La selección de la solución de herramientas más eficaz a la hora de realizar trabajos de mecanizado de precisión es extremadamente importante en términos de rendimiento y calidad del resultado. El siguiente artículo está dedicado a los beneficios de las fresas de hélice variable. Prestemos especial atención al desarrollo de los diseños de las ranuras de estas herramientas. El análisis de estas herramientas de corte nos permitirá revelar cómo el diseño geométrico específico de estas herramientas permite una mejor estabilización, menos vibración y mejores vías de expulsión de viruta. La explicación técnica presentada aquí permite a los ingenieros y maquinistas ser más eficientes y productivos en su mecanizado.
¿Qué hace exactamente una fresa de extremo de hélice variable?
Funcionalidad de una fresa de hélice variable
Las fresas de extremo de hélice variable tienen un diseño de una sola estría para el filo de corte que se extiende y cambia con el ángulo de la hélice. Estas inconsistencias reducen los armónicos durante operaciones de mecanizado, lo que facilita consecuentemente las tareas de corte que de otro modo requerirían el uso de herramientas de un solo extremo con mayor eficiencia. La configuración desigual también ayuda a mejorar la evacuación de viruta al evitar la acumulación de viruta y, por lo tanto, mejorar la velocidad de eliminación de material. También aumenta la longevidad de las herramientas al reducir las fuerzas ejercidas en regiones particulares de la herramienta de corte, ya que estas regiones realizan la misma función de corte. En general, la configuración de hélice variable mejora de manera efectiva tanto el rendimiento de corte como la precisión en varios procesos de mecanizado.
Pros y contras de las fresas de hélice variable
La deformación de la forma está disponible en varias dimensiones, y los otros dos filos de corte de avance suelen estar compuestos por diferentes características de las fresas de extremo de hélice variable, lo que les otorga un potencial de aplicación aún más amplio. En primer lugar, cuando se trabaja con materiales de mecanizado complejos, estos aumentan el rendimiento del proceso de mecanizado. En primer lugar, el nivel de vibraciones armónicas es significativamente menor. Por lo tanto, la superficie de la pieza mecanizada es aún mejor y las posibilidades de defectos se reducen aún más. Es la forma de la fresa de extremo que permite la correcta evacuación de las virutas y evita el sobrecalentamiento de la herramienta. Además, la variación del ángulo de hélice axial tiende a crear contrafuerzas bien equilibradas, lo que conduce a un menor contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo y a unas dimensiones más precisas. En los procesos de mecanizado precisos se consigue una mayor productividad de toda la actividad, una reducción de los tiempos de ciclo, etc. Equipadas con esta adaptabilidad geométrica, estas herramientas se emplean en diversos materiales de piezas de trabajo.
Áreas de aplicación para fresas de ángulo variable
Las fresas de hélice variable, por su eficacia y precisión, encuentran aplicaciones en la fabricación de piezas en la industria aeroespacial, automovilística y médica. En el campo aeroespacial, permiten mecanizar componentes con formas complicadas a partir de materiales ligeros, entre ellos el titanio y sus aleaciones. El sector de la automoción utiliza estas fresas de hélice variable. Fresas de extremo durante el mecanizado de componentes de motor, ya que son más rápidas y garantizan un buen acabado superficial y precisión dimensional. Estas fresas de extremo de hélice variable también se utilizan en la fabricación de instrumentos quirúrgicos de alta calidad en el campo de la medicina, donde la precisión y la fiabilidad son muy importantes. Además, también se utilizan para la fabricación de moldes y matrices, donde el tiempo de ciclo se mejora en gran medida y el desgaste es menor en aplicaciones de alta velocidad.
¿Cuál es la relación entre el ángulo de la hélice y el rendimiento del fresado?
¿Por qué es importante Helix Hayes?
Los ángulos de hélice son características de diseño de las fresas que desempeñan un papel importante a la hora de afectar a factores como la vibración de la herramienta y la eficiencia de corte. Por otro lado, si la herramienta tiene un ángulo de hélice bajo, las fuerzas de corte serán grandes y habrá una eliminación eficiente de la viruta, lo que es adecuado para materiales duros. Por otro lado, un ángulo de hélice grande disminuye las fuerzas de corte axiales al tiempo que aumenta la acción de corte, lo que es adecuado para materiales más blandos, así como para lograr una mejor calidad de superficie con fresas de extremo helicoidales. De esta forma, los fabricantes pueden mejorar la eficacia de las herramientas de corte para determinadas tareas eligiendo el ángulo de hélice exacto, lo que, al final, proporciona una mejor calidad y resistencia al desgaste y una menor infiltración de tiempos de inactividad del mecanizado.
Diferenciación entre fresas de extremo de hélice alta y fresas de extremo de hélice estándar
Las fresas de extremo de hélice alta tienen ángulos de hélice moderados a pronunciados, de aproximadamente 45 a 60 grados, lo que hace que el proceso de corte sea más eficiente que las fresas de extremo de hélice estándar y permite una mejor eliminación de viruta. Esta es una buena estrategia para materiales blandos en cuanto a las características estéticas que se buscan. Por el contrario, las fresas de extremo estándar presentan hélices con ángulos de entre 30 y 35 grados, que son más destructivas, lo que permite el corte de materiales más duros. Las variables en el presente caso son las fresas de extremo de hélice alta y estándar. Como los diseños de alta hélice permiten aumentar las velocidades y el pulido, los estándares brindan estabilidad convencional con características robustas para trabajar en aplicaciones agresivas. El tipo correcto es importante ya que influye en la precisión del mecanizado en relación con la naturaleza del producto terminado y las opciones basadas en cómo se utilizarán los materiales.
Cómo elegir el ángulo de hélice adecuado
El más importante de ellos es la correcta selección del ángulo de hélice según el tipo de material: para materiales más duros, un ángulo de hélice estándar de 30-35 grados es adecuado para que haya estabilidad y una distribución adecuada de las fuerzas. Por lo tanto, se debe seleccionar un ángulo de hélice alto (alrededor de 45 a 60) en materiales blandos que requieren un acabado superficial muy suave para una eliminación más fácil de la viruta y un mejor acabado superficial. Además de esto, es importante considerar los parámetros funcionales de la pieza a mecanizar, por ejemplo, su velocidad de mecanizado y la calidad requerida de mecanizado; los ángulos de hélice altos permiten más velocidades y trabajo cosmético, y los estándar soportan mejor las cargas en condiciones de trabajo intensas. Al cortar materiales, la velocidad de operación efectiva de la geometría de la pieza final, en función de las propiedades del material y las condiciones operativas, sugiere que existe un ángulo de hélice cómodo y óptimo para cada material.
¿Cuáles son las características clave de las fresas de carburo?
Composición del material de las fresas de carburo
Las fresas de carburo están compuestas principalmente de carburo de tungsteno, un material duradero y resistente que se caracteriza por su alta resistencia al desgaste y eficiencia de corte. Esta composición permite producir herramientas que perderían su calidad de filo incluso con un uso prolongado, especialmente en el caso de las fresas helicoidales diseñadas para aleaciones de aluminio que tienen un rendimiento óptimo. Además, pueden utilizar cobalto como sustancia aglutinante en las fresas helicoidales para mejorar la tenacidad y la estabilidad térmica de la herramienta. Estos materiales están desarrollados especialmente para sus fines individuales a fin de mejorar el rendimiento y la seguridad de las fresas de carburo durante su uso, en particular en el mecanizado de cobre a alta velocidad.
¿Por qué el carburo sería mejor en comparación con las otras alternativas disponibles?
Existen ventajas en el uso de fresas de carburo en comparación con materiales a base de cobalto y acero rápido. Para empezar, el carburo es más duro que estos materiales, lo que permite una mejor retención de la geometría afilada de las herramientas de corte y velocidades de corte más rápidas en las fresas helicoidales. En segundo lugar, la alta dureza del carburo reduce el desgaste de las herramientas y ayuda a aumentar la rentabilidad de las herramientas a lo largo del tiempo al aumentar su longevidad y reducir los costos de mantenimiento. Además, el impacto del carburo a altas temperaturas mejora su funcionamiento en situaciones de mecanizado más desafiantes. Por último, el rendimiento de las herramientas de carburo, que se mantiene bastante constante independientemente de las condiciones de mecanizado, mejora la calidad y el acabado superficial del producto final al mecanizar materiales complejos.
¿Cómo elegir una fresa en función de los requisitos del aluminio y sus aleaciones?
Características de diseño de fresas de extremo utilizadas para aleaciones de aluminio
Al buscar acoplamientos de fresas para aluminio y aleaciones de aluminio, se deben tener en cuenta características como el diseño de las ranuras, el revestimiento y la geometría, en particular, de las fresas para aleaciones de aluminio. Un ángulo de hélice alto (aproximadamente 45 grados) también facilita la eliminación de virutas y disminuye las posibilidades de que se acumule viruta. Las herramientas con menos ranuras (generalmente dos o tres) garantizan la eliminación de virutas, lo que da como resultado mejores procesos de mecanizado. Algunos revestimientos, como TiN o TiAlN, pueden mejorar las características de resistencia a la fricción de la herramienta y generar un efecto resistente al desgaste. Para mejorar la calidad de las piezas de aluminio mecanizadas, es prudente utilizar herramientas de corte con bordes afilados para lograr acabados finos y precisión dimensional.
Importancia del radio de la esquina y el diseño de la ranura de la herramienta
El radio de la esquina de una fresa es un aspecto importante del rendimiento general de la herramienta en el mecanizado de aluminio. Dado que el radio de la esquina es grande, esto mejora la resistencia de la herramienta, minimiza los efectos de astillado durante la operación y mejora los acabados de la superficie. Además, el diseño de la ranura sigue siendo muy importante para aliviar la evacuación de viruta y el recorrido del refrigerante. Un diseño estriado con un número predeterminado de canales permite tener una holgura adecuada de la viruta, evitando que la viruta fluya de regreso a la herramienta, lo que induce el desgaste de la herramienta y errores dimensionales. Los radios y las ranuras de latón son muy importantes en las operaciones de corte para optimizar las condiciones operativas en la pieza de trabajo.
El asesoramiento de Guhring y MA Ford® TuffCut®
Guhring propuso que, al mecanizar aluminio y sus aleaciones, es recomendable emplear fresas con ángulos de hélice elevados y varias ranuras iguales a 2 o más para garantizar una eliminación adecuada de la viruta. También recomiendan la aplicación de recubrimientos de TiAlN para aumentar la vida útil de la herramienta. MA Ford® TuffCut® enfatiza el desarrollo de una esquina redondeada de la herramienta con un mejor acabado que los bordes de corte limpio junto con la demanda de diseños de herramientas helicoidales que eliminen la viruta. Todos estos fabricantes exigen una evaluación rutinaria del grado de desgaste de la herramienta de corte para mantener la integridad de los procesos de mecanizado.
¿Cuáles son los parámetros de funcionamiento para optimizar la vida útil de la herramienta?
Los parámetros de funcionamiento correctos
Para lograr la máxima vida útil de la herramienta en el mecanizado de aluminio, los parámetros de funcionamiento que se establecerán deben coincidir con las propiedades funcionales de la herramienta y el material que se está trabajando. Dichos parámetros incluyen velocidades de corte, velocidades de avance y profundidad de corte, especialmente cuando se utilizan durante las fresas. Si bien no existen documentos definitivos al respecto, es aconsejable establecer una velocidad de corte de 500 a 1000 SFM para la mayoría de las aleaciones de aluminio. De manera similar, el avance longitudinal o de funcionamiento debe cumplir con las especificaciones recomendadas de la fresa de extremo con valores normales en el rango de 0,003 a 0,015 pulgadas por diente. En lo que respecta a las herramientas de corte, también se necesita una profundidad de corte, que se basa no solo en el diámetro de la herramienta sino también en la naturaleza del trabajo, que generalmente varía de 0,010 a 0,100 pulgadas. Estos parámetros requieren una optimización adecuada en el rendimiento, ya que ayudan con la precisión en el mecanizado y el desgaste de las herramientas.
