Claves para operaciones de fresado exitosas

No es difícil llegar a un acuerdo sobre cómo se ve una aplicación de fresado exitosa. La aplicación cuenta con una máquina capaz con herramientas de corte y accesorios adaptados al material de la pieza de trabajo y la configuración de la pieza para producir el acabado superficial, el desgaste de la herramienta y la vida útil de la herramienta deseados y esperados.

Pero para cualquier taller, el desafío es tomar la decisión correcta entre una gran cantidad de tecnologías competidoras, identificar las ventajas y desventajas y, siempre que sea posible, incorporar la última tecnología avanzada y estrategias de programación. Así es como algunos proveedores de tecnología líderes ven el proceso de fresado y las opciones asociadas.

En un podcast reciente de SME Advanced Manufacturing Now, Chuck Somerville, ingeniero de ventas de herramientas de corte, Ceratizit USA, Schaumburg, Ill., describió lo que él llama las "Seis claves para una aplicación de fresado exitosa". Incluyen:

Entre las consideraciones se encuentran la complejidad de la pieza de trabajo, el nivel de habilidad del taller y la necesidad de comunicación entre los operadores de la máquina, los programadores y el personal de configuración. "Todos los cuales no comparten un conocimiento común", dijo Somerville.

"El programador sabe cómo generar código. El operador de la máquina sabe cómo cargar la máquina y presionar los botones", explicó. "Pero, en muchos casos, el programador no entiende qué sucede cuando el operador presiona el botón y las herramientas comienzan a cortar".

Por eso es tan importante la flexibilidad de la máquina. El nuevo sistema de herramientas MaxiMill 273 de Ceratizit, por ejemplo, cuenta con una plaquita prismática de alta precisión con un ángulo de incidencia positivo en ambos lados. La plaquita combina la ventaja de las plaquitas negativas en las que se pueden utilizar ambos lados de los filos de corte con las de las plaquitas positivas con sus bajas fuerzas de corte. El nuevo sistema de herramientas está dirigido a la mayoría de las piezas de trabajo de fresado que requieren menos de 0,140" [3,6 mm] de eliminación de material.

La MaxiMill 273 versión 2 se caracteriza por un paso particularmente cerrado con el máximo número de dientes en cada diámetro que hace posibles altas velocidades de avance. Es especialmente adecuado para la producción de gran volumen de piezas de hierro fundido, principalmente en la industria automotriz, lo que él llama las "Seis claves para una aplicación de fresado exitosa". Incluyen:

Entre las consideraciones se encuentran la complejidad de la pieza de trabajo, el nivel de habilidad del taller y la necesidad de comunicación entre los operadores de la máquina, los programadores y el personal de configuración. "Todos los cuales no comparten un conocimiento común", dijo Somerville.

"El programador sabe cómo generar código. El operador de la máquina sabe cómo cargar la máquina y presionar los botones", explicó. "Pero, en muchos casos, el programador no entiende qué sucede cuando el operador presiona el botón y las herramientas comienzan a cortar".

Por eso es tan importante la flexibilidad de la máquina. El nuevo sistema de herramientas MaxiMill 273 de Ceratizit, por ejemplo, cuenta con una plaquita prismática de alta precisión con un ángulo de incidencia positivo en ambos lados. La plaquita combina la ventaja de las plaquitas negativas en las que se pueden utilizar ambos lados de los filos de corte con las de las plaquitas positivas con sus bajas fuerzas de corte. El nuevo sistema de herramientas está dirigido a la mayoría de las piezas de trabajo de fresado que requieren menos de 0,140" [3,6 mm] de eliminación de material.

La MaxiMill 273 versión 2 se caracteriza por un paso particularmente cerrado con el máximo número de dientes en cada diámetro que hace posibles altas velocidades de avance. Es especialmente adecuado para la producción de gran volumen de piezas de hierro fundido, principalmente en la industria automotriz, donde se requieren tiempos de mecanizado cortos a profundidades de corte moderadas, según Ceratizit.

