Cornellá de Llobregat, noviembre 2013 – Las herramientas de fresado desarrolladas recientemente proporcionan la flexibilidad operativa necesaria para el mecanizado de piezas cada vez más complejas.

Al mismo tiempo que los fabricantes crean productos con mayor funcionalidad y eficacia, las piezas que forman dichos productos son cada vez más complicadas y difíciles de fabricar. Además de los complejos contornos y las ajustadas tolerancias, las piezas suelen estar compuestas de materiales de alto rendimiento que ofrecen resistencia y fiabilidad, pero que afectan negativamente a la capacidad de maquinabilidad.Desarrollo de la herramienta
Los fabricantes desarrollan continuamente nuevas herramientas con el objetivo de maximizar la eficacia del mecanizado. Un ejemplo de este propósito es el progreso en la tecnología de fresado. Aunque las fresas de metal duro siempre han proporcionado altos volúmenes de extracción de viruta y excelente precisión, al tratarse de una sola pieza es necesario reacondicionarla por el desgaste. El cambio de herramientas por este motivo interrumpe la producción y constituye un gasto de tiempo y dinero. Además, el uso de una fresa reacondicionada requiere la modificación de los parámetros del programa CNC, mientras que realizar un contorno diferente en la pieza puede exigir el uso de una fresa diferente con un número de dientes más adecuado.

Con el objetivo de proporcionar una alternativa más económica a las fresas de metal duro, los fabricantes desarrollan fresas con plaquitas intercambiables. Cuando los filos de corte se desgastan, a las plaquitas se les cambia el filo o se sustituyen. Las plaquitas desgastadas se pueden sustituir rápidamente sin necesidad de retirar el cuerpo de la herramienta de la máquina; además, se pueden ajustar diferentes geometrías de plaquitas en el mismo cuerpo de fresa para crear una gran variedad de contornos.

Geometría negativa o positiva
Las geometrías de las plaquitas intercambiables también han evolucionado. Muchas tienen filos de corte en una o ambas caras. El giro de una plaquita de doble cara tras el intercambio duplica el número de filos de corte disponibles. Sin embargo, el diseño de estas plaquitas de doble cara no incluye el espacio detrás del filo de corte para permitir un ángulo de incidencia, con lo cual no es posible aplicar las herramientas con una inclinación positiva.

En una plaquita positiva, todo el espesor de la plaquita se inclina desde el filo de corte, y ello permite que la arista corte el material a mecanizar. Por otra parte, en una herramienta con ángulo de desprendimiento negativo, el espesor de la plaquita se inclina hacia el material a mecanizar y la herramienta presiona el material que se va a cortar. Debido a este diseño, los filos de corte de las plaquitas de doble cara deben entrar al material a mecanizar con una inclinación negativa.

Las herramientas de corte con ángulo de desprendimiento negativo ofrecen muchas ventajas. Son robustas, pueden soportar grandes cargas de viruta y fuerzas de corte y, en consecuencia, admiten desbaste, corte interrumpido y materiales a mecanizar tenaces y abrasivos, como la fundición. La disponibilidad de múltiples filos de corte permite ahorrar costes de herramientas, por lo que las plaquitas negativas de doble cara son una opción económica para fresado sencillo 2-D de materiales fáciles de mecanizar. Sin embargo, como las herramientas con ángulo de desprendimiento negativo empujan el material de trabajo en lugar de cortarlo, generan grandes fuerzas de corte y calor. Si la herramienta carece de potencia o si el ensamblaje de mecanizado no es lo suficientemente rígido, la precisión final se verá afectada. Las fuerzas de corte que genera una herramienta con ángulo de desprendimiento negativo podrían, por ejemplo, deformar una pieza con paredes delgadas.

En cambio, una herramienta con ángulo de desprendimiento positivo tiene un corte suave, lo que minimiza la presión de corte y permite cortar contornos pequeños a los que normalmente no se puede acceder con una herramienta negativa. Las geometrías de las plaquitas positivas ofrecen un alto grado de flexibilidad para realizar diferentes operaciones como ranurado, contorneado, interpolación helicoidal y rampeado. Las herramientas permiten estabilizar el mecanizado en máquinas antiguas o con menor rigidez. Además, la reducción de las fuerzas de corte resulta imprescindible al mecanizar materiales tenaces como el titanio, Inconel o aceros inoxidables.

