SANDVIK COROMANT
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Nikki Stokes
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Para mecanizar titanio se han desarrollado una serie de técnicas en las se conjugan refrigeración, uso correcto de parámetros de corte y herramienta acorde al proceso a realizar Dado que cada vez son más los talleres que emplean titanio, es de vital importancia que el mecanizado de este material evolucione, incluso más, y alcance nuevos niveles de rendimiento y resultados. Debido, en parte, a los múltiples retos derivados del mecanizado de cavidades, perfiles, ranuras y bordes en componentes de estructuras aeroespaciales , nos encontramos ante un área de mecanizado dominada por el fresado.
A pesar de que gran parte del mecanizado es de dos dimensiones, se trata de un área cada vez más exigente como resultado de los requisitos de radio, la profundidad de las cavidades y los crecientes factores competitivos. En lo referente a máquinas-herramientas, éstas se han desarrollado al máximo para ajustarse a las exigencias del titanio, por lo que es aun más importante encontrar las mejores herramientas y métodos para un buen mecanizado y una buena utilización de la máquina.
Características del titanio
En el mecanizado del titanio, son varios los factores básicos que se deben tener en cuenta y, en base a estos, ahora, el proceso de fresado puede evolucionar y dejar atrás medios y prácticas que han dominado durante largo tiempo.
Dos nuevas soluciones de herramientas para el fresado, junto con recientes desarrollos de aplicación, ofrecen ahora nuevas oportunidades para las operaciones de fresado de titanio.
El potencial de éxito del mecanizado de titanio es menor y diferente al de otros materiales. Dado que la maquinabilidad de las aleaciones de titanio varía considerablemente , esto afecta a la elección de los elementos de corte y a los procedimientos (estrategias) de mecanizado.
No obstante, lo que sí comparten todas las aplicaciones de mecanizado de aleaciones es la necesidad de una mayor y más exhaustiva planificación : desde la selección de la máquina-herramienta hasta la programación de los datos de corte.
A pesar de que las características de los componentes son muy similares a lo largo de una gama de piezas dentro de la industria aeroespacial, los tamaños y las formas varían y, por tanto, también lo hacen los requisitos:
- para la selección de la máquina-herramienta
- el utillaje
- el suministro de refrigerante
- las herramientas
- los métodos y los datos de corte.
Asimismo, la flexibilidad operativa en el mecanizado es un pre-requisito indispensable dado que:
- el espacio en el almacén de herramientas
- el tipo de portaherramientas y
- el reglaje
son factores fundamentales para la productividad y la capacidad.
Así como las operaciones de desbaste y acabado deben planificarse en función de los diferentes parámetros, en el fresado moderno están emergiendo diferentes áreas de aplicación con fresas de plaquita intercambiable y fresas enterizas de metal duro . El tamaño y la forma de las configuraciones, así como la dimensión apropiada de la herramienta son los principales factores determinantes.
- Las fresas de plaquita intercambiable son la herramienta más eficiente para el arranque de viruta y, hoy en día, la primera elección para el desbaste y el acabado exitoso de grandes superficies planas .
- Por otro lado, las fresas enterizas de metal duro son la solución indicada para las operaciones de semiacabado y acabado en las que las ranuras , cavidades y radios son demasiado reducidos para las herramientas de plaquita intercambiable.
opciones de programación
Las opciones de programación necesarias para la configuración de la pieza que se debe mecanizar son la base para la selección de una fresa específica para el fresado de titanio. Dado que la velocidad de arranque de viruta debe maximizarse , en línea con una rentable vida útil de la herramienta, se pueden establecer diversas variables adicionales para la fresa.
En lo referente al titanio , las características básicas de la herramienta también deben incluir un ángulo de desprendimiento comparativamente positivo con un agudo pero robusto filo de corte en una calidad enteriza de metal duro que resista las particularidades térmicas y químicas del titanio.
La tecnología de plaquita intercambiable ha experimentado grandes avances en lo referente a geometría y material de la herramienta, y, gracias a que se trata de una solución altamente rentable, está sustituyendo a las opciones enterizas de metal duro disponibles, incluso en las herramientas de tamaño medio a grande.
El fresado radial es un método muy indicado para el mecanizado de titanio .
No obstante, las grandes profundidades de corte radial pueden resultar en una reducción considerable de la vida útil de la herramienta, mientras que las grandes profundidades de corte axial tienen una relativamente baja influencia en la temperatura de corte y no afectan, por tanto, a la vida útil de la herramienta de la misma manera.
fresado con filo largo
Por ello, una fresa de paso reducido y filo largo , con un empañe radial de un 30 por ciento y el máximo empañe axial permitido por la aplicación, es el método más efectivo para el arranque de viruta en materiales de titanio.
Como consecuencia, el fresado con filo largo es uno de los procesos indicados tanto para el fresado de desbaste como de acabado de las paredes de muchos componentes de titanio.
Los largos filos helicoidales de este tipo de fresa son los apropiados para el gran volumen de fresado radial requerido.
Las fresas de plaquita intercambiable de filo largo se componen de varias hileras de plaquitas que reproducen el filo continuo rectificado de las fresas enterizas de metal duro.
Acomodar las plaquitas intercambiables para crear una fila desde la parte inferior de la fresa ascendiendo por la periferia, hasta la fecha, ha supuesto una limitación para alcanzar una capacidad y una seguridad de mecanizado aceptables en materiales de titanio.
Los generosos desahogos requeridos para una efectiva evacuación de viruta, en combinación con la construcción de las efectivas filas de agudas plaquitas positivas en la fresa, han supuesto una serie de complicaciones para la fresa de plaquita intercambiable de filo largo.
Los filos de corte completamente fijos son imprescindibles para el fresado de titanio; cualquier movimiento, incluso en las operaciones de desbaste, puede producir un desgaste no uniforme y poner en peligro el filo de corte. Una leve indicación de desgaste o embotamiento del filo en las operaciones de mecanizado de titanio comporta, rápidamente, una ruptura.
El soporte axial de las plaquitas es especialmente complicado de conseguir a lo largo de una serie de plaquitas posicionadas muy juntas, y esto puede conllevar una dependencia excesiva del tornillo de la plaquita.
La mejor manera de conseguir excelentes niveles de rendimiento en el fresado de filo largo es disponer de un robusto adaptador entre la plaquita y el cuerpo de la herramienta. El alojamiento de la plaquita debe presentar un dispositivo de bloqueo y soporte definitivo, en especial en lo referente a las fuerzas axiales y rotacionales.
Con estos antecedentes, era una prioridad que la fresa de filo largo CoroMill ® 690 (pensada para el titanio) dispusiera de un innovador diseño de plaquita. La ubicación precisa y el bloqueo de la plaquita proporcionan una combinación de altas capacidades de velocidad de arranque de viruta con amplios canales de desahogo.
Las plaquitas para CoroMill 690 han sido optimizadas para garantizar la acción de corte requerida para el mecanizado de titanio y son el resultado de los nuevos desarrollos de fabricación de plaquitas.
Estos proporcionan plaquitas de presión directa más afiladas que conllevan un corte más ligero, un mayor empañe, menores presiones, menores requisitos de potencia y una mayor capacidad de velocidad de avance. Asimismo, la geometría ha sido optimizada para el fresado radial de titanio con una acción de corte que promueve una larga vida útil de la herramienta. Esto ha proporcionado una base más robusta y fiable para el desbaste más eficiente de cavidades y bordes de grandes cantidades de material: requisito indispensable para componentes estructurales de la industria aeroespacial.
Los dos tamaños de plaquita proporcionan una elección de capacidad de diente , para el mismo diámetro, que permite hacer frente a varias operaciones; mientras el paso de plