresa de mango ECY-S5 con cinco canales cuenta con un sustrato de uso general y un recubrimiento de AlTiCrSiN (IC608) para fresado de alta velocidad en escuadra o de ranura completa o fresado trocoidal o de pelado. Su aplicación principal es el acero inoxidable, pero también se puede utilizar para mecanizar aleaciones de alta temperatura a base de níquel.

La fresa de mango ECI-H4S-CFE es un diseño corto de cuatro flautas con diferentes hélices (35o y 37o) y paso variable para amortiguar la vibración. Se puede utilizar para desbaste y acabado de alta MRR, con fresado de ranuras completas de hasta 1×D. También está disponible con el nuevo recubrimiento AlTiCrSiN IC608 para mecanizado a temperaturas elevadas.

La fresa de mango de cuatro canales ECKI-H4R-CF presenta radios de esquina para aplicaciones aeroespaciales y cualquiera de los dos recubrimientos, IC300 TiCN o IC900 AlTiN. Ofrece paso variable y hélice variable y una preparación de filo especial para el mecanizado de titanio.

Dado que sus clientes utilizan con más frecuencia aleaciones a base de níquel resistentes a altas temperaturas, Seco Tools LLC, Troy, Michigan, se centra en maximizar las tasas de eliminación de metal utilizando estrategias de desbaste optimizadas de alta velocidad y alta eficiencia, según Jay Bola, gerente de producto de carburo sólido.

"El procesamiento de estos materiales con procesos de mecanizado convencionales tiende a endurecerlos", explicó. "Con el fresado de alta eficiencia y el desbaste optimizado, se genera mucho menos calor porque se realizan pasos radiales y profundidades de corte (DOC) más ligeros, pero no se pone mucho calor en la pieza de trabajo", dijo. "Donde la típica fresa de metal duro integral utilizada para desbaste y acabado normalmente tenía cuatro y cinco flautas, con el fresado de alta eficiencia ahora dominando la industria, hemos agregado herramientas de seis, siete y nueve flautas".

La ventaja de las fresas de ranurar de varios canales es que los operadores pueden obtener velocidades de avance más altas debido a la reducción del DOC y al paso con materiales resistentes al calor y a altas temperaturas. "A estos metales no les gusta mecanizarse de la manera convencional con DOC grandes y paso radial grande y velocidades de avance lentas", dijo Ball. "Las herramientas de múltiples canales permiten mayores MRR sin endurecimiento por trabajo porque puede ejecutar velocidades de avance más rápidas y pasos radiales más livianos con más dientes".

Señaló que si bien el desbaste del material es difícil y puede causar múltiples problemas, el desbaste optimizado con pasos radiales máximos del 6 al 10 por ciento es efectivo en superaleaciones resistentes al calor (HRSA) y titanio. "Y puede usar estas mismas herramientas para luego terminar muchas de estas piezas también, por lo que está usando un acabado de fresado lateral más tradicional", dijo.

Seco Tools ha desarrollado geometrías, recubrimientos, sustratos de carburo y preparaciones de bordes específicos para estos materiales difíciles de mecanizar. El último desarrollo de la compañía en recubrimientos es su recubrimiento patentado a base de silicona HXT para mayor resistencia térmica y resistencia a la abrasión. "Descubrimos que estas mismas herramientas se pueden usar para cortar metales más fáciles de mecanizar, como aceros para herramientas, aceros inoxidables y hierro fundido. Por lo tanto, ahora podemos usar estas estrategias de fresado de alta eficiencia para aumentar la vida útil de las herramientas". y productividad en una gama más amplia de materiales más fáciles de mecanizar", dijo Ball.

Agregó: "Hemos comenzado a jugar mucho más con índices variables y [hélices] en herramientas de corte de múltiples flautas debido a su potencial para una mayor presión de corte debido al mayor contacto de la herramienta con la pieza de trabajo. Sin embargo, es necesario cambiar [las hélices ], rastrillos e índices para variar la geometría de tal manera que rompa la vibración y los armónicos y aún retenga la capacidad de la herramienta para cortar de manera eficiente".