Plaquitas con filos en una sola cara
Para proporcionar plaquitas intercambiables que tengan un ángulo de desprendimiento positivo, los fabricantes de herramientas ofrecen plaquitas con filos en una sola cara con ángulos de incidencia detrás de los filos de corte. Aunque no es posible darle la vuelta a las plaquitas, se pueden girar dentro del asiento, lo que posibilita múltiples filos de corte de gran utilidad.

Puesto que las herramientas con ángulo de desprendimiento positivo permiten cortar con más suavidad, se reducen tanto las fuerzas de corte como el calor generado, lo que permite aumentar la vida útil de la herramienta. Esto es fundamental ya que, para ser rentable, una plaquita con filos en una sola cara necesita una vida útil tres veces mayor por filo de corte en comparación con las plaquitas de doble cara.

Además de su alto rendimiento, las plaquitas con ángulo de desprendimiento positivo de una cara diseñadas para fresado son herramientas XO.X10 desarrolladas para la serie Turbo 10 de fresas de Seco Tools. Estas plaquitas se han fabricado con el objetivo de minimizar las fuerzas de corte y controlar las virutas sin sacrificar la flexibilidad necesaria para cortar una gran variedad de materiales y contornos de piezas.

Ingeniería en las geometrías
Además de la distinción básica entre filos de corte positivos y negativos, los fabricantes de herramientas han desarrollado diversos tratamientos de los filos destinados a maximizar la productividad en diferentes materiales a mecanizar. Por ejemplo, la arista viva, filos sin recubrir y pulidos funcionan mejor con materiales más blandos, como aleaciones de aluminio. En cambio, con materiales más difíciles de mecanizar, como aceros, fundición o aceros inoxidables, es necesario reforzar o achaflanar los filos de la herramienta para protegerlos del astillamiento. Las plaquitas diseñadas para mecanizar fundiciones, por ejemplo, suelen contar con tratamientos de los filos, incluyendo un chaflán o un perfil reforzado entre 30 y 35 micras. Por otra parte, el Inconel y el titanio requieren una geometría de corte más suave sin chaflán y con un perfil reforzado entre 20 y 25 micras.

Calidades y recubrimientos
Gran parte del rendimiento de una herramienta de corte está determinado por la combinación de las características del sustrato con recubrimientos resistentes al desgaste. Los sustratos de las plaquitas generalmente ofrecen un equilibrio excelente entre tenacidad y dureza. Una calidad tenaz muestra gran resistencia a los impactos para soportar cortes interrumpidos, determinados materiales difíciles de mecanizar y configuraciones de mecanizado que no sean demasiado rígidas. Por otro lado, las plaquitas resistentes al desgaste tienen la dureza necesaria para mecanizar materiales abrasivos.

La finalidad de los recubrimientos es proporcionar un rendimiento aún mayor de la herramienta, ofreciendo resistencia adicional al desgaste y al calor. Los recubrimientos básicos incluyen materiales de uso general como el TiN (nitruro de titanio), económico y adecuado para aplicaciones de metal férrico que no impliquen altos niveles de calor. El AlTiN (nitruro de titanio y aluminio) constituye un recubrimiento más avanzado que, aunque es más caro que los recubrimientos básicos, posee una buena resistencia a altas temperaturas, por lo que es excelente para aplicaciones exigentes, como el fresado en el titanio, aleaciones con base de níquel y fundiciones. En algunas situaciones, la alta resistencia al calor del recubrimiento posibilitan el mecanizado en seco. Cada fabricante de herramientas desarrolla sus propias variantes de estos conceptos de recubrimiento básicos, como la tecnología de recubrimiento Duratomic® de Seco, en el que la capa exterior de óxido de aluminio está controlada para maximizar la homogeneidad de la superficie, la vida útil de la herramienta y la capacidad de trabajar a altas velocidades.

Fresas de escuadrar y helicoidales
Normalmente, las fresas están configuradas para determinadas situaciones de mecanizado. Las fresas de escuadrar, con una sola fila de plaquitas ubicadas radialmente alrededor del contorno de la fresa, son idóneas cuando las profundidades de corte axiales son menores que la longitud de un filo de corte de la plaquita. Para mayores profundidades de corte, se pueden usar las fresas helicoidales, con filos de plaquitas solapados configurados axialmente, para aplicaciones de ranurado, contorneado y rampeado, así como para fresado circular e interpolación helicoidal.

