Cómo fresar a alta velocidad

Para hacer realidad un proceso acondicionado para trabajar en forma no atendida trate de ajustar el avance.

Realmente, casi cualquiera asumiría que una baja velocidad de avance haría el proceso más confiable y, por tanto, mejor acondicionado para permitir que el operador se retire para realizar alguna otra tarea. Pero algunos tipos de cortadores de fresado -en particular las fresas de alta velocidad y los cortadores de base- pueden cortar con mayor confiabilidad y productividad cuando la velocidad de avance se aumenta.

Don Yordy, gerente de productos de fresado de matrices y moldes de Ingersoll Cutting Tools, dice que la aplicación propia de estas herramientas merece ser mejor entendida. Los talleres con los que ha trabajado en aplicaciones de matrices y moldes han logrado procesos de alta velocidad y alta confiabilidad con estos cortadores. Pero estos cortadores pueden ser útiles también en otras aplicaciones donde el centro de mecanizado tiene alguna cantidad adicional de velocidad de avance disponible para ser usada.

Los cortadores de base y las fresas de alta velocidad son herramientas de fresado con insertos y bordes circulares. Un cortador de base utiliza insertos redondos. Los que Yordy llama fresas de alta velocidad utilizan insertos que sólo son parcialmente redondos con un radio muy grande, definiendo la curva del borde de corte.

La manera como estos cortadores de bordes redondos se relacionan con el mecanizado no atendido se explica mejor en una serie de cuatro pasos.

1. Un inserto redondo convierte la fuerza radial de corte en fuerza axial en la medida en que la profundidad de corte se hace menor.

La figura 1 ilustra esto. El perfil redondo redirige el vector de la fuerza cuando la profundidad de corte se hace pequeña. En un corte liviano, una mayor proporción de la fuerza de corte es dirigida hacia "arriba" o paralela al eje del husillo.

2. Dirigir la fuerza axialmente reduce la vibración
La fuerza radial tiende a flectar la herramienta, lo que hace que el proceso sea propenso a vibrar y, por tanto, susceptible de causar una fractura en la herramienta de carburo. Pero la fuerza axial hace que el ensamble herramienta y portaherramienta quede sometido a compresión. En lugar de una fractura, la estabilidad resultante del sistema induce a la herramienta a fallar por desgaste gradual del borde de corte.

3. Un corte más estable es más predecible
Ese cambio en el modo de falla de la herramienta es la clave del mecanizado no atendido. Una herramienta que pueda fracturarse en cualquier momento necesita tener un operario cerca. Pero el desgaste gradual es predecible. Un proceso limitado por desgaste en lugar de fracturarse hace posible predecir con confianza cuándo el operario que se ha alejado de la máquina debe retornar a ella.

4. El adelgazamiento de la viruta permite mayor velocidad de avance, manteniendo alta la productividad.

El fresado más predecible no es benéfico si el corte liviano hace que baje la productividad. Una alta velocidad de avance es necesaria para compensar la poca profundidad. Un fenómeno que ayuda en esto es el "adelgazamiento de la viruta". Cuando se utiliza un borde de corte redondo con una baja profundidad de corte, el adelgazamiento de la viruta produce un espesor de viruta menor del que la velocidad de avance programada por diente podría sugerir, como lo ilustra la figura 2 . La consecuencia del adelgazamiento de la viruta es que una velocidad de avance programada más alta corresponde a la velocidad de avance por diente recomendada para la herramienta. En otras palabras, este estilo de fresado exige un intercambio de alta velocidad de avance por baja profundidad de corte, y el adelgazamiento de la viruta es parte de lo que hace posible este intercambio.

