NUEVOS REFERENTES EN FRESADO POR ISCAR

11 de Junio de 2024

Por Andrei Petrilin, Director Técnico Senior

El fresado moderno, como método de mecanizado de metales, se originó a finales del siglo XVIII y se convirtió rápidamente en una de las principales tecnologías de mecanizado. Hoy en día, es difícil imaginar un taller mecánico sin fresadoras. El fresado es un proceso esencial de producción. El fresado es una parte integral de la tecnología de mecanizado, impulsado por las crecientes exigencias de la fabricación. Sin embargo, hay aspectos específicos que influyen excepcionalmente en el avance del fresado. En la actualidad asistimos a cambios significativos en la fabricación, que tendrán importantes consecuencias en el desarrollo de las aplicaciones de fresado. Estos cambios están impulsados por diversos factores, como el aumento de la precisión en el conformado de metales mediante el corte y la forja de precisión, la utilización generalizada de la impresión 3D, el uso creciente de nuevos materiales compuestos y sinterizados, la necesidad de mejorar la productividad en el mecanizado de superaleaciones y calidades de titanio difíciles de cortar, y la fuerte apuesta por los coches eléctricos e híbridos en la industria del automóvil. Además, los avances de las máquinas multiejes han abierto nuevas posibilidades de mecanizado de precisión de piezas complejas y han permitido implementar nuevas estrategias de corte que aumentan la productividad. En los procesos tecnológicos actuales, hay una tendencia a reducir considerablemente la cantidad de material correspondiente a los márgenes de fresado, a la vez que aumentan las exigencias de acabado superficial y precisión. Por lo tanto, el progreso en el fresado está impulsado por la necesidad de una mayor productividad, precisión y sostenibilidad en sus operaciones. En conclusión, los principales avances en fresado pueden resumirse de la siguiente manera:

1. La rápida extracción de metal está destinada a aumentar el índice de extracción de metal (MRR) y así lograr una mayor productividad, incrementando significativamente la velocidad de corte o el avance por diente. Esto se consigue gracias a técnicas como el fresado a alta velocidad (HSM) y, en operaciones de desbaste, el fresado con alto avance (HFM).
2. El fresado de precisión permite una mayor fiabilidad de las operaciones de fresado.
3. La utilización de centros de mecanizado multiejes permite operaciones complejas de fresado.
4. El desarrollo de sistemas de fresado inteligentes que se adaptan a las condiciones variables que tienen lugar durante el proceso de mecanizado.
5. El fresado sostenible pretende minimizar el impacto ambientar de estas operaciones. Esto incluye el diseño de fluidos de corte ecológicos, el reciclado y la reutilización de materiales y la utilización de máquinas herramienta y fresas de alta eficiencia energética.

El éxito de estos aspectos radica en la sinergia de sus componentes clave, como las máquinas herramienta, las herramientas de corte y los sistemas de ingeniería asistida por ordenador (CAE). Por ejemplo, el fresado a alta velocidad necesita unas máquinas herramienta con una tecnología que permita una velocidad de rotación extremadamente elevada, así como unas herramientas fabricadas con los más avanzados materiales y recubrimientos. Paralelamente, el fresado de precisión no sólo precisa herramientas con unas tolerancias más ceñidas, sino también mejores sistemas de control y motores lineales. En el caso de fresado multiejes, el gran logro es la incorporación de ejes de movimiento con un control más eficaz, junto con la geometría correcta de la fresa utilizada. Por otro lado, el fresado adaptativo incorpora novedades como sistemas de control de tecnología punta, sensores de gran sensibilidad y algoritmos para optimizar las condiciones de corte y la trayectoria de la herramienta en tiempo real. Por último, la sostenibilidad requiere estrategias de fresado de gran eficiencia energética que implican la utilización de máquinas, herramientas y técnicas de refrigeración ecológicas. El fresado con plaquitas intercambiables también está experimentando importantes avances:

1. El desarrollo de nuevos materiales de corte para las plaquitas es un proceso continuo que incluye las calidades de metal duro, cerámicas y materiales de corte ultra duros.
2. La I+D continua se centra en nuevos recubrimientos que aumentan la resistencia al desgaste y al calor y mejoran la capacidad de lubricación.
3. La optimización de las geometrías de corte y de la formación de viruta mejora la acción de mecanizado, disminuye las fuerzas de corte y facilita el flujo de virutas en operaciones de fresado.
4. La efectiva utilización de los materiales de corte incluye el diseño inteligente de la plaquita que permita el máximo número de sustituciones del filo de corte sin reducir la capacidad de corte.