Efecto de las vibraciones armónicas en la vida útil de la herramienta
Las vibraciones armónicas pueden provocar una reducción significativa de la vida útil de la herramienta, ya que aumentan la tensión inducida por la herramienta y el desgaste de los filos de corte. Estas vibraciones pueden provocar cortes falsos o condiciones de corte excesivas, lo que conduce a una irregularidad en las fuerzas de corte, lo que puede acortar la vida útil de las herramientas, en particular, durante las fresas. Además, también pueden degradar la calidad del acabado superficial y provocar errores en la precisión de mecanizado de las piezas de trabajo. Por lo tanto, se deben tomar medidas adecuadas relacionadas con la aplicación de métodos eficaces de amortiguación de vibraciones y el control de los estados del husillo para reducir estos impactos y mantener las herramientas funcionando de manera eficiente.
Maximización de las tasas de extracción para un fresado de alta eficiencia
Si el objetivo es mejorar las tasas de eliminación en el fresado de alta eficiencia, es extremadamente importante hacerlo sin comprometer la estabilidad alterando los parámetros de corte de manera adecuada. Esto significa que se utiliza una velocidad de corte muy alta, que generalmente oscila entre 800 SFM y 1200 SFM, mientras se corta aluminio y una velocidad de avance muy alta correspondiente a una herramienta de 0,015 a 0,025 pulgadas por diente. Se debe aumentar un corte en función de los límites de la herramienta, que se observan con frecuencia en la región de hasta 0,100 y 0,250 pulgadas, lo que es más importante para el corte profundo para eliminar más material. Con una herramienta duradera y buenas condiciones de refrigeración, es posible fabricar piezas de alta calidad, incluso a altas tasas de eliminación de material.
¿Cómo controlar las vibraciones durante el fresado?
El parloteo en las fresas helicoidales
El fresado de superficies finales se produce con presión hacia abajo mediante el deslizamiento y el corte con la fresa giratoria en el extremo. Una alta velocidad de fresado de superficies, cuando se intenta con maquinaria sencilla, suele dar lugar a una inestabilidad en la operación. Esto incluye una desviación que puede aumentar debido a los tipos de corte o a las fuerzas aplicadas. Además, otros factores, como las características de diseño de las herramientas, como un ángulo de hélice alto o una holgura baja, también crean posibilidades de vibración. Los diferentes materiales tienen diferentes capacidades de corte y las piezas de trabajo a menudo no se sujetan con intensidad, lo que da como resultado un fresado deficiente. La vibración es difícil porque la industria corta cada vez más profundo mientras que las herramientas se dejan iguales. Pero para evitar este efecto, es de suma importancia elegir la herramienta correcta y utilizar relaciones de rotación de alto rendimiento del husillo, proporcionando una cantidad suficiente de abrazaderas para reforzar la estabilidad.
Técnicas de minimización del control de vibraciones
- Aumentar la rigidez de la herramienta: Utilice herramientas de corte más cortas y plataformas de mecanizado sólidas como una roca para aumentar la resistencia y también reducir las posibilidades de que las herramientas se doblen.
- Optimizar los parámetros de corte:Variar las revoluciones del husillo asignadas o las velocidades de corte para minimizar la rotación y, al mismo tiempo, lograr un corte exitoso.
- Aumentar la amortiguación: Utilice o proporcione herramientas que utilicen aparatos o puntas que absorban impactos.
- Seleccione la geometría de herramienta adecuada: Utilice herramientas apropiadas con el ángulo de hélice correcto y el espacio libre adecuado para minimizar las posibilidades de diálogo.
- Reforzar la sujeción: Utilice accesorios y plantillas más fuertes o portapiezas y abrazaderas para la pieza de trabajo durante el mecanizado.
- Realizar la optimización de la trayectoria de la herramienta: Adopte estrategias de participación constante y utilice rutas de herramientas adaptables para reducir los cambios repentinos de carga.
- Realice comprobaciones y mantenimiento de las herramientas de forma rutinaria: Mantenga las herramientas en condiciones adecuadas de corte afilándolas y reduciendo su desgaste por vibración.
