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Fresado HSC (High Speed Cutting): A gran velocidad hacia el éxito

El fresado HSC, es decir, el fresado a alta velocidad, representa un potencial particularmente grande en el mecanizado CNC, ya que ofrece menores tiempos de producción, mayor productividad y, sin embargo, alta calidad. En este apartado, analizaremos más de cerca el fresado HSC y aclararemos las siguientes preguntas:

Desafíos en el fresado HSC

Uno de los mayores problemas del fresado HSC es la aparición de vibraciones. ¿Cómo surgen éstas? Dado que todo sistema (herramienta, porta) susceptible de vibrar, tiene una frecuencia natural, al ser excitado (impacto, flexión), continuará vibrando hasta que se detenga debido a la pérdida por amortiguación (diapasón) o a una frecuencia instantánea igual en sentido opuesto. Sin embargo, si se produce una excitación externa a intervalos regulares y esta frecuencia de excitación también se encuentra aproximadamente en el mismo rango de frecuencia que la oscilación natural del sistema, estas dos frecuencias se superpondrán. Entonces se habla de un caso de resonancia → El sistema comienza a oscilar (vibrar).

¿Cuáles son las consecuencias de las vibraciones durante el fresado?

  •  La profundidad de corte ap no permanece constante → superficie pobre y ondulada
  •  No hay una precisión dimensional constante
  •  Reducción considerable de la vida útil
  •  Rotura de los filos de corte
  •  La pieza puede haberse aflojado
  •  Carga excesiva en las guías y rodamientos de la máquina

Ventajas del mecanizado HSC

  • No se requiere desbaste, ya que el volumen de material arrancado es muy alto
  • Calidad superficial muy buena < 0,001 mm (Ra) → Calidad de rectificado
  • Reducción del tiempo principal de hasta un 50%
  • Mecanizado sin vibraciones debido a la alta frecuencia natural de la herramienta → eliminación de vibraciones
  • Sin distorsión de la pieza de trabajo debido al estrés térmico, ya que el calor se va con virutas
  • Muy rentable

Rango de velocidades de corte dependiendo del material

Plásticos reforzados con fibras

aluminio.

Bronce, latón

Hierro fundido

Aleaciones de titanio

Aleaciones de base níquel

  1. Zona convencional
  2. Zona de transición
  3. Zona de HSC

Datos de trabajo máximos para minimizar riesgos

* Diámetro de la herramienta en mm

  1. Según GW
  2. Según EN ISO 15641

Temperatura de mecanizado

Aluminio blando

No férricos

Bronce

Hierro fundido

Acero

La evacuación del calor con la viruta es un problema en el mecanizado HSC. En el gráfico se describe el comportamiento dependiendo del material. 

Determinación de los parámetros de corte óptimos para el fresado HSC

En nuestra prueba, a una velocidad de corte de aproximadamente de 600 m/min, el desgaste aumenta considerablemente. Según esta serie de pruebas, el límite superior para fresas de radio con Z = 2 y Z = 4 es una velocidad de corte de 580 m / min.

La elección del ancho de corte para el fresado HSC contribuye de manera decisiva a prolongar la vida útil de la herramienta. En el fresado HSC se ha demostrado que es mejor trabajar con un avance menor que tratar de lograr el mayor avance posible como ocurre en el fresado de desbaste. La alta tasa de arranque de viruta se consigue gracias a la máxima velocidad de corte posible.

Amortización: ¿Vale la pena comprar una máquina con un husillo de alta frecuencia?

Una comparación de la recuperación de la inversión muestra que, a pesar de los altos costos iniciales de una fresadora con un husillo de alta frecuencia, el mecanizado es mucho más barato porque es más económico.

Sobre todo, para las pequeñas empresas, que están orientadas a una producción flexible de piezas de tamaño medio, pueden lograr grandes ventajas en el mecanizado HSC. Con un ahorro de tiempo medio del 50%, esto conduce también a un ahorro de costes de fabricación de aproximadamente un 25% -27%.

Información destacada sobre el fresado HSC

El término "fresado o también taladrado HSC" debe definirse en relación con el material. Es obvio que el abanico HSC para el aluminio debe estar en un rango de velocidad de corte diferente al de, por ejemplo, los aceros o materiales especiales. La limitación de la velocidad de corte se puede comparar con el fresado convencional.

Se puede ver que a medida que la velocidad de corte aumenta, las fuerzas de corte primero disminuyen bruscamente y luego vuelven a aumentar bruscamente.

Cabe señalar también que a velocidades de corte ultra altas, de aproximadamente 130.000 m/min, el desgaste aumenta de forma desproporcionada. Sin embargo, si se permanece en el rango de velocidad de corte hasta aprox. 5000 m / min, el desgaste de los flancos aumenta fuertemente al principio, dependiendo del material, y luego se mantiene constante por un tiempo.

También cabe destacar que al aumentar la velocidad de corte, la fuerza pasiva (fuerza de reacción a la fuerza de corte) se puede reducir hasta en un 70%. Esto es particularmente importante en el caso de perfiles de paredes extremadamente delgadas y para lograr una superficie similar al rectificado.

Al mecanizar aluminio, resulta que la tasa específica de arranque de material es máxima a velocidades de corte de 3.100 a 4.700 m / min. El aumento de aproximadamente un 35% en el volumen mecanizado también dio como resultado una superficie con un valor medio de rugosidad de 1 μm. Sin embargo, los valores óptimos dependen en gran medida de la aleación.

La herramienta adecuada para el material respectivo para fresado HSC

Fresado HSC en aluminio

Al mecanizar aluminio, se necesita una herramienta helicoidal con grandes canales de viruta. Aquí una fresa con 2 filos y con una hélice de aprox. 45º, puede ser ventajosa. La herramienta debe tener un ángulo de desprendimiento de 15 ° a 20 ° y un ángulo de incidencia lateral de 10 ° a 12 °. Si se trabaja en una máquina con una potencia de husillo menor, con velocidades de corte bajas, o con ranuras profundas, es preferible utilizar una herramienta helicoidal de un solo filo. Con una velocidad de corte de aproximadamente 2.000 m/min, se puede alcanzar fácilmente una vida útil de 500 m.

Fresado HSC en cobre

Al mecanizar cobre y aleaciones de cobre, se utilizan las mismas herramientas que para mecanizar aluminio. Los avances por diente oscilan entre 0,02 y 0,4 mm, dependiendo de la composición de la aleación.

El cobre puro solo debe fresarse con un filo de corte finamente rectificado para evitar que se genere el filo recrecido.
Es preferible el fresado en concordancia que en oposición. Aquí, sin embargo, el uso de herramientas cerámicas es una ventaja, ya que se pueden lograr velocidades de corte hasta 10 veces mayores.

Plásticos reforzados con fibras

El mecanizado de HSC es especialmente adecuado para los plásticos reforzados con fibra, ya que las fuerzas de corte disminuyen bruscamente a medida que aumenta la velocidad de corte, contrarrestando la delaminación que podría provocar un avance alto. Al eliminar la energía de corte con la viruta, el material base está sujeto a un menor estrés térmico.

Materiales CFRP y GFRP

Si es posible, debe mecanizarse en oposición y contra la fibra, no paralelo a la fibra. Sin embargo, solo las herramientas de diamante policristalino ofrecen resultados satisfactorios. El rango de mecanizado óptimo es de aproximadamente vc = 4.500 m / min y vf hasta 30 m / min. La herramienta debe tener un ángulo de desprendimiento de aproximadamente 5 ° y un ángulo de incidencia de 10 °.

Plásticos reforzados con aramidas (Kevlar)

Dado que hay que cortar las fibras conductoras de fuerza, son preferibles herramientas de filos vivos y una geometría similar a las utilizadas en el mecanizado de aluminio. Las herramientas clasificadas en el grupo ISO K, son las que dan los mejores resultados. El rango de corte óptimo es a una velocidad de corte de 2.000 m / min a 3.000m / min y una velocidad de avance de
10m / min a 15m / min.

Acero

En el fresado de acero a alta velocidad, con una velocidad de corte de 750 m / min. se puede alcanzar una vida útil de
20-25 m. Rangos de velocidad de corte de 500m/min a 1.500m/min. son factibles con fresado metal duro de clase ISO P. El fresado HSC ha demostrado su eficacia especialmente en la fabricación de moldes y matrices, donde las formas complejas se suelen producir mediante el proceso de fresado en serie, con geometrías esféricas.

Aquí se pueden lograr enormes mejoras de tiempo y calidad superficial mediante altas velocidades de corte y avance. Se ha demostrado que con un ángulo de desprendimiento de 0º, se logra una mejor vida útil de la herramienta, pudiendo aumentar el ángulo de incidencia y el avance.

El ángulo de incidencia óptimo se ha establecido en aproximadamente 12°–20°. Las herramientas con canales rectos y corte sobre el centro, han demostrado ser óptimas en la fabricación de moldes y matrices por razones de estabilidad. Se debe tender a avances de 0,3 a 0,7 mm, fresado en concordancia y trabajar en seco, con velocidades de corte de 500 a 1.500 m/min.

Hierro fundido

El hierro fundido se puede mecanizar con herramientas de metal duro, con ángulo de desprendimiento de 0º q 6º, y ángulo de incidencia de 12º. El recubrimiento de las herramientas es fundamental. Es importante tratar de generar los mínimos rasguños y fisuras en la capa, mediante la entrada y salida suave del material.

A velocidades de corte de 1.000 m/min. la tasa de material arrancado puede multiplicarse por 10, por ejemplo, para un GG 25. La vida de la herramienta puede ser de unos 20 m por filo y la superficie corresponde a la calidad de un rectificado. La vida útil de la herramienta puede aumentarse si la velocidad de avance es relativamente alta, es decir, un avance por diente de aproximadamente 0,3 a 0,4 mm.

Grafito

Al mecanizar grafito, no solo son ventajosas las bajas fuerzas de corte, sino también la viruta en forma de polvo generada en este material. El material arrancad debe retirarse de la zona de corte lo más rápido y completamente posible, ya que la vida útil depende en gran medida de la salida de esta viruta en polvo. Para contrarrestar el efecto abrasivo, nuestras fresas de grafito están recubiertas de diamante.

Esta capa ultra dura contrarresta de manera óptima el desgaste abrasivo, lo que a su vez prolonga la vida útil. Se debe utilizar fresado en oposición para mejorar la evacuación de la viruta.

Fresado HSC vs Convencional

Ejemplo

  Fresado HSC
(rojo)
Fresado convencional (verde)
Herramienta MDI, 2 dientes Ø 3,0 mm
Tarea Ranura 3 mm x 700 mm x 6 mm
Número de pasadas 3 3
Avance
por diente fz (mm)
0,03 0,03
Revoluciones (Rev./min) 80.000 5.000
Velocidad de corte 753 47
Velocidad avance
(mm/min)
4.800 300
Vida útil (m) 25 37
Tiempo total (s) 25,8 421,8