Bryan Stusak, gerente nacional de productos, fresado, Iscar USA, Arlington, Texas, describió los conceptos básicos para abordar la maquinabilidad, que se ve muy afectada por la condición de dureza del material de la pieza de trabajo (Rc). La elección de la geometría y el recubrimiento adecuados de la herramienta de corte para un material de pieza de trabajo y una aplicación determinados, señaló, es esencial para el éxito.

Las herramientas de corte deben cortar en lugar de "arar" el material de la pieza de trabajo para evitar el endurecimiento por trabajo y el exceso de calor mientras se forma la viruta, explicó Stusak. "La sujeción del trabajo debe ser sólida para un proceso estable y seguro. Cualquier traqueteo y/o vibraciones pueden causar una calidad deficiente de la pieza y reducir el rendimiento de la herramienta de corte", agregó.

"La incorporación de estrategias y principios básicos de aplicación de fresado con CAD/CAM es esencial para obtener una pieza de calidad con una vida útil optimizada de la herramienta. Para ciertas aplicaciones/materiales, el refrigerante es imprescindible, ya que actúa como lubricante, ayuda a evacuar las virutas y enfría la zona de corte Siempre se recomienda el uso de refrigerante a alta presión (HPC) si la máquina herramienta ofrece esta capacidad.HPC actúa como una cuña hidráulica en la cara de viruta/desprendimiento de la interfaz de la herramienta de corte, levantando así la viruta con menos esfuerzo para reducir el BUE y aumentar la acción de enfriamiento a la herramienta de corte y la pieza de trabajo", dijo Stusak.

Para aplicaciones tan diversas como la automoción, la ingeniería general y la medicina, los diseños de fresas indexables de Iscar se pueden clasificar como una solución versátil o específica de la aplicación. Para los talleres, señaló Stusak, contar con una fresa versátil con una inclinación alta y positiva de la cavidad de la fresa (axial/radial) permite operaciones como refrentado, escuadrado, ranurado cerrado y abierto, interpolación helicoidal, rampa, perfilado y copiado.

El diseño Heli3Mill de Iscar tiene ventajas sobre el inserto estilo APKT tradicional que existe desde hace "eones", según la compañía. En primer lugar, la fresa tiene un ángulo de filo de corte real de 90° con tres filos de corte helicoidales para reducir el costo por filo en comparación con una plaquita de dos puntas. El bolsillo en forma de V de Heli3Mill captura el inserto en dos puntos de contacto en la orientación radial para una mayor rigidez de sujeción.

"Esta cortadora es ideal para máquinas de servicio liviano debido a los altos ángulos de inclinación axial incorporados en el diseño de la cortadora", dijo Stusak. Las ofertas de geometría de borde de plaquita de forma triangular de Heli3Mill, junto con numerosas opciones de grado, están disponibles en cinco tamaños de IC: 5, 7, 10, 15 y 19 mm. Estos insertos están disponibles en diámetros de cuerpo de cortador que van desde 0,236" a 6,00" (6 a 152 mm).

Para operaciones específicas de la aplicación, Iscar ofrece la línea de herramientas HELIDO H690 con un inserto triangular o triangular de doble cara. Esto reduce el costo por perímetro para los entornos de producción, señaló Stusak. Para operaciones de servicio pesado, dijo, la HELIDO H490 y la HELITANG T490 exhiben una plaquita de cuatro puntas con una sección transversal más gruesa para mayores avances para tasas de remoción de metales pesados ​​(MRR).

Iscar introdujo recientemente plaquitas de ocho puntas, como LOGIQ8TANG y NEODO S890, para "expectativas de forma casi neta para cualquier segmento de la industria si se realiza un análisis de costos por adelantado para comparar costos de mecanizado, costo/filo y vida útil de la herramienta para un aplicación dada", añadió Stusak.

También notó la popularidad de las máquinas más livianas. "Menos remoción de material en la fabricación aditiva y las fundiciones/forjas casi en forma de red se están volviendo comunes. Las fresas de mango diseñadas para aplicaciones de acabado, es decir, las fresas de barril pueden reducir los tiempos de ciclo de un 50 a un 90 por ciento en comparación con los diseños tradicionales de fresas de mango de bola".

Las fresas de barril de Iscar vienen en metal duro integral y Multi-Master. Las plaquitas de fresado diseñadas con ofertas de poca profundidad de corte también abordan esta necesidad. Las minifresadoras de Iscar (NANMILL, Heli3Mill y Heli4Mill) ofrecen una profundidad de corte poco profunda para aplicaciones de fresado de 90°. Para un MRR más rápido, la oferta de Mini Mill indexable de Iscar se expande también a alimentación rápida, es decir, Micro3Feed y NANFEED.

Además, las fresas de extremo con divisores de virutas se han vuelto comunes en los talleres y entornos de producción. Esta tecnología reduce las fuerzas de corte radiales que se muestran en la pieza de trabajo y gestiona el control de virutas.

Los factores más importantes en el mecanizado de una pieza para imprimir con éxito comienzan con "literalmente todo", afirmó Brian Baker, gerente de producto, Walter USA LLC, Waukesha, Wis. "Debe comenzar con la máquina herramienta correcta, una equipada con una envolvente de trabajo, hp, torque y velocidad de husillo adecuados para las herramientas modernas de hoy en día. Luego, la programación debe usar los métodos adecuados de las mejores prácticas, como fresas de extremo o de escuadra que rueden suavemente en el material. Y, cuando corresponda, sí, el volumen de refrigerante adecuado La presión, la ubicación y la concentración también son importantes", aconsejó Baker.

"Pero no nos olvidemos de las herramientas. Tener la herramienta correcta para la aplicación es definitivamente imprescindible", continuó Baker.

"Una falla en cualquiera de estas áreas hará que el mecanizado exitoso sea una batalla cuesta arriba, si no imposible". Para este propósito, Walter tiene una amplia selección de productos de fresado para todas las aplicaciones, con fresas de extremo de metal duro micro sólido a partir de 0.0157" [0,4 mm] para aplicaciones médicas; fresas de mango largo de 7 flautas diseñadas específicamente para aleaciones de titanio; hasta una gran selección de fresas insertables para casi todas las aplicaciones imaginables.

El catálogo actual de herramientas estándar de Walter tiene más de 44.000 artículos. En cuanto a los dibujos y modelos de herramientas, dijo Baker, la mayoría de los productos estándar de Walter ya tienen dibujos accesibles en el sitio web de la empresa en formato PDF, DXF, STP o los tres. El software Xpress de Walter permite a los ingenieros de ventas diseñar y cotizar algunas herramientas especiales en el sitio del cliente, entregando una cotización, impresión y modelo en minutos.

El proveedor también está desarrollando herramientas nuevas y mejoradas para manejar velocidades de máquina más altas y caballos de fuerza para cumplir con los requisitos cambiantes, dijo Baker.

"Un ejemplo es nuestra fresadora M2131 para el mecanizado de aluminio de alta velocidad. Literalmente mecanizamos chavetas en cada asiento de plaquita y moldeamos chaveteros en cada plaquita para asegurarlos en el cuerpo de las fuerzas centrífugas de los husillos de alta velocidad actuales, permitiéndoles funcionar a 40 000 rpm o incluso más. Pero nuestra especialidad son nuestros grados. WHH15X es nuestro nuevo grado de vanguardia para materiales endurecidos destinados a las industrias de moldes y matrices, así como a las industrias aeroespacial y energética".

