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Enero de 2018 Página 1 de 3

¿Cómo alcanzar excelentes acabados superficiales durante el mecanizado?

Dr.-Ing. Miguel Garzón

En esta nota encontrará las estrategias generales que se deben tener en cuenta para alcanzar un mejor acabado superficial en los procesos de fresado y torneado.

Este artículo entrega una visión sobre las estrategias generales que se deben tener en cuenta para alcanzar un mejor acabado superficial en los procesos de fresado y torneado, considerando las posibilidades que brindan las tecnologías actuales en herramientas, programación CNC, sistemas de agarre e incluso en materiales.

El chatter, un enemigo del acabado superficial que es posible enfrentar

El chatter es un efecto de resonancia inducida por el proceso de corte que deforma las herramientas y las piezas de trabajo cuando se gira a ciertos rangos de velocidad (rpm). La acción repetida de las fuerzas de corte sobre los insertos genera en ciertos casos un efecto de amplificación de las vibraciones que deja marcas características similares a estrías sobre la superficie trabajada. Predecir correctamente el chatter durante un proceso exige hacer un análisis detallado de las vibraciones de resonancia para la combinación entre máquina, sistema de sujeción de la herramienta de corte, geometrías y materiales de estas últimas y de las piezas de trabajo, entre otros.

El modelamiento de chatter se utiliza cada vez más para la fabricación en serie de componentes de alto valor agregado en los sectores aeronáuticos, automotrices e incluso biomédicos. Algunos software de mecanizado ofrecen un aplicativo para estimar los rangos seguros de procesamiento; sin embargo, para aplicaciones únicas, con muchas herramientas de corte y piezas de muy diferente rango de forma y tamaño, como las que vive un fabricante de moldes, es importante tener algunos lineamientos que puedan ayudar a enfrentar el chatter.

Con respecto a las herramientas, siempre es recomendable trabajar con aquella que posea una menor relación de aspecto (relación entre el diámetro y la longitud). Siguiendo la simple ley de deflexión de los cuerpos elásticos, la punta de una herramienta se deflecta lateralmente proporcionalmente al cubo de su distancia libre. Es decir, con solo duplicar la longitud de una herramienta, se estará multiplicando por 8 el valor de su deflexión lateral, bajo exactamente las mismas condiciones de corte. En el caso del diámetro de la herramienta, sucede algo aún más drástico. Una herramienta de la mitad del diámetro se deflecta 16 veces más (proporcional a la cuarta potencia) bajo las mismas fuerzas de corte. De allí la importancia de verificar en el sistema CAM cuál es la herramienta más corta y gruesa que se puede usar en todo momento. Hay que tener en cuenta que la sección de la fresadora que tiene flancos de corte es menos robusta que el cono, o el cilindro que la conecta al sistema de sujeción del husillo. Por esta razón, también es importante usar herramientas que tengan solo la longitud de flanco necesario con el fin de dar mayor rigidez al sistema y reducir las vibraciones.

Complementando el tema, como lo aconsejó el Dr. Kristian Arnzt, director de la Academia de Fabricación de Herramental de Aachen, y experto en fresado del Fraunhofer IPT en Alemania, durante una de sus conferencias en mecanizado de precisión en agosto de 2017 en Medellín, Colombia, “en el caso de estar presentando problemas de chatter, aún en contra de la intuición, lo recomendable es subir un poco la velocidad de rotación con el fin de salir de uno de los modos de vibración de la herramienta. Al momento de notar que las vibraciones disminuyen, es incluso posible aumentar la profundidad de corte también y aún mantenerse en un estado de proceso estable, aumentando así la productividad mientras mejora la superficie de la pieza de trabajo”. Adicionalmente, subir la velocidad de rotación reduce la fuerza de corte al disminuir el avance por diente. Esto reduce aún más las vibraciones causadas por el proceso. “¡No siempre hay que pensar que reduciendo la velocidad estamos solucionando los problemas!”, agregó el Dr. Arnzt.

El efecto del control NC en la superficie

Continuando con la línea de argumentación según la cual los movimientos bruscos y por ende las vibraciones causan problemas en la superficie, debe tenerse en cuenta que la máquina CNC en la que se está haciendo el trabajo cuente con una función que ayude a controlar esto de manera nativa. Como es común encontrar en los talleres, aun cuando las máquinas pueden alcanzar movimientos muy rápidos de avances de ejes, los operarios prefieren no aprovecharlos al momento de hacer trabajos de acabado debido a las posibles marcas que puede dejar el paso de la herramienta por ciertos puntos de la superficie. Esto es debido a que el cambio continuo de dirección de movimiento del cabezal y de la pieza, con sus aceleraciones y frenadas, genera vibraciones en la estructura de la máquina que se notan directamente en la pieza de trabajo.

Por ello, es importante conocer y aplicar las capacidades del control de la máquina para suavizar y contrarrestar los picos de aceleración causados por las trayectorias generadas por el CAM. Esto a su vez es muy útil para incrementar la productividad del proceso, ya que la máquina logra reducir los avances solo en algunos sectores puntuales del programa y permite para el resto trabajar con altas velocidades de avance.


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Acerca del autor

Dr.-Ing. Miguel Garzón

Dr.-Ing. Miguel Garzón

Director de Procesos de Manufactura en PM Tech Engineering, Colombia.
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