Consideraciones sobre la configuración de la máquina y la pieza de trabajo
Es necesario controlar los ajustes de la máquina y las condiciones de la pieza de trabajo para lograr la menor cantidad de vibraciones durante el mecanizado. Para empezar, la velocidad del husillo debe ajustarse con precisión; por ejemplo, si la velocidad del husillo se ajusta demasiado alta, puede producirse distorsión, y si se ajusta demasiado baja, puede obtenerse un corte insatisfactorio. La velocidad de avance de corte afecta significativamente la formación de viruta. Por lo tanto, es aconsejable utilizar siempre un valor promedio cuando sea necesario para minimizar las vibraciones. Además, siga la trayectoria y la estructura de la herramienta para que no se produzcan cambios bruscos de carga.
En el análisis de la pieza antes mencionada, es importante tener en cuenta y evaluar las propiedades estructurales de la pieza, ya que los cortes pueden variar, como el corte en espiral. Mediante el uso de accesorios adecuados que posicionen con precisión la pieza de trabajo, se evita el movimiento giratorio que induce vibraciones. Por último, pero no menos importante, también se deben evaluar los parámetros de la máquina, incluido el nivel de alineación, la rigidez y la ausencia de cortes, rayones y daños, ya que estos parámetros afectan directamente la estabilidad de la base y la eficiencia de los procesos de corte.
Fuentes de referencia
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿Cuáles son las ventajas de las fresas de hélice variable?
A: Las fresas de extremo de hélice variable ofrecen varias ventajas, como menor vibración, mejor eliminación de viruta y velocidades de avance más altas.
P: ¿Qué efecto tiene el ángulo de la hélice de la fresa en el rendimiento?
A: El ángulo de la hélice de la fresa es un factor importante que influye en el rendimiento de la herramienta. En la mayoría de los casos, se necesitan más hélices gigantes...
P: ¿Cuáles son algunos productos de fresas de hélice variable ampliamente utilizados disponibles en el mercado?
R: Algunos de estos productos de fresas de extremo de hélice variable incluyen la serie MAFord® TuffCut®, las fresas de extremo Altima®, Guhring RF 100…
P: ¿Pueden las fresas de hélice variable recibir un amplio tipo de mecanizado para aleaciones de aluminio?
R: Sí, las fresas de extremo de hélice variable son excelentes para mecanizar aleaciones de aluminio. Estas fresas de extremo específicas están diseñadas de tal manera que evitan la soldadura de viruta y logran una excelente separación de viruta, lo cual es importante especialmente al mecanizar materiales gomosos como el aluminio. Algunas empresas fabrican fresas de extremo de hélice de diseño especial para mecanizar aluminio que producen resultados de calidad y rugosidad.
P: Esto es muy básico. Ambas fresas tienen 4 ranuras. ¿En qué se diferencia de una fresa de 4 ranuras con una configuración estándar?
R: Aunque ambas son fresas de cuatro ranuras, con un diseño de hélice variable, los ángulos de hélice varían en los bordes de corte de las fresas de cuatro ranuras. Esta diferencia ayuda a ajustar los armónicos, reducir la vibración y mejorar el funcionamiento de las fresas. Las fresas de cuatro ranuras con ángulos helicoidales o helicoidales constantes se excitan mecánicamente con mayor facilidad en determinadas condiciones de uso.
P: ¿Se pueden utilizar fresas de hélice variable como herramientas para operaciones de desbaste y acabado?
R: Sin duda, la mayoría de las fresas de extremo de hélice variable están diseñadas para realizar tanto desbaste como acabado. Si bien algunos atributos de la serie pueden mejorarse para que sean útiles solo para una tarea específica, el rendimiento general de las herramientas especiales es bastante bueno para diversas condiciones de corte. Cuando se desean los mejores resultados, se deben seguir las sugerencias del fabricante o se debe utilizar un software de selección de herramientas como Machining Advisor Pro.
P: ¿Qué recubrimientos se aplican a las fresas de hélice variable?
R: El uso de fresas de extremo de hélice variable, como otras, suele conllevar la necesidad de aplicar recubrimientos de alto rendimiento para soportar el desgaste resultante de las operaciones de corte. Los recubrimientos habituales incluyen AlTiN (nitruro de titanio y aluminio), que se aplica en entornos de alta temperatura y en el mecanizado de acero inoxidable. Otros recubrimientos pueden estar relacionados específicamente con la aleación de aluminio o cualquier otro material. El tipo de recubrimiento utilizado se verá influenciado principalmente por el trabajo que se va a realizar y en qué materiales.