La combinación de todos los puntos anteriores crea una bella cadena que conecta alta velocidad de avance con mecanizado no atendido. Para concluir: La confianza en el mecanizado no atendido viene de una vida de herramienta predecible; la vida de herramienta predecible viene de una fuerza dirigida en sentido axial; la fuerza dirigida axialmente es el resultado de cortar con pequeñas profundidades usando bordes de corte redondos; el corte con bajas profundidades y bordes redondos lleva a un adelgazamiento de la viruta, y el adelgazamiento de la viruta hace posible una alta velocidad de avance que mantiene una gran productividad.

Yordy resalta una variedad de características que pueden hacer una herramienta más efectiva para cortar de esta manera. Estas son:

Recubrimiento de TiAlN. Este recubrimiento puede tener un mejor desempeño ante el calor generado en el corte de alta velocidad. La capa de oxido de aluminio inerte que desarrolla tiene una alta dureza en caliente que protege la herramienta.

Ángulo de ataque positivo. Gracias al corte liviano, la herramienta no tiene que ser diseñada con la cara del inserto dirigiendo el corte para proteger el borde de corte de los impactos. Un ángulo de ataque más positivo puede retirar el material por corte en lugar de clavarse sobre él, disminuyendo potencialmente la generación de calor en el material al permitir a la viruta llevarse consigo la mayor parte del calor.

Sustrato más duro. En un corte más profundo el sustrato del inserto necesita favorecer la tenacidad para soportar la vibración. Pero el corte más estable producido por el direccionamiento axial de la fuerza se hace cargo de peligro de vibración. El buen balance entre tenacidad y dureza puede ser inclinado a favor de esta última. Se puede usar un sustrato más fuerte, lo que aumenta la vida de la herramienta.

Adelgazamiento de la viruta: entender la relación entre avance programado vs. espesor de la viruta
Cuando la profundidad de corte es menor que el radio de un inserto redondo de fresado, el espesor de la viruta es menor que el avance programado por diente. La figura 2 lo ilustra. El fenómeno es llamado "adelgazamiento de la viruta".

Adelgazamiento de la viruta significa que una mayor velocidad de avance programada será necesaria para lograr un valor particular de espesor de viruta, medido en pulgadas por diente.

Don Yordy proporciona la siguiente fórmula para determinar la velocidad de avance que corresponde a un espesor de viruta dado cuando se utiliza un inserto redondo con poca profundidad de corte. La fórmula sólo aplica cuando la profundidad de corte es menor o igual al radio del inserto. Aquí, IPT es el espesor de viruta requerido de acuerdo con la herramienta (o si el inserto no es totalmente circular, D es el diámetro de curvatura del perfil del inserto).

Utilizando estas variables, la velocidad de avance que debe ser programada se determina de la siguiente manera:
Avance programado por el cliente: **B2BIMGEMB**1**

Ejemplo: un taller está cortando con insertos de base de 1/2 pulgada de diámetro a una profundidad de corte de 0,050 pulgadas. El taller quiere obtener virutas de 0,010 pulgadas de espesor por diente.
La velocidad programada en este ejemplo será: **B2BIMGEMB**2** ... o 0,017 pulgadas por diente.

En otras palabras, así la velocidad de avance programada puede ser de alta a causa del adelgazamiento de la viruta. Sin adelgazamiento de viruta, el taller tratando de mantener 0,010 ipt con cuatro bordes de corte a 2.000 rpm estaría limitado a 0,010 ipt x 4 dientes x 2.000 rpm, o sea 80 ipm. Pero tratando de mantener la misma carga efectiva de viruta bajo la influencia del adelgazamiento de viruta descrito arriba, el taller podría utilizar una velocidad de avance mayor que esta. El avance permitido aquí sería de 0,017 ipt x 4 dientes x 2.000 rpm, o sea 136 ipm.

Técnicamente, el fenómeno presentado sería descrito más exactamente como adelgazamiento "axial" de viruta. Toda la discusión anterior asume una profundidad total de corte. Pero si el ancho de corte o la profundidad radial de corte es menor que el radio de la herramienta, entonces aplica un adelgazamiento radial de viruta similar.