El espacio entre plaquita y plaquita de la fresa, denominado paso, afecta a su rendimiento. Las fresas con paso ancho (espacio más largo) son adecuadas cuando la potencia y rigidez de la máquina están limitadas, o cuando la fresa está configurada con un gran voladizo o su aplicación es un corte axial profundo. Las fresas con paso reducido, por otra parte, proporcionan velocidades máximas de extracción de viruta si se usan en máquinas de gran potencia o con ensamblajes rígidos. Si la potencia y la rigidez de máquina son débiles, una aplicación ‘agresiva’ con una fresa de paso reducido puede provocar vibraciones.

La selección de fresas Turbo 10 de Seco incluye tanto fresas de escuadrar como helicoidales. Con la geometría de plaquita adecuada, las fresas de escuadrar pueden utilizarse en ángulos de hasta 90 grados. Estas fresas se presentan con dos pasos, en versiones de cuatro y cinco dientes. Por su parte, las fresas helicoidales Turbo 10, recientemente introducidas, están disponibles con diámetros desde 32 hasta 80 mm, para profundidades de corte desde 0,8 x D hasta 2 x D. Las fresas de escuadrar y las helicoidales están disponibles con diversos sistemas de montaje. La flexibilidad del sistema Turbo 10 destaca por una selección de 13 calidades de metal duro, tres calidades de PCD y cinco geometrías adecuadas para diversos materiales, entre los que se incluye el acero, acero inoxidable, fundición, materiales duros, aleaciones termorresistentes y materiales no férricos.

Incremento de la precisión
En lo que respecta a la precisión, las herramientas enterizas de metal duro suelen tener menos salto que las herramientas con plaquitas intercambiables y, normalmente, pueden conseguir un mejor acabado superficial. Por este motivo, en muchas situaciones resulta adecuado realizar el desbaste y semiacabado con una fresa con plaquitas intercambiables y el acabado final con una fresa enteriza de metal duro. Sin embargo, algunos cuerpos de fresa, entre los que se incluyen las fresas Turbo 10, cuentan con asientos de plaquita de alta precisión que minimizan el salto entre plaquitas y mejoran así la precisión de mecanizado y la vida útil de la herramienta.

Aplicación correcta
Es necesario aplicar correctamente las herramientas de alto rendimiento para obtener todas sus ventajas. Un caso típico de aplicación errónea es el uso de una calidad incorrecta, como un sustrato duro y resistente al desgaste en un mecanizado en el que sería más adecuado el uso de una herramienta tenaz con resistencia al corte interrumpido. No obstante, el error más común en la aplicación de herramientas de alto rendimiento es el uso de datos de corte que no exploten todo el rendimiento potencial de estas herramientas. Muchos usuarios usan los mismos datos de corte que utilizarían para las herramientas convencionales que han reemplazado, normalmente con una velocidad o avance de corte muy bajos. Sin embargo, la clave de la productividad es una mecanización más agresiva. Para algunas herramientas es necesario aumentar la velocidad, mientras que otras geometrías requieren mayores avances. Es importante que los usuarios consulten los datos de corte de los fabricantes de herramientas cuando utilizan nuevos productos.

Progreso continuo
Algunas empresas, especialmente del sector aeronáutico, producción de energía y defensa, están desarrollando nuevos productos con componentes más complejos y de mayor precisión y usan materiales más difíciles de mecanizar. Las piezas cuentan, cada vez más, con formas que exigen tecnología de mecanizado de cinco ejes y algunos elementos que están compuestos por piezas independientes se mecanizan como una unidad.
Estas tendencias estimulan el desarrollo de nuevas tecnologías para las herramientas de fresado. Las herramientas de alto rendimiento y corte suave que pueden mecanizar aleaciones exóticas con bajas fuerzas de corte y alta precisión serán cada vez más demandadas, lo que hará que las herramientas de fresado sigan evolucionando.

Por:
Tapio Alatalo, responsable corporativo de productos de escuadrado/fresado helicoidal, Seco Tools

Con sede en Fagersta, Suecia, Seco Tools tiene una consolidada reputación mundial por el desarrollo de soluciones innovadoras de corte de metal y por el trabajo en estrecha colaboración con sus clientes para comprender y solucionar sus necesidades. Contamos con más de 5000 empleados en 50 países y favorecemos el crecimiento de los miembros de nuestro equipo mediante programas de formación, desarrollo y reconocimiento, todo ello dentro de un entorno abierto a la comunicación. Nuestros empleados se definen con tres premisas básicas: pasión por los clientes, espíritu familiar y compromiso personal. Así se define nuestra visión del negocio y el modo en que interactuamos tanto con nuestros compañeros como como con clientes, proveedores y otros colaboradores. Para obtener más información, visítenos en www.secotools.com.