Estas estrategias de mecanizado optimizadas de alta velocidad y alta eficiencia son la ola del futuro. Y están aquí hoy. Según Ball, entre el 80 y el 90 por ciento de los proveedores de software CAM tienen algún tipo de estrategia de fresado optimizada para el desbaste y entre el 80 y el 90 por ciento de los principales fabricantes de herramientas de corte tienen algún tipo de productos multicanal para estas estrategias.

El objetivo de las estrategias de mecanizado tanto de alta velocidad como de alta eficiencia es mejorar el MRR, según Yair Bruhis, gerente global de productos y aplicaciones de YG-1 Tool Co., Vernon Hills, Illinois. El mecanizado de alta eficiencia aumenta el corte al limitar el tiempo de corte con aire. "Debido a que las dos estrategias de mecanizado son tan efectivas, la gente quiere cambiar todo hacia ellas", dijo Bruhis. "Pero todo depende de la pieza y los parámetros de mecanizado. A veces, puedo mirar la pieza y decir que no se puede mecanizar con estrategias de alta eficiencia debido a la forma y complejidad de la pieza, o a las capacidades de la máquina, o las características y programación de la pieza, entre otros factores.

"Hablo con mucha gente en la industria aeroespacial y la tendencia ha cambiado en los últimos 10 o 15 años", continuó Bruhis. "Ya no es el costo de la herramienta. Los clientes quieren saber el costo real de la remoción de metal. Hay muchos casos en los que me reúno con ingenieros o programadores y expresan claramente que no les importa el precio de la herramienta. El tiempo de ciclo y la vida útil de la herramienta son las consideraciones más importantes".

También señaló que la tendencia en el mecanizado de aleaciones de titanio y exóticos en los últimos cuatro o cinco años es hacia el mecanizado de alta velocidad para piezas medianas y grandes porque el costo de quitar titanio o Inconel es mucho más alto que el del aluminio o el acero.

"Al evaluar el mecanizado de grandes piezas aeroespaciales, por ejemplo, aunque no soy programador, en la mayoría de los casos puedo mirar el programa y decir qué se debe cambiar", dijo Bruhis. "En los últimos años, entre viajar y trabajar por todo el mundo, si no puedo revisar el programa, hago que mi cliente envíe un video de la simulación y celebre una reunión en línea para discutir las posibles modificaciones del programa. A través de las interacciones de Skype, puedo hacer simulaciones y modificar programas constantemente".

YG-1 ha desarrollado herramientas estándar específicamente para el mecanizado de titanio a alta velocidad, pero alrededor del 30 por ciento de sus herramientas para esta aplicación todavía se fabrican a medida, con longitudes y radios de esquina especiales. "Una de las tendencias del mecanizado de alta velocidad es el aumento del número de flautas necesarias para realizar cortes ligeros y funcionar muy rápido", dijo. "La tendencia de los últimos cinco años es de cinco, seis, siete y nueve flautas", dijo. La ventaja es una mayor vida útil de la herramienta y un mejor control del calor y las virutas, así como un mejor rendimiento de mecanizado.

"Cuando los principales OEM me llaman, generalmente es para mejorar la vida útil de la herramienta, el proceso o ambos", continuó Bruhis. "Podría ser un nuevo proyecto en el que enfrentan un problema grave. Puede ser un problema con la calidad de la pieza, el tiempo del ciclo, la entrega de las piezas a tiempo o el costo total, pero casi nunca se debe al costo de la herramienta desde YG-1. ofrece un paquete de costo-rendimiento muy atractivo".

Bruhis describió cómo evalúa y determina un enfoque para un proyecto de mecanizado de titanio. "Por lo general, pregunto primero sobre la capacidad de la máquina, ya sea de tres, cuatro o cinco ejes, verticales u horizontales, accesorios y herramientas", dijo. Agregó que, en la mayoría de los casos, las fresas de mango específicas se seleccionan en función del corte axial o radial, las velocidades y los avances, y la programación para el mecanizado de alta velocidad y alta eficiencia.

Las rutas de corte varían y pueden incluir perfilado, ranurado y embolsado. Las piezas de trabajo también pueden variar en complejidad y tamaño. YG-1 tiene herramientas para materiales específicos como titanio, Inconel o aluminio, así como herramientas de uso general para talleres más pequeños y múltiples aplicaciones.

"Determinamos el proceso y el programa y lo ejecutamos dentro de un rango de velocidades y alimentaciones y estimamos un tiempo de ciclo", dijo Bruhis. "Una vez que el cliente tiene la oportunidad de ejecutar el programa que hemos establecido, podemos obtener retroalimentación con los resultados del tiempo de mecanizado real y, si el tiempo del ciclo es demasiado largo y el costo no está en línea con los resultados esperados, tomamos las medidas requeridas". ajustes".

Al igual que otras empresas que contribuyen a este artículo, Horn USA Inc., Franklin, Tenn., enfatiza tanto la importancia del diseño de herramientas de varios canales como la colaboración del cliente para el éxito de las herramientas. "Nos describiría como una empresa impulsada por la ingeniería que aborda las soluciones de herramientas para sus clientes con delicadeza", dijo Edwin Tonne, especialista técnico y de capacitación. Horn, que es muy conocida por sus herramientas de ranurado y torneado de corte, ofrece una amplia línea de productos, que incluyen fresas de extremo integral de metal duro, brocas y fresas intercambiables, así como sus productos de torneado. Más del 40 por ciento de sus herramientas de corte son especiales. Horn ha desarrollado fresas de extremo de múltiples flautas que se utilizan para mecanizar titanio, Inconel, acero inoxidable y otros metales resistentes a altas temperaturas utilizando estrategias de mecanizado de alta velocidad y alta eficiencia para lograr el MRR más alto.

El siguiente es un informe de consenso de una entrevista realizada con Tonne, Eric Carbone, ingeniero de aplicaciones y ventas; John Kollenbroich, jefe de gestión de productos; y Jeff Shope, ingeniero de aplicaciones y ventas.

No todas las piezas son buenas candidatas para el mecanizado de alta velocidad. La elección de la estrategia está en función de la geometría y el tamaño de la pieza. Algunas de las pruebas que se han visto han requerido el mecanizado de Inconel, titanio y acero inoxidable con profundidades de corte ligeras, altas velocidades y velocidades de avance y acoplamiento radial bajas.

Si se trata de una "profundidad de la pieza" muy poco profunda, el maquinista no obtendrá la economía de la fresa frontal y la alta velocidad y experimentará un exceso de vibración. La razón es que si un taller ejecuta una profundidad de corte axial poco profunda, se reduce el MRR y es posible que la operación no sea tan eficiente como otros métodos con pasos laterales radiales más grandes y axiales menos profundos.

Estas estrategias de mecanizado requieren algo más que la calidad de metal duro, la plaquita y la geometría correctas: la forma de abordar el material también es fundamental. El objetivo del mecanizado de alta eficiencia es reducir el ancho de corte y aumentar la longitud de corte para reducir las fuerzas de corte, lo que permite un mecanizado más rápido. A veces es más rápido de esa manera, y a veces es más rápido usando cortadores tradicionales de alto avance. Muchas veces con el mecanizado dinámico puede haber mucho movimiento desperdiciado. Su aplicación depende de la aplicación y la complejidad de las características, como el embolsado, que están involucradas.

Es importante contar con el software CAM adecuado para evitar desperdiciar movimientos de desplazamiento rápido, lo que aumenta el tiempo del ciclo. Hay ocasiones en las que es mejor dar una pasada de corte más convencional. Un ejemplo es cuando el ancho de corte es corto con, por ejemplo, una fresa de extremo de 0,5" (12,7 mm) con la intención de cortar una longitud de la pieza de 0,5" de largo y el proceso necesita eliminar 0,3" (7,62 mm) de material. En este ejemplo, Horn recomienda quitar todo el material en una o dos pasadas en lugar de 30 pasadas. Para ser eficiente, la herramienta debe permanecer en la pieza y limitar la retracción que desperdicia tiempo.

Además del componente, la estrategia de programación y el software también influyen en esto. Si un taller está realizando un fresado de alta eficiencia o alta velocidad, debe tener la potencia y el par necesarios para impulsar la herramienta. Si ejecuta el software incorrecto, habrá muchos movimientos costosos y desperdiciados.

Las herramientas de carburo sólido de Horn con siete o nueve flautas con grandes DOC y un paso del 10 al 15 por ciento, como regla general para empezar, ayudan con estas estrategias, pero la máquina herramienta debe tener la aceleración y desaceleración requeridas. Una máquina más antigua con rápidos de 600 ipm no será suficiente. Del mismo modo, también se requiere la anticipación que tienen las máquinas más nuevas.

Las fresas de mango DSFT de Horn, parte de la línea DS de herramientas de acoplamiento radial bajo y alto DOC, están diseñadas para el mecanizado trocoidal. Para ser efectivas, las herramientas DS requieren un husillo de máquina sólido con un descentramiento cercano y un controlador capaz de programar. Los programas CAD están disponibles para crear simulaciones de estimaciones de tiempo de mecanizado para decidir si es mejor el fresado de extremos tradicional o el mecanizado de alta velocidad. Además, hay una serie de herramientas de software disponibles para evaluar la economía de estas decisiones de herramientas.

El MRR más alto posible en el mecanizado de alta velocidad con herramientas de varios canales se produce cuando el proceso abarca toda la longitud del canal de la herramienta. Cuantas más flautas, mayor será el diámetro del núcleo para la rigidez. Por lo general, lo primero que se debe tener en cuenta al considerar el mecanizado de alta velocidad es el tamaño de la pieza y la longitud del canal para decidir el diámetro de la herramienta, según Horn. Una pulgada de la longitud real del canal puede manejarse con una herramienta de 3/8" (9,5 mm) de diámetro y dos pulgadas de la longitud real del canal con una herramienta de 5/8" (15,8 mm) de diámetro.

El objetivo es maximizar la longitud de la flauta porque eso es lo que proporcionará el mejor MRR en combinación con pasos intermedios del 5 y 10 por ciento. Otra forma de determinar la selección de herramientas es decidir si simplemente se cambia a fresado de alto avance y se avanza con una fresa de mango convencional y se extrae el material.

Los tiempos de ciclo para el mecanizado de cinco ejes de moldes, cuchillas y otras piezas aeroespaciales y médicas complejas se pueden reducir hasta en un 90 por ciento con las fresas de extremo de metal duro integral de segmento circular, según Emuge Corp, West Boylston, Massachusetts. El mecanizado puede estar familiarizado con el uso de fresas de extremo de punta esférica tradicionales para hacer pequeñas pasadas de paso, las fresas de extremo de segmento circular utilizan pasos de paso alto hasta 10 veces más grandes que las fresas de extremo de punta esférica para cortar grandes áreas de material, maximizando la eficiencia y minimizando la altura de la cúspide.

Según la empresa, se obtienen ahorros de tiempo y costes y una mayor calidad de las piezas. La vida útil de la herramienta aumenta debido a trayectorias más cortas. Las desviaciones de tolerancia debidas a la deformación por calor en la herramienta se minimizan y las desviaciones axiales de la máquina se suavizan, ofreciendo un acabado superficial de mayor calidad en un período de tiempo más corto. Las fresas de extremo de segmento circular presentan formas únicas con radios grandes en las áreas de corte de las fresas, lo que permite un DOC axial más grande durante las operaciones de preacabado y acabado.

Las fresas de extremo están disponibles en cuatro geometrías: forma de barril, forma ovalada, forma cónica y forma de lente. Las fresas de forma ovalada y cónica son adecuadas para formas curvas, como cuchillas o cavidades de paredes rectas, y se acoplan libremente a una mayor parte del filo de corte. Las fresas con diseño de barril brindan un fresado de flanco efectivo en los lados de las ranuras en espiral y aplicaciones similares, según Emuge. Los molinos en forma de lente sobresalen en canales angostos o en terrenos en moldes. Se requiere software de sistemas CAM específicos, como Mastercam e hyperMILL, para respaldar y calcular las geometrías.

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