Alto

Dejemos una cosa clara desde el principio. No me importan mucho las partes que haces. Pero me preocupo mucho por las fichas, y tú también deberías hacerlo.

Al final de un proceso de mecanizado, tiene dos cosas: una pieza terminada y un montón de virutas. La mayoría de la gente se enfoca en la parte. Me concentro en las fichas.

No se trata de ser contrario. Creo que si produce muchas virutas realmente buenas, muy rápido, puede ganar mucho dinero mecanizando piezas. Hay mucho alboroto acerca de las ventajas y desventajas del fresado de alta velocidad versus el de alto avance. Si bien son muy diferentes, en muchos aspectos tienen similitudes. Pero para ser claros, todavía se trata de las fichas.

¿Qué dos cosas se necesitan para hacer un chip? Calor y presión. El corte de metales es un proceso de deformación plástica. El calor es creado por la fricción en la zona de corte. La regulación de la cantidad de calor es la velocidad de rotación del cortador. La presión es generada por la alimentación. Es importante tener en cuenta que el calor y la presión necesarios para deformar plásticamente el material y cortarlo son los mismos calores y presiones que provocan el desgaste de la herramienta y la falla prematura. Queremos dirigir el calor hacia el chip, pero primero debemos tener un chip lo suficientemente grueso para absorber el calor. De ahí provienen las altas tasas de avance en el fresado de alto avance.

Todas las fresas de alto avance, tanto las macizas como las intercambiables, tienen un factor muy importante en común: ángulos de ataque muy grandes. El borde de corte de los cortadores de alto avance puede ser recto o tener un radio muy grande. Pero de cualquier manera, el ángulo de avance promedio resultante es muy alto, generalmente entre 78° y 82°.

¿Qué impacto tiene un ángulo de avance alto en el chip? A medida que el ángulo de avance de una fresa aumenta de 0° (hombro cuadrado) a 45° o 75°, comienzan a sucederle cosas a la viruta. A 0°, el grosor de su viruta es igual a su avance por diente. A medida que aumenta el ángulo de avance, disminuye el grosor de la viruta. Puede calcular el grosor real de su viruta multiplicando su tasa de avance IPT (pulgadas por diente) por el coseno del ángulo de avance. Por lo tanto, una velocidad de alimentación IPT de 0,010" (0,254 mm), utilizando un ángulo de avance de 78°, daría como resultado un espesor de viruta real de 0,002" (0,0508 mm). Eso es delgado, y no lo suficientemente grueso como para absorber el calor. Su velocidad de avance siempre debe ser mayor que su afilado de preparación de bordes o T-land, o convertirá su fresa en un trozo de papel de lija. Para lograr un espesor de viruta de 0,010" (0,254 mm) con una herramienta de ángulo de avance de 78°, deberá programar un IPT de 0,048" (1,22 mm). Eso es un aumento del 385 por ciento en la velocidad de avance, de ahí el nombre de fresado de alto avance.

Las altas tasas de avance logradas con el fresado de alto avance vienen con una compensación. Debido a los grandes ángulos de avance, sus capacidades DOC (profundidad de corte) son limitadas. Los DOC máximos para la mayoría de los molinos de alto avance oscilan entre uno y dos milímetros. Hay algunas excepciones indexables a esta regla que incorporan grandes insertos de IC. Justificar el aumento del costo de tales molinos es que pueden ser tres o cuatro veces más rápidos de lo normal.

Además de las ganancias de productividad, hay otro gran beneficio en el fresado de alto avance. Se trata de la fuerza.

Otra regla de oro del fresado es que las fuerzas de corte siempre son perpendiculares al filo de corte. Las fresas de alto avance con un ángulo de avance medio de entre 80° y 82,5° generan algunas de las fuerzas radiales más bajas del fresado. Casi todas las fuerzas de corte se dirigen axialmente hacia el husillo. Cuanto mayor sea la relación entre las fuerzas axiales y radiales, más estable será la operación. Esto puede ser una ventaja, especialmente cuando la instalación de herramientas o la configuración de piezas requieren una gran longitud de calibre. Los alcances largos y las cavidades profundas no son un problema con el fresado de alto avance. Las longitudes de calibre en la magnitud de 10: 1 (longitud a diámetro) son comunes, pero pueden requerir moderar la velocidad de alimentación.

