El desbaste por penetración mecaniza con avances y retracciones

Lo más grandioso del desbaste por penetración es que usted no necesita una máquina-herramienta nueva para hacerlo muy bien. De hecho, el proceso puede ser mejor en máquinas viejas. No se requieren capacidades como velocidades altas e interpolación precisa. Si la máquina puede taladrar, puede desbastar por penetración. Por ello, la técnica provee la forma de obtener un alto valor de un viejo centro de mecanizado, que puede haberse alejado del rendimiento relativo con los años.

¿La máquina es lenta, por ejemplo? O ¿está la máquina tan desgastada que su precisión y potencia son sospechosas en los ejes X y Y? Estas deficiencias no importan. El desbaste por penetración, una técnica que logra altas tasas de remoción de metal, usa tasas de alimentación moderadas, combinadas con pases que se llevan a cabo sólo a lo largo del eje Z –la dirección del husillo y la herramienta.

Se han aplicado nuevas tecnologías al desbaste por penetración; dos ejemplos de ello aparecen en las cajas en color de estas páginas. Uno es una broca que puede desbastar por penetración, que generalmente usa un cortador tipo fresa, porque la broca es capaz de mecanizar un agujero ininterrumpido sin vacilaciones. Ingersoll Cutting Tools ofrece esta herramienta. La otra tecnología, creada por Ingersoll junto con el desarrollador de WorkNC, Sescoi, es un algoritmo CAM para retraer la herramienta de desbaste por penetración lejos del material, con el fin de preservar la vida de la herramienta. Tres representantes Ingersoll sirvieron recientemente de proveedores para este artículo: el gerente de mercado de productos para fresado Honrad Forman, y los gerentes de producto Michael Dieken y William Fiorenza Jr. Juntos, dieron consejos sobre cómo aplicar el desbaste por penetración y cuándo tiene sentido la técnica.

Primero, dicen ellos, no son necesarias las tecnologías de herramientas de corte o patrones de herramientas de los tipos recién descritos. En las aplicaciones correctas pueden ser útiles, pero la mayoría de talleres desarrolla el desbaste por penetración con tecnología que ya tienen en sus manos. El principal requerimiento para el desbaste por penetración es una herramienta que pueda cortar efectivamente cuando ‘penetra’ al interior de la pieza de trabajo, como una broca. El desbaste por penetración consiste en remover material completamente por medio de una serie de estos pases, similares al taladrado. En lugar de crear una serie de agujeros, las penetraciones se traslapan para remover el material. Algunas herramientas de fresado están diseñadas específicamente para cortar en su línea de centros y lograr su mayor eficiencia, pero una herramienta más convencional que sea capaz de cortar en Z, además de cortar en X-Y, puede hacer también el trabajo.

De forma similar, algunos sistemas CAM son capaces de generar automáticamente rutinas de desbaste por penetración, enfocadas a volúmenes complejos. Sin embargo, para volúmenes más simples, cualquier sistema CAM básico o macro CNC para programar movimientos de taladrado, puede usarse con el fin de generar por lo menos una rutina de desbaste por penetración básica, simplemente escogiendo el espaciado de modo que estos pases se traslapen, de forma tal que los pases de taladrado normales ya no lo sean.

Entonces, esta es la esencia del desbaste por penetración: el material no se mecaniza suave y continuamente, como puede hacerse a lo largo del plano X-Y. Más bien, se retira sólo a través de avances y retracciones.

El método parece desmañado. ¿Cuándo sería este método más efectivo que el fresado convencional?

En cierto número de casos, dicen las fuentes.

Cuándo usarlo
El desbaste por penetración es casi exclusivamente un proceso de desbaste. Las penetraciones que se traslapan dejan atrás cúspides o mallas que deben removerse con el mecanizado posterior. Este trabajo de semiacabado o acabado requiere del fresado X-Y. Debido a ello, el desbaste por penetración puede compararse sólo con otras soluciones de desbaste.

Cuando hace la comparación, Forman dice que la principal consideración simplemente es cuál proceso puede “halar más cubos”. Esto significa que el mejor proceso logra una tasa de remoción de metal más alta en pulgadas cúbicas por minuto para la parte, el alistamiento y la plataforma de mecanizado en cuestión. En general, el desbaste por penetración tiende a remover el material con más rapidez en los siguientes casos:

1. Bolsillos profundos o ranuras profundas. Una máquina que fresa en X y Y necesitará disminuir su velocidad o tomar cortes más ligeros a medida que usa herramientas progresivamente más largas para llegar a un bolsillo profundo o ranura profunda. Una máquina que esté penetrando no tiene que disminuir su velocidad de la misma forma. Esto se debe a la rigidez en los cambios X-Y a medida que la saliente de la herramienta varía, pero la rigidez del mismo sistema a lo largo del eje Z puede permanecer igual.


2. Cuando la vibración es un problema. Como apéndice del caso anterior, el desbaste por penetración debería considerarse en cualquier aplicación de alcance relativamente largo, en la cual la vibración limite las condiciones de corte. Cuando la rigidez es pobre, el taller puede acudir a condiciones dóciles de corte para prevenir la vibración. El desbaste por penetración puede pasar por alto esta vibración, ya que la rigidez mejorada a lo largo del eje Z cambia las características de vibración del sistema. De forma similar, el desbaste por penetración es útil cerca de paredes delgadas, donde la vibración puede dañar la pieza de trabajo.


3. Máquinas de servicio liviano. Otro caso para el desbaste por penetración involucra centros de mecanizado diseñados para ser económicos. El eje Z es el eje más rígido en la mayoría de centros de mecanizado, y en algunas máquinas de servicio liviano la diferencia entre X-Y y Z puede ser pronunciada. Para aplicaciones de desbaste más agresivas, intente el desbaste por penetración para comprobar si esta solución le permite a la máquina remover material más rápido.


4. Máquinas viejas. Un último caso donde el desbaste por penetración tiende a lograr un buen desempeño involucra centros de mecanizado más viejos, más lentos y con alto desgaste, típicos entre la mezcla de máquinas-herramienta en cualquier taller establecido hace largo tiempo. Ya que el desbaste por penetración involucra sólo movimientos sencillos en línea recta a lo largo del eje más rígido, una máquina como tal puede seguir siendo efectiva para el desbaste por penetración, incluso después que la edad y el desgaste la hayan hecho mucho menos efectiva para el fresado convencional. Si las limitaciones de capacidad de un taller demandan que las necesidades de desbaste sean realizadas en esta máquina más vieja, debería intentarse el desbaste por penetración como una forma de recapturar algo de la gloria de mecanizado de esta máquina, que con el tiempo pudo perder en sus otros ejes.

Fresar con una broca
La herramienta más eficiente para la penetración en una pieza de trabajo es una broca, no un cortador tipo fresa. Sin embargo, en el desbaste por penetración, los problemas con una broca son: a) las brocas generalmente no producen agujeros con fondo plano, y b) las brocas tienden a vacilar cuando el material no rodea completamente la herramienta. Ambos problemas se favorecen usando a cambio un cortador tipo fresa para el desbaste por penetración.

Las fotos aquí muestran una excepción. La herramienta ‘QuadDrill+’ ofrece un fondo casi plano, así como una geometría con ligera forma en W en la punta, que le permite a la broca permanecer estable incluso cuando se mecanizan agujeros con interrupciones notables. La foto inferior muestra la forma como esta herramienta deja el fondo del agujero. La foto de más abajo muestra la clase de incremento en el stepover que es posible con esta herramienta. Un valor de stepover grande como este, hace que la broca sea una efectiva alternativa para un cortador tipo fresa en penetraciones traslapadas.

Penetre, luego preserve
Una ligera cantidad de vibración puede hacer que la herramienta usada para el desbaste por penetración suene contra la pared mecanizada cuando se retrae. Uno de los videos de desbaste por penetración (véase “Aprenda más”) muestra claramente esto. Ya que la operación es de desbaste, el efecto no resulta significativo para la calidad de la superficie mecanizada, pero el impacto podría perjudicar la vida de la herramienta.

La figura muestra un algoritmo para el desbaste por penetración que se enfoca en esto. El algoritmo, disponible para rutinas de desbaste por penetración, generadas automáticamente con el software WorkNC, de Sescoi, preserva la vida de la herramienta al retraerla a una pequeña distancia, lejos de la pared recientemente mecanizada. Este patrón de herramienta es particularmente importante para el herramental de penetración que no ofrece un ángulo de backdraft para reducir la vibración. Mike Dieken, de Ingersoll, comenta que el cambio al algoritmo en rutinas establecidas de desbaste por penetración, usando algunas herramientas de la compañía, ha mostrado una mejora en la vida de la herramienta entre 10% y 15%.

Reproducido de Modern Machine Shop con autorización expresa del editor.