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Nikki Stokes
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El titanio es un material cada vez más utilizado en los talleres de mecanizado y, por ello, es de vital importancia que el mecanizado evolucione al mismo ritmo para poder llevar el rendimiento y los resultados de este material a nuevos niveles.
El fresado es la operación dominante, especialmente para componentes de estructuras aeroespaciales, debido en gran medida a la necesidad de realizar un gran número de cavidades, perfiles, ranuras y filos. Sin embargo, aunque una alta velocidad de arranque de viruta es un factor competitivo cada vez más importante, esto no es fácil de conseguir en el titanio, material que exhibe una maquinabilidad difícil.
En lo que a máquinas-herramienta se refiere, se han producido grandes avances para satisfacer las exigencias del titanio, lo que hace aún más importante si cabe buscar las mejores herramientas y métodos para una buena utilización de las máquinas y del tiempo. Con esto en mente, los nuevos avances en procesos y herramientas están proporcionando nuevas posibilidades de mejorar la economía de mecanizado de este material de creciente utilidad.
Las propiedades físicas, quimicas y termicas del titanio hacen de un material especialmente dificil de mecanizar. Existen distintas aleaciones de titanio con diferentes propiedades, y la maquinabilidad varia de forma considerable: desde la tradicional aleacion de Titanio Ti6Al4V a las aleaciones mas resistentes de Titanio como Ti10-2-3 y en la actualidad, la aleación Ti5553. Entre los muchos posibles problemas que se pueden presentar esta el riesgo de desgaste de la herramienta debido a las altas temperaturas a las que esta expuesto el filo de corte (se absorbe mas calor porque el titanio es un mal conductor térmico.
Existen unas pocas reglas generales para el mecanizado del titanio que ayudan a superar dichas dificultades:
La ventana de oportunidad de mecanizar con éxito el titanio es más pequeña y diferente a la de otros muchos materiales. La gran variación de las aleaciones de titanio en cuanto a maquinabilidad afecta a las opciones y procedimientos elegidos, pero algo común en el mecanizado de cualquiera de las aleaciones es la necesidad de una planificación más detallada: desde la selección de la máquina-herramienta idónea para el trabajo hasta los detalles de programación.
El primer factor - determinante - es el tamaño , forma de las configuraciones y tamaño de herramienta adecuado .
Las fresas de plaquitas intercambiables eliminan metal de forma más eficiente y en la actualidad se ven como la primera elección para el desbaste, y son también imbatibles cuando se trata de acabados frontales de grandes superficies planas.
Las fresas de metal duro son la solución para operaciones de semiacabado y de acabado y también para operaciones donde el radio, las cavidades y las ranuras son demasiado pequeñas para herramientas de plaquitas intercambiables. Tienen la ventaja de disponer de un gran número de canales de salida de viruta y de una gran capacidad de corte axial .
En el titanio, la clave para la selección de herramientas es siempre incluir un ángulo de inclinación positivo con un filo de corte agudo pero resistente en una calidad de metal duro. Con estas características es posible soportar las especiales exigencias térmicas y químicas del titanio. La tecnología de plaquitas intercambiables ha avanzado mucho en lo referente a geometría y material de la herramienta, y está ganando terreno como una solución más eficiente y económica con respecto a la gran variedad de opciones disponibles de metal duro, incluso para herramientas de tamaño mediano y grande.
El fresado radial es un método de mecanizado muy adecuado para el titanio. Sin embargo, una gran profundidad radial de corte puede reducir de forma considerable la vida de la herramienta, mientras que una gran profundidad axial de corte tiene relativamente poca influencia en la temperatura de corte y, por tanto, no afecta a la vida de la herramienta del mismo modo. En consecuencia, una fresa de paso estrecho y filo largo con un empañe radial de aproximadamente un 30 % y tanto empañe axial como permita la aplicación, es la forma más efectiva de mecanizar el titanio.
Una fresa de filo largo y de plaquitas intercambiables está hecha de múltiples filas de plaquitas que imitan el filo rectificado continuo de las fresas integrales de metal duro. El acomodar las plaquitas intercambiables para conseguir una fila desde la parte inferior de la fresa que suba a lo largo de la periferia había presentado hasta la fecha una limitación para conseguir capacidad y seguridad aceptables en el mecanizado del titanio. Son necesarios unos amplios canales de salida de viruta para conseguir una evacuación efectiva y, junto con filas efectivas de plaquitas agudas positivas en la fresa, han creado problemas para este tipo de fresa.
Filos de corte que estén fijados de forma firme y precisa en la posición para resistir las fuerzas axiales creadas por la espiral son clave para el mecanizado del titanio. Cualquier movimiento, incluso en operaciones de desbaste, puede llevar a un desgaste no deseado y poner en peligro el filo de corte, o incluso causar la rotura del tornillo, lo que llevaría a un fallo catastrófico. El soporte axial para las plaquitas es especialmente difícil de conseguir a lo largo de una fila de plaquitas sucesivas posicionadas muy juntas, y esto puede llevar a una dependencia excesiva en el tornillo de la plaquita.
El mejor modo de conseguir excelentes niveles de rendimiento en el fresado con filos largos es tener un acoplamiento totalmente fiable entre la plaquita y el cuerpo de la herramienta, como el que ofrece la fresa CoroMill® 690 de filo largo. En este caso, el asiento de la plaquita tiene un soporte y una sujeción firmes en cuanto a fuerzas axiales y de rotación. La posición de la plaquita proporciona la capacidad de trabajar a una alta velocidad de arranque de viruta y permite disponer de unos amplios canales de evacuación de viruta. Además, se puede proporcionar una amplia gama de dientes para el mismo diámetro de herramienta al disponer de una selección de tamaños de plaquitas para acometer las diferentes operaciones. Un paso más estrecho de plaquita proporciona variables para mejorar la productividad en función de la velocidad de avance.
La máquina-herramienta necesita tener suficiente potencia y par ya que el fresado radial con velocidades de corte relativamente bajas requiere un husillo adecuado para conseguir la velocidad de arranque de viruta deseada. Si también se incluyen herramientas de pequeño diámetro en la configuración, la gama de velocidad del husillo necesita ser lo suficientemente alta para que el mecanizado sea satisfactorio. En general, es necesario evaluar el acoplamiento del husillo para que no sea el eslabón débil en términos de estabilidad. Un buen contacto frontal y cónico es esencial para que la herramienta tenga suficiente estabilidad, mientras que es crucial que disponga de la suficiente presión de sujeción para eliminar la tracción axial en las herramientas creada por la espiral de las herramientas de fresado radial.
El fresado de titanio depende del refrigerante: cuanto más eficiente sea la aplicación de refrigerante, mejor será el resultado del mecanizado. La aplicación de refrigerante a alta presión, desde el estándar de 70 bar hasta los 100 bar, en función del sistema utilizado, ha demostrado tener claras ventajas. Y como poder aplicar refrigerante a alta presión es algo estándar en muchas de las máquinas en la actualidad, este es un posible recurso para optimizar el fresado de titanio.
Al ser el titanio un material químicamente reactivo y, por tanto, con riesgo de que el material de la pieza de trabajo se suelde al filo de corte durante el mecanizado, la vida de la herramienta sufre si tiene que volver a mecanizar virutas y atascos de virutas endurecidas. Utilizar un chorro de refrigerante a presión a través de boquillas desempeña un papel crucial en el control de la temperatura y, como consecuencia, en los resultados y en la fiabilidad del proceso. Las boquillas de la herramienta están dirigidas directamente a la parte de la plaquita que está en contacto con la superficie acabada, creando una cuña hidráulica con el refrigerante. Dado que los agujeros de las boquillas son una parte de la herramienta que no se puede ajustar, se optimiza una variable y se elimina de la configuración, lo que tiene como resultado un proceso más seguro y coherente.
Al estar dedicada al fresado de titanio , la fresa CoroMill 690 dispone de canales de refrigerante y de agujeros para conseguir mecanizado con refrigerante a presión en cada plaquita. Con múltiples plaquitas formando cada uno de los largos filos radiales, las boquillas de refrigerante se pueden posicionar para proporcionar las ventajas de los chorros a alta presión adaptados para cada operación. En los casos en los que no se utilice toda la capacidad de profundidad axial de la fresa, se pueden instalar tapones en lugar de boquillas, con lo que se consigue evitar que se desperdicie refrigerante a presión a través de chorros innecesarios.
Cuando la aplicación exige realizar cavidades estrechas y profundas para las que se necesita una herramienta de largo alcance , se requiere una solución para pequeñas herramientas y flexibilidad operacional. El sujetar una fresa de espiga de metal duro a un mandrino extendido para realizar el mecanizado profundo en la cavidad no proporciona una estabilidad óptima. Esta situación limitará los datos de corte y puede poner en peligro la calidad final del componente. Sin embargo, el concepto de fresas de cabeza intercambiable proporciona las ventajas de la capacidad de poder intercambiar las cabezas y del acabado de las fresas de metal duro. El acoplamiento entre la cabeza y el mango es un factor clave para este tipo de concepto de herramienta.
Desde el punto de vista de capacidad de rendimiento y de resultados, y de coste de la herramienta y requisitos de flexibilidad, un sistema de cabezas intercambiables proporciona una ventaja en el área de las herramientas de diámetros entre 10 y 25 mm. Con este concepto y el reducido inventario de herramientas que ofrece, se consigue una alta flexibilidad. La capacidad para el acabado es mayor que con fresas de plaquitas intercambiables, y representa un coste de herramienta considerablemente menor que una fresa de metal duro, con la ventaja añadida de que no necesita reafilado con la pérdida de tamaño.
Un soporte frontal axial generoso, un soporte frontal radial cónico y un soporte de rosca y tornillo especialmente desarrollado, como el de la fresa de cabeza intercambiable CoroMill 316, proporciona el acoplamiento que se necesita entre la cabeza y el mango, y sirve como base de un buen rendimiento en herramientas con gran voladizo.
Algunas de las reglas generales de fresado frontal son muy recomendables, especialmente en lo que se refiere al posicionamiento de la fresa en relación con la pieza de trabajo, el diámetro de la fresa en relación con el ancho de la pieza de trabajo y la preferencia de fresado axial (hacia abajo) con virutas que van de gruesa a fina. También es necesario tener más cuidado en la entrada y salida de la fresa en la pieza de trabajo. La fresa debe mantenerse en una trayectoria que proporcione un contacto total en lugar de hacerlo en múltiples pasadas en el fresado de grandes superficies y, si es posible, deben evitarse cortes discontinuos realizando los agujeros y cavidades después del fresado frontal.
En lo referente al fresado frontal , generalmente la primera opción es una fresa de plaquitas redondas, como la fresa CoroMill 300 , debido a la resistencia y la geometría de su filo de corte. Hay disponibles fresas con tamaños de plaquitas de hasta 25,4 mm, lo que proporciona una velocidad de arranque de viruta muy alta. Esta es una fresa de desbaste y semiacabado muy efectiva y fiable, capaz también de mecanizar cavidades a través de interpolación helicoidal.
Una fresa con un ángulo de entrada muy pequeño (10º) puede proporcionar un efecto incluso mayor de adelgazamiento de virutas, y con ello facilita la posibilidad de una velocidad de avance aún mayor. El fresado a alta velocidad de avance, junto con pequeña profundidad de corte, puede resultar un método de mecanizado muy efectivo y no supone una gran potencia y par. Se puede conseguir una alta velocidad de arranque de viruta en máquinas más pequeñas y menos potentes.
Una fresa de alta velocidad de avance a 10º, como la fresa CoroMill 210 , con una plaquita cuadrada tiene también otro uso que resulta apropiado para el mecanizado del titanio: fresado axial o en "plunge ". En este caso, la fresa se alimenta de forma axial, realizando caídas ("plunges") repetidas en el material. La fuerza de corte dominante se dirige hacia arriba, hacia el husillo de la máquina y, por ello, es fácil de contrarrestar. Con este grado de estabilidad, la fresa es también adecuada para herramientas con gran voladizo. Esto hace de la fresa CoroMill 210 una herramienta de desbaste muy versátil, capaz de conseguir una alta velocidad de arranque de viruta para el mecanizado frontal, para escuadrar y para cavidades, especialmente en situaciones inestables.
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Sandvik Coromant, un área de producción dentro de Sandvik Tooling, es una marca líder en el mundo de las herramientas de corte para torneado, fresado y taladrado, así como de sistemas de herramientas modulares para tornos y centros de mecanizado. Con unos 8.000 empleados, Sandvik Coromant está representada por su propio personal de ventas y especialistas en más de 60 países.
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