Hay algunas otras técnicas de aplicación a tener en cuenta al fresar con alto avance. Mantenga la mayor parte posible del diámetro del cortador enganchado en el corte. Esto equilibrará las fuerzas axiales generadas por el alto ángulo de avance. A medida que el ae (ancho radial de corte) disminuye y se acerca al 50–60 por ciento del diámetro del cortador, la estabilidad disminuye. También se debe tener cuidado al programar la trayectoria de su cortador. A velocidades de avance altas, se prefieren transiciones suaves en la dirección de la trayectoria del cortador. Evite los giros de 90° a toda costa, ya que crean un acoplamiento radial excesivo, lo que significa altas fuerzas radiales y vibración. Programe un arco o radio en las esquinas al menos un 50 por ciento más grande que el diámetro del cortador al cambiar de dirección. Recuerde, la transición de un movimiento en línea recta a un arco significa reducir su velocidad de avance. En el ejemplo anterior, reduciría la velocidad de alimentación en un 33 por ciento.

La fórmula utilizada para determinar la compensación de la velocidad de avance de la interpolación de esquina o circular es: ((2 × radio del arco) – diámetro de la fresa)) / (2 × radio).

En resumen, el fresado de alto avance tiene que ver con el adelgazamiento de la viruta. Debe aumentar la velocidad de avance para compensar el adelgazamiento de la viruta creado por el gran ángulo de avance, normalmente de 80° a 82,5°. En la mayoría de los casos, su velocidad de avance es de cuatro a cinco veces más rápida que las velocidades de avance estándar que utilizan fresas de hombro cuadrado o de avance de 45°. El gran ángulo de avance, aunque limita un poco el DOC axial, empuja la mayoría de las fuerzas de corte axialmente hacia el husillo, lo que aumenta la estabilidad y permite capacidades de largo alcance.

Al igual que en las carreras de autos, se debe tener cuidado al entrar en las esquinas y cambiar la dirección de la ruta de corte. Utilice el cálculo de compensación de la velocidad de avance para reducir su velocidad de avance y use arcos suaves o trayectorias de herramienta de radio al cambiar de dirección para evitar el acoplamiento excesivo de la fresa y la vibración. Aplicado correctamente, el fresado de alto avance es un proceso productivo de remoción de metal y puede ser un salvavidas en aplicaciones de cavidades profundas y de largo alcance.

Al igual que el fresado de alto avance, el fresado de alta velocidad también significa aumentar la velocidad de avance para compensar el adelgazamiento de la viruta, pero no por el ángulo de avance de la herramienta. El adelgazamiento de la viruta en el fresado de alta velocidad resulta del acoplamiento radial limitado del diámetro del cortador en el corte. Al tornear, la viruta tiene un espesor constante. Sin embargo, una fresa corta en un arco, no en un plano. El grosor de la viruta varía dependiendo de dónde se encuentre el borde de corte en relación con el arco del corte. Cuando el diámetro de una fresa está totalmente metido en el corte, el grosor de la viruta es cero en la entrada y salida y es más grueso en la mitad del arco de rotación. Al igual que con todas las operaciones de corte de metales, debemos administrar el grosor de la viruta y recordar que el grosor de la viruta no siempre es igual a la velocidad de avance.

Primero introdujimos el concepto de adelgazamiento de la viruta cuando discutimos el ángulo de avance. A medida que aumenta el ángulo de ataque, el grosor de la viruta comienza a disminuir. En una operación de torneado normal, una vez que se aplica el factor de adelgazamiento de la viruta para el ángulo de avance, el grosor de la viruta sigue siendo el mismo.

El fresado requiere tener en cuenta tanto el adelgazamiento de la viruta para el ángulo de ataque como el adelgazamiento de la viruta para el enganche radial. El resultado se denomina "grosor medio de viruta" o hm. Ahora, antes de que se me escapen las carreras de física, hm es un término de física que significa la medida del punto en el medio del grupo. El promedio es solo eso; la media de todo el grupo. No sé por qué la industria del corte de metales decidió fusionar los dos, pero lo hicieron, así que continuaré con la farsa.

Tenga en cuenta que el grosor de la viruta es cero al principio, en el medio y al final de la rotación del cortador en el corte. El chip es el más grueso en la línea central. El hm promedio se encuentra entre la línea central del corte y el comienzo y el final del corte.

Entonces, ¿por qué nos importa el grosor promedio de las virutas? Recuerda: ¿Qué se necesita para hacer un chip? Calor y presión. Quieres que el calor entre en el chip. Aquí es donde entra en juego el grosor medio de la viruta (hm). El grosor promedio de la viruta debe ser mayor que la preparación del borde, la tierra en T o el pulido, o nuevamente la fresa se convierte en papel de lija. A Carbide le gusta cortar; no le gusta frotar. El frotamiento crea una fricción y un calor incontrolables que son perjudiciales para la vida útil de su herramienta. Aquí es donde entra en juego la ecuación de avance por diente: fz = hm × √(D1/ae) × cos(K).

