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Mucha gente considera que el maquinado de metales duros es un arte oculto, pero con algunos principios básicos no solo resulta rentable sino también resulta ser un proceso de maquinado sencillo. Existen varios componentes del proceso como son la utilización efectiva de la máquina herramienta, las herramientas de corte, los portaherramientas y programación del maquinado. Si estas áreas se abordan correctamente, el maquinado de metales duros pierde su misterio y mística y se puede convertir en un proceso predecible donde se pueden utilizar fórmulas y pautas establecidas. En este artículo, nos centraremos en la herramienta de corte, aunque también se abordarán otras áreas.
Si prefieres leer sobre las herramientas de corte para el maquinado de aluminio, te invitamos a leer nuestro otro artículo titulado “Tipos de herramientas de corte para trabajar aluminio”
Elige el proceso
Existen tres principales métodos para el maquinado:
La configuración y dureza del material a trabajar o molde determina qué método o combinación de métodos funcionará mejor. Se debe considerar el maquinado suave antes del tratamiento térmico, cuando se maquinan piezas grandes o que requieren cortes profundos. El proceso de acabado se puede realizar en estado endurecido. Si la pieza no es muy grande o requiere de un maquinado poco profundo, toda la pieza se puede fresar en el estado endurecido. Si la geometría de la pieza requiere operaciones delgadas y cortes profundos, la electroerosión puede ser la única opción. Nota: si la geometría a maquinar requiere operaciones delgadas se utilizaría el proceso de electroerosión.
Selección de herramientas de corte
La selección de las herramientas de corte adecuadas es importante al maquinar metal endurecido. Existen tres diseños básicos de cortadores:
La primera opción para el maquinado de metales duros debería ser la fresa de bola. Pues la fresa de bola se debe utilizar para operaciones de desbaste y para la mayoría de las operaciones de acabado. Su gran radio disipa la fuerza y el calor que se genera al cortar material duro a altas velocidades y avances. La fresa de punta de bola permite al usuario cortar más cerca de la forma tridimensional neta y permite velocidades y avances más altos.
Si la pieza a maquinar requiere de áreas grandes y planas en sus superficies, se debe usar una herramienta de radio de esquina después de que la herramienta de punta esférica haya desbastado la pieza. La herramienta de radio de esquina no tiene un radio tan grande como la bola por lo tanto, no disipa el calor y la fuerza tan bien como la fresa de bola. La herramienta de esquina cuadrada debe usarse como último recurso y solo después de que una herramienta de extremo de bola y radio de esquina haya eliminado la mayor cantidad de material posible de la pieza a maquinar. La esquina afilada, de una herramienta de punta cuadrada, actúa como un punto focal para todo el calor y la fuerza y tendrá tendencia a astillarse. La única vez que se debe usar una fresa cuadrada es cuando se requiere una esquina afilada en la transición de una superficie y pared de pieza a maquinar.
La rigidez de las herramientas de corte es un factor importante a considerar. Para cortadores de diámetro pequeño, el vástago de la herramienta debe ser mucho más grande que el diámetro de corte. Esto aumenta la rigidez de la fresa, lo que ayuda a producir mejores acabados y prolonga la vida útil de la herramienta.
Es importante elegir la herramienta de corte que se adapte lo más posible a la aplicación. Por ejemplo, algunas fresas de extremo vienen con un ángulo de desmoldeo de 8 grados por lado. Sin embargo, en la planta de producción resulta muy fácil modificar este ángulo y se puede hacer muy rápidamente. Si la pieza tiene un calado de 3°, la herramienta se puede modificar a un calado de 21⁄2 °. Generalmente, una herramienta debe tener 1⁄2 ° menos de calado que la pieza real. Este 1⁄2 ° proporciona un espacio libre angular mientras mantiene la herramienta lo más fuerte posible.
Además, la herramienta no debe sobresalir del soporte más de lo necesario. Si se requieren paredes rectas en la pieza de trabajo, se puede utilizar un cuello para fortalecer la herramienta. Ambos métodos permiten que la herramienta de corte corto realice su operación a un nivel más profundo que su longitud de corte.
Si prefieres leer sobre las herramientas de corte para el maquinado de titanio, te invitamos a leer nuestro otro artículo titulado “Herramientas de corte CNC para maquinar titanio”
Controlar la generación de calor
El calor excesivo cambia la morfología de la superficie de la pieza a maquinar, lo que reduce la precisión del corte. Sin embargo, una forma de minimizar la generación y retención de calor es controlando el paso radial de la herramienta de corte. El paso por encima del radial es la distancia entre las líneas centrales de cortes paralelos sucesivos.
Para operaciones de desbaste, el paso radial debe ser de 25 a 40 por ciento del diámetro de la fresa. Para terminar con una altura de cúspide determinada en una superficie plana, el paso radial se puede calcular con la siguiente fórmula:
*Fórmula donde la altura de la cúspide es la desviación cordal-tolerancia final. De manera similar, la altura de la cúspide se puede encontrar usando lo siguiente:
El paso radial determina cuánto calor se acumula en la herramienta de corte y en la pieza de trabajo, al determinar el tiempo que cada broca o flauta pasa en el corte y la cantidad de tiempo en que se enfría antes de ingresar nuevamente al proceso corte.
La representación gráfica ilustra los efectos del paso radial y la generación de calor. Cuando el paso es demasiado grande, la broca o flauta se calienta porque no hay tiempo suficiente para enfriar la herramienta antes de que vuelva a entrar al proceso con la pieza. Al utilizar escalones más pequeños, hay una acción de enfriamiento continua que controla la generación de calor. Al regular la generación de calor con una acción de enfriamiento continua, se pueden utilizar RPMS más altas sin alcanzar la temperatura fatal del recubrimiento.
Una vez que se alcanza la temperatura fatal del recubrimiento, hay un rápido deterioro del filo que aumenta la fuerza y la temperatura de la herramienta y de la pieza de trabajo. Cuando se implementa el proceso adecuado, no debe haber acumulación de calor en la pieza. El calor excesivo provoca cambios en la morfología de la superficie y pérdida de precisión de corte.
Al seleccionar el recubrimiento adecuado, se pueden alcanzar temperaturas más altas sin comprometer las herramientas de corte. Por ejemplo, la temperatura máxima de trabajo para el carbonitruro de titanio (TiCN) es 750° Farenheit (F.), o 400° C., en comparación con el nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) con una temperatura máxima de trabajo de 1470° F. (800° C). Generalmente, TiAlN es el recubrimiento preferido para el maquinado de alta velocidad de materiales de molde / matriz endurecidos debido a su alta resistencia al calor. La mayor resistencia al calor del recubrimiento TiAlN permite el uso de RPMs más rápidas sin llegar a dañar la herramienta de corte.
Las velocidades y avances adecuados son esenciales para controlar la acumulación de calor. Las cargas de viruta grandes eliminan el calor con la viruta para que no se acumule en la herramienta o en la pieza. Si la carga de viruta es demasiado ligera, se produce una acción de frotamiento o esmerilado que conduce a la acumulación de calor. Por lo tanto, es muy importante para la vida útil de la herramienta utilizar la mayor carga de viruta posible sin dañar la herramienta o la pieza.
Por ejemplo, si la carga de viruta por diente debe ser de 0,008 ”y la carga de viruta utilizada es de 0,002”, una pieza que debería tardar 20 minutos en maquinarse, ahora tardaría 80 minutos. Esto significa que la herramienta pasó cuatro veces más tiempo en el corte del necesario.
La geometría de la herramienta también juega un papel importante en el control del calor. La geometría de la herramienta afecta la forma en que se forma la viruta y se evacua del corte. La geometría incorrecta puede resultar en fallas prematuras de la herramienta de corte y acabados deficientes de las piezas. Esta es la razón por la que una herramienta debe diseñarse específicamente para el maquinado de metales duros.
En la mayoría de los casos, no se debe utilizar refrigerante de inundación. El resultado de pruebas exhaustivas realizadas muestra que el uso de refrigerante de inundación en materiales por encima de 40 HRC reduce la vida útil de la herramienta de corte, en promedio, cinco veces. Se han probado muchos métodos de suministro de refrigerante, incluidos: orificios de refrigerante a través de la herramienta, ranuras de refrigerante, mangueras de refrigerante, alta presión, presión normal y se ha descubierto que en todos los casos hubo una reducción en la vida útil de la herramienta. La razón de la reducción de la vida útil de la herramienta es el choque térmico de la herramienta de carburo. Sin embargo, es muy importante evacuar las virutas y evitar volver a cortar. Dos métodos excelentes para evacuar las virutas son el refrigerante por aire o por neblina. El aire o la niebla deben dirigirse lo más cerca posible de la punta de la herramienta.
Problemas con las herramientas de corte
Cuando reemplazar una herramienta depende de los requisitos del usuario. Generalmente, la falla del cortador se puede ver a simple vista. Una forma sencilla de comprobarlo es mirar la punta de la herramienta mientras la herramienta está en el corte. Cuando el cortador está desgastado, el aumento de la fuerza y el calor es evidente en un brillo rojo en la punta del cortador. Apagar la luz de la máquina herramienta ayuda a ver el resplandor.
El resplandor rojo comienza lentamente y generalmente aparece en las esquinas o áreas donde se está quitando más material de la pieza de trabajo. Cuando hay un resplandor rojo continuo y prominente, la herramienta generalmente se retira y se reemplaza. El brillo rojo también puede indicar áreas problemáticas en la parte donde hay una programación incorrecta.
Las herramientas de corte consistentes también son importantes para que el proceso sea predecible. Es muy importante considerar las tolerancias de las herramientas. Para lograr un ajuste adecuado en los portaherramientas, incluidos los portaherramientas de ajuste por contracción, la tolerancia en el vástago de la herramienta debe ser de -0,0001 ”a -0,0002” del diámetro nominal. Esto asegura la compatibilidad, consistencia y un mejor contacto de la superficie con los portaherramientas. Las tolerancias estándar son de hasta -0,0005 ”. Esto conduce a una desviación en el soporte y un ajuste inadecuado. Además, la redondez del vástago debe mantenerse al menos en ± 0,000025 ″.
El descentramiento hace que la carga de viruta aumente para una o más ranuras, mientras que las otras ranuras cortan demasiado la viruta, un problema importante y persistente en el maquinado de metales duros. El impacto del descentramiento hace que la herramienta de corte o la pieza de trabajo vibre, lo que provoca altas vibraciones y el astillamiento. El control de la desviación limita el impacto introducido en la cortadora.
También deben evitarse los vástagos pulidos. Si bien las herramientas de corte pueden parecer estéticamente agradables, los vástagos pulidos reducen la capacidad de agarre del portaherramientas. Tener las tolerancias adecuadas en la herramienta y el portaherramientas asegurará la rigidez, precisión y consistencia adecuadas.
El proceso de corte
Es importante recordar que el maquinado de alta velocidad de aceros para moldes y matrices es un proceso que consiste en la utilización eficaz en conjunto de las máquinas-herramienta, las herramientas de corte, los portaherramientas y la programación. Todos los componentes deben abordarse para garantizar que se obtenga un rendimiento predecible y rentable.
Te invitamos a leer nuestra guía sobre Materiales que componen las Herramientas de corte.
Para obtener más información acerca de las herramientas de corte que tenemos a tu disposición, llámanos al 472 748 6400, o envíanos un correo electrónico a info@yamazen.com.mx o escríbenos por medio de nuestro formulario de contacto.
¡Saludos!
Luis Daniel Arzola (daniel.arzola@yamazen.com.mx)
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