Además, el imparable rumbo de la fabricación inteligente exige la integración de la digitalización en las operaciones y herramientas de fresado. En lo que respecta a estas últimas, los gemelos digitales y las aplicaciones de software adecuadas ya se han convertido en elementos imprescindibles para el diseño de la gama completa de herramientas. ¿Cómo pueden hacer frente a este reto los fabricantes de herramientas de corte? ¿Qué soluciones de herramientas de fresado darán la respuesta adecuada a las tendencias emergentes? ¿Es capaz el sector de la fabricación de herramientas de corte, a menudo considerado conservador en la metalurgia, de dar respuesta a las demandas actuales? Los recientes avances de ISCAR proporcionan una mejor perspectiva de estos temas. En el fresado trocoidal a alta velocidad, la herramienta sigue una trayectoria curvilínea para mantener constante la carga sobre el filo de corte, eliminando así los picos de carga durante la entrada de material. Esta estrategia es muy eficaz para el fresado de ranuras profundas, cajeras y cavidades, especialmente en casos de baja estabilidad de mecanizado. Además, el fresado trocoidal ha demostrado excelentes resultados con materiales de baja maquinabilidad, como aceros duros o superaleaciones a altas temperaturas. CHATTERFREE EC-E7/H7-CF es una nueva familia de fresas de metal duro integral específicas para el fresado trocoidal. El diseño geométrico de esta familia incluye hélices de ángulo diferencial y paso angular variable para mejorar su comportamiento dinámico. Estas fresas están disponibles con diferentes relaciones entre longitud de corte y diámetro (Fig. 1).

Fig. 1. El diseño de las fresas de metal duro integral de 7 labios para el fresado trocoidal aplica el concepto CHATTERFREE para eliminar vibraciones.

Con la ayuda de las modernas máquinas herramienta, es posible lograr un fresado de alta productividad de aleaciones de aluminio a velocidades de husillo extremadamente altas, alcanzando hasta 33000 rpm. Para responder a este reto de mecanizado, ISCAR ha desarrollado fresas intercambiables a 90° que montan plaquitas de gran tamaño para una profundidad de corte de hasta 22 mm (Fig. 2). Estas fresas se han diseñado específicamente para eliminar el desplazamiento radial de las plaquitas, que puede producirse debido a las elevadas fuerzas centrífugas generadas a velocidades de rotación muy altas.

Fig. 2. Las fresas con plaquitas intercambiables para el fresado de aluminio con velocidades de corte extremadamente altas están específicamente diseñadas para evitar el desplazamiento radial de la plaquita, que puede ocurrir debido a las elevadas fuerzas centrífugas.

El fresado con alto avance (HFM) se ha convertido en un método ampliamente utilizado para el mecanizado eficiente de superficies complejas y planas. ISCAR ofrece una amplia gama de productos HFM para satisfacer las demandas de diferentes aplicaciones industriales. Recientemente, la gama se ha ampliado con nuevas incorporaciones, como la familia LOGIQ-4-FEED, con plaquitas en forma de hueso (Fig. 3), que ahora dispone de herramientas con plaquitas de mayor tamaño. Estos nuevos productos amplían significativamente la gama de aplicaciones, especialmente en el fresado con alto avance de cavidades de gran tamaño para la industria de moldes y matrices. Otra incorporación es NEOFEED, una familia de herramientas HFM con plaquitas cuadradas de doble cara, que proporcionan 8 filos de corte para una mayor rentabilidad.

Fig. 3. Las fresas LOGIQ-4-FEED con plaquitas en forma de hueso permiten un fresado con alto avance de cavidades de moldes y matrices.

Los avances de las máquinas herramienta multiejes y de los sistemas CAD/CAM han dado lugar al fresado de precisión de formas complejas con el mínimo material de margen de mecanizado, utilizando fresas en forma de barril. El diseño de ISCAR para estas fresas incluye tres configuraciones: fresa de metal duro integral, cabeza intercambiable MULTI-MASTER y fresa con una sola plaquita. En el fresado de superaleaciones a altas temperaturas (HTSA), la cerámica como material de corte permite incrementar sustancialmente la velocidad de corte. De hecho, esta velocidad puede alcanzar hasta 1000 m/min. Recientemente, ISCAR ha lanzado nuevas fresas de cerámica integrales y con plaquitas cerámicas redondas de doble cara. El diseño de plaquitas de doble cara está pensado para aprovechar al máximo las calidades de material cerámico, como la cerámica "negra", la cerámica whiskers reforzada y el SiAlON (cerámica con base de nitruro de silicio). Estos ejemplos dados son una buena referencia de las principales direcciones en las que avanzan las herramientas de fresado. A medida que surgen nuevas demandas, se requieren nuevas soluciones, y estos nuevos retos impulsarán la búsqueda de diseños innovadores de herramientas.