Esta ecuación parece difícil, pero no lo es, y marca la diferencia entre el éxito y el fracaso.

La clave para el fresado de alto avance es comprender la relación entre el enganche radial (ae) de la herramienta y el impacto que tiene en el espesor de viruta promedio (hm) y la velocidad de avance programada por diente o ranura fz. A medida que se reduce el acoplamiento radial del diámetro de la fresa, se debe aumentar la velocidad de avance programada para compensar el adelgazamiento radial de la viruta que se producirá. Mediante el uso de la fórmula, puede calcular la velocidad de avance programada fz requerida por ranura o plaquita para lograr el espesor de viruta promedio deseado (hm). La mayoría de los fabricantes de herramientas de corte proporcionan tanto los valores fz (avance por diente) como los valores hm basados ​​en el tamaño y la forma de la preparación del filo para la herramienta dada. Una vez que haya calculado la tasa de alimentación requerida por canal o inserto, calcular el recorrido de la mesa IPM (pulgadas por minuto) es fácil. En la mayoría de los casos, la velocidad de alimentación de IPM será más de cuatro o cinco veces más rápida que las velocidades de alimentación estándar.

En el fresado de alto avance, la alta velocidad de avance se combina con una alta profundidad de corte axial y estrategias de trayectoria de corte específicas para lograr altas tasas de remoción de metal. La profundidad de corte axial más alta es posible debido a las fuerzas radiales reducidas creadas por el acoplamiento radial reducido. Por lo general, las profundidades axiales son mayores que dos veces el diámetro y se pueden lograr hasta seis veces el diámetro. Las fuerzas radiales se pueden reducir aún más mediante el uso de un ángulo de hélice más alto, lo que impulsa una mayor parte de la fuerza de corte hacia el husillo. La evacuación de virutas a la profundidad de corte axial más alta no es un problema porque las virutas no se acumulan en la flauta como lo harían con un acoplamiento radial más alto. La facilidad de evacuación de virutas también permite el uso de herramientas con más flautas o plaquitas, lo que da como resultado capacidades de velocidad de avance aún más altas. Las herramientas con más flautas e insertos suelen tener diámetros de núcleo más grandes debido a las pequeñas gargantas de virutas o espacios de flauta que mejoran aún más la rigidez, la rigidez y la estabilidad.

Además de estos beneficios, el fresado de alta velocidad también reduce la cantidad de calor transferido a la herramienta y la pieza, lo que mejora la vida útil de la herramienta y reduce la posibilidad de endurecimiento por trabajo de la pieza. Es contrario a la intuición; cuando escuchas alta velocidad, piensas en alta temperatura. No es cierto aquí. En una aplicación de ranura completa, el diámetro completo de la fresa se acopla a la pieza de trabajo o la fresa tiene un arco de acoplamiento completo de 180°. Este alto arco de enganche significa que el borde cortante está engranado en el corte durante mucho tiempo, lo que produce más calor. A medida que el radio o el arco de acoplamiento disminuye, también lo hace la cantidad de tiempo que cada filo está en contacto con la pieza de trabajo, lo que produce menos calor y proporciona al filo más tiempo para enfriarse entre cortes.

Esta reducción del calor tiene un par de beneficios. Ayuda a prevenir el endurecimiento por trabajo en aceros inoxidables y con alto contenido de carbono y reduce la cantidad de transferencia de calor hacia la herramienta cuando se mecanizan metales refractarios y superaleaciones. En pocas palabras: mejora la vida útil de la herramienta. Con todos estos resultados positivos, ¿cuál es el truco?

No hay trampa real, sin embargo, hay principios básicos que deben seguirse. La rigidez de todo el mecanismo de mecanizado: la máquina, el husillo, el soporte, el accesorio, etc., siempre es importante. Mantener una carga constante en la herramienta es clave y requiere trayectorias de herramienta específicas, sin cambios direccionales bruscos y repentinos.

El fresado trocoidal, el fresado dinámico, el fresado volumétrico o el rebanado son algunas de las estrategias de trayectoria de corte compatibles con la mayoría de los software CAD/CAM modernos que ayudan al mecanizado de alta velocidad y alto avance. En muchos casos, se necesita una combinación de más de una estrategia para completar la pieza.

¡Recuerde, cuantas más virutas haya en el piso, más piezas saldrán por la puerta!

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