También hay cambios significativos en el mercado que las herramientas deben abordar. En la industria automotriz, por ejemplo, Baker citó el "cambio masivo" a los vehículos eléctricos, los paneles de carrocería compuestos, los marcos de aluminio y las carcasas de los motores. "La composición del 90 por ciento de acero y hierro de décadas pasadas está desapareciendo rápidamente, y las necesidades de herramientas reflejan eso", continuó. "Walter se centra en gran medida en el mecanizado de aluminio y titanio para automóviles y aeroespacial, así como en el mecanizado de materiales duros para moldes y matrices y el sector energético, que también se encuentra en su propia transformación similar".

La tendencia en el diseño de máquinas es hacia mayor velocidad, mayor productividad, mayor precisión, tiempos de entrega más cortos, costos reducidos y operación ecológica. Todo lo cual se considera en el diseño de herramientas por la estabilidad de la plaquita en la cavidad, la precisión de la cavidad, el material del cuerpo de la fresa y el alabeo.

La eficiencia es primordial para permitir la fabricación ajustada o los talleres con lotes pequeños producidos en máquinas de uso general, según Gil Getz, gerente sénior de productos globales, Kennametal Inc., Latrobe, Pensilvania.

El taller está sujeto al alto costo de la gestión de materiales, el seguimiento y el almacenamiento de materiales, el aumento del tiempo de entrega de la producción y la distancia en el flujo de materiales, lo que genera un alto costo de producción, explicó Getz. El enfoque de Kennametal, dijo, comienza con una amplia selección de herramientas de fresado que proporciona "una solución eficiente y de alto rendimiento" para cualquier requisito de operación de fresado o material.

Los talleres pueden requerir herramientas de diseño personalizado por varias razones. "La pieza puede tener una necesidad especial que no se puede realizar con una herramienta estándar, como un largo alcance, una tolerancia extremadamente estrecha o incluso un tamaño particular", señaló Getz. "La razón más común para una solución personalizada es combinar varias operaciones en una sola herramienta. Esto a menudo puede reducir significativamente el tiempo del ciclo al eliminar varias pasadas, el tiempo de cambio de herramienta y tener que realizar varias operaciones.

El principal beneficio de las herramientas de diseño personalizado es el ahorro de tiempo de husillo, según Getz. Como beneficio adicional, citó la simplificación de procesos. "Implementar una herramienta de solución personalizada cambia la complejidad de la fabricación del operador o programador al fabricante de la herramienta", continuó. "La herramienta ya viene equipada para dar cuenta de los desafíos de la operación".

El diseño de la herramienta depende en gran medida de su función, dijo Getz. El diseño de la herramienta depende en gran medida de su función, dijo Getz, y señaló que se deben tener en cuenta varios factores, algunos de los cuales tendrán un gran impacto. Éstas incluyen:

Muchas tiendas también necesitan versatilidad, dijo Getz. Esto podría incluir el mecanizado de diferentes materiales con una sola herramienta o la realización de múltiples operaciones con una sola herramienta, así como la versatilidad para un solo material de pieza de trabajo.

"Un cortador de fresado indexable puede trabajar en todos los materiales para una amplia variedad de aplicaciones como fresado de escuadra, rampa, ranurado, de inmersión y helicoidal", explicó Getz. "Con la misma fresa, los clientes pueden montar diferentes geometrías de plaquita en cajeras sin modificaciones y diferentes calidades de plaquita para mecanizar diferentes materiales, mejorando la productividad y reduciendo el tiempo de ciclo y los costes de mecanizado".

La serie Mill 4-15 de Kennametal está diseñada para múltiples funciones. Por ejemplo, Getz destacó la "excelente calidad de la superficie y las altas tasas de eliminación de metal en las aplicaciones de fresado en escuadra" y una "inserción de doble cara con cuatro filos de corte que garantiza un bajo costo por filo".

Describiendo el Mill 4-15 como un "cambio de juego definitivo", Getz dijo que las máquinas son capaces de muchas operaciones y pueden acomodar la mayoría de los materiales. La nueva geometría de plaquita SGE-R también agrega rampa e interpolación helicoidal, lo que hace que la herramienta sea aún más versátil.

Otro ejemplo es la fresa frontal KCFM45, que según Getz está diseñada para un solo material de pieza de trabajo (hierro fundido), una plaquita inteligente y un desarrollo de calidad que proporciona versatilidad en su espacio. Cuenta con asientos de bolsillo fijos y ajustables, que brindan la opción para aplicaciones de semiacabado y acabado fino. Con insertos de carburo, cerámica y PcBN, esta herramienta es una solución flexible, rentable y fácil de usar que es ideal para cualquier tipo de centro de mecanizado CNC, según Kennametal. Las plaquitas de carburo son ideales para el mecanizado a bajas revoluciones, o en piezas de trabajo de paredes delgadas y condiciones menos estables, mientras que las plaquitas de cerámica proporcionan velocidades superficiales elevadas que dan como resultado una mayor productividad.

Hay una tendencia hacia los talleres que utilizan aplicaciones de fresado de alto avance, según Jason Lutch, ingeniero de aplicaciones, Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio. "Como resultado, nos vemos obligados a configurar muchas de nuestras máquinas nuevas con capacidad de alta velocidad de avance. Eso significa tener profundidades de corte (DOC) más ligeras de 0,020" a 0,036" [0,5-0,9 mm ], acoplamiento radial de 5 o 6" [127, 152 mm], y empujándolos en cualquier lugar de 180 a 300 ipm 4,5-7,6 m/min. Para la industria de moldes de metal, especialmente para las cavidades de moldes con formas cada vez más complejas, el fresado dinámico logra una alta tasa de remoción de metal (MRR) eliminando la mayor cantidad de material posible de la cavidad y luego introduciéndolo con herramientas de acabado".

En algo que es una aplicación de pared recta con cavidades simples, por ejemplo, el fresado dinámico generalmente produce las tasas de remoción más rápidas, dijo Lutch. "También nos encontramos con otras aplicaciones que utilizan los mismos principios. Pero en lugar de tener un DOC de 0,015" a 0,030" [0,38-0,76 mm] o 040" [1,02 mm], tendrán un cargador lateral con DOC axial de 0,020" a 0,040 [0,5-1,02 mm], por lo que enterrarán una fresa de extremo de media pulgada a una pulgada y cuarto de profundidad y tomarán 0,020" [0,5 mm] en una pasada pero a muy altas rpm y muy alta velocidad de avance. Hay una desventaja de optar por un DOC profundo cuando tiene diferentes pendientes y contornos en los moldes. Se deja un poco más de material para las pasadas de acabado porque el DOC en realidad no se adapta a la pared tan bien como lo haría un cortador de avance alto", señaló Lutch.

"Se ha adaptado una gran cantidad de software CAM y de fresado dinámico a los husillos de gama baja en el rango de 8000 a 15 000 rpm", dijo. "Por ejemplo, gran parte del fresado dinámico o trocoidal que se puede realizar con software CAM como Mastercam permite controlar el avance y la velocidad de acuerdo con las limitaciones de potencia de la máquina. Ya sea de 10 hp o 50 hp, se puede marcar el MRR máximo para no sobrecargar la máquina".

Con el fresado trocoidal o dinámico, puede seleccionar su bolsillo, el paso, el DOC y las rpm que mantendrán el cortador activado para maximizar la eliminación de metal, según Lutch.

El software CAM ha recorrido un largo camino con hojas de configuración y hojas de datos. El programador ahora es la persona clave cuando se trata de MRR alto, dijo Lutch, y señaló que los operadores solían controlar mucho con el código G y cómo programaban en la máquina. "Lo que hemos encontrado en el mundo del fresado es que se ha alejado del software CAM", continuó. "Hay muchas cosas que puede hacer con el software. Puede configurar tablas de herramientas y operaciones, lo que permite que la parte frontal del CAM sea mucho más sencilla.

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