Remoción constante de material: la clave del fresado en duro

La rotura de la herramienta es una preocupación importante para los talleres de fabricación de moldes que quieren evitar la electroerosión y aventurarse directamente al fresado de moldes de materiales duros. La rotura inesperada de la herramienta que resulta por exceder las condiciones admisibles de carga sobre esta, no solo vale dinero sino que afecta el proceso de mecanizado. Un taller puede obtener el máximo de sus procesos cargando consistentemente la herramienta en sus niveles óptimos.

Sin embargo, es un reto porque las trayectorias de fresado producen tasas variables de remoción de material. En una trayectoria típica de desbaste de alta velocidad con profundidad de corte y sobrepasos iguales al 10% del diámetro de la herramienta, esta puede ver hasta diez veces su nivel programado de remoción de material cuando entra por primera vez en un canal y hasta cinco veces este nivel cuando entra en una esquina interna. Estos picos de carga son la fuente número uno de fallas de las herramientas. Una respuesta típica de los talleres es cambiar la tasa de avance, la profundidad de corte y los sobrepasos. Aunque la reducción de alguno de estos valores puede bajar las condiciones pico de carga hasta valores menores de los límites, esta acción también reduce la tasa global de remoción de material de la trayectoria, desmejorando la productividad. Hay mejores soluciones.

Ajuste de las trayectorias de herramienta
Algunas estrategias de optimización de trayectorias de herramienta buscan obtener una tasa de remoción de material más constante, interrumpiendo las trayectorias y ajustando los avances frecuentemente. Esta táctica puede lograr una tasa de remoción relativamente constante a nivel macro. Sin embargo, se presenta una complicación a nivel máquina-herramienta. Los procesadores de mecanizado de alta velocidad integrados en los controladores de la máquina-herramienta prefieren trayectorias de herramienta geométricamente suaves. Con altos avances, los controladores requieren que la trayectoria de la herramienta también sea dinámicamente suave. Ajustar los avances a pequeños intervalos de longitud puede hacer que el controlador interprete como de posicionamiento exacto algún dato de la trayectoria que de otra manera pudiera ser clasificado como de interpolación suave. Si esto ocurre, la máquina-herramienta disminuye la velocidad para hacer el tiempo de ciclo más largo. A intervalos muy pequeños, el ajuste fino también puede causar movimientos bruscos de la máquina que comprometan el acabado superficial.

Otro de los problemas está relacionado con la velocidad del husillo. La variación de los avances sin ajustar las correspondientes velocidades de husillo produce virutas de espesor variable en detrimento del acabado superficial y, a largo plazo, de la efectividad de la herramienta.

Una alternativa que adoptan algunos procesadores de trayectorias de herramienta puede ser descrita como una estrategia preventiva. Estos procesadores planean la geometría de la trayectoria para eliminar la carga excesiva.

Por ejemplo, el software CAM puede aplicar una función trocoidal que active automáticamente lazos adicionales de trayectorias trocoidales, sin importar si la herramienta está terminando un ranurado o está entrando en una esquina aguda. Con el NX CAM de UGS, por ejemplo, el usuario no solo especifica los parámetros, como la profundidad de corte y los sobrepasos sino también los valores permisibles de porcentaje de sobrecarga. De esta manera, la tasa de remoción de material es mantenida dentro de los límites permisibles. El software controla la carga retrayendo o retornando la herramienta a una trayectoria. Aunque la geometría introduce cortes libres al aire, también permite que la herramienta sea cargada en su condición óptima.

Preparándose para herramientas más pequeñas
Otro factor en la programación CAM que causa una carga intermitente en la herramienta son las irregularidades en la cantidad de material que se deja para el acabado. Las operaciones de mecanizado de acabado a menudo utilizan herramientas de menor diámetro que son montadas con mayores longitudes en voladizo. Para asegurar un corte seguro y lograr un buen acabado superficial es importante que estas herramientas regresen al material de la pieza de una manera consistente para cortar cantidades uniformes de material.

Las operaciones típicas de semiacabado de nivel Z dejan cantidades de material no uniforme en las regiones poco profundas que pueden causar cargas irregulares en la herramienta siguiente. Las funciones más sofisticadas de nivel Z pueden adicionar estas regiones poco profundas a la trayectoria de la herramienta ayudando a que el material remanente sea más uniforme.

Otra función, la identificación automática de superficies planas horizontales en operaciones de acabado, puede prevenir que se deje material residual en este tipo de caras. Esta función también evita que se presente carga excesiva en la siguiente herramienta.

Acople de la herramienta
El acople de la herramienta con el material de la pieza tiene que ser controlado de una manera exacta para lograr un fresado en duro efectivo. El espesor de la viruta, que está determinado por la velocidad del husillo y la velocidad de avance, son parte de la ecuación. Pero los ángulos de acople horizontal y vertical, que a menudo son olvidados, también juegan un papel importante.

• El ángulo de acople horizontal indica la cantidad de barrido angular de cada borde de corte cuando entra y sale del material.
• El ángulo de acople vertical indica el valor máximo instantáneo de acople del borde de corte con el material.

Estos valores en conjunto determinan las fuerzas de corte instantáneas y la disipación de calor. Para un efectivo fresado en duro de alta velocidad deben mantenerse de la manera más consistente posible.

La figura 2 muestra cómo las diferencias en el acople de la herramienta en una operación típica de nivel Z podrían causar inconsistencias en las cargas y en el acabado superficial. Un ejemplo de una función CAM para lograr esto es una trayectoria de herramienta con sobre pasada que intenta realizar pasadas adyacentes iguales de la herramienta en regiones de alta y baja profundidad.

En resumen: la remoción constante de material puede ser una parte integral de la generación de las trayectorias de herramienta. Proporcionando a las máquinas de alta velocidad trayectorias de herramienta diseñadas para mantener consistente la tasa de remoción de material, un taller de moldes puede obtener todos los beneficios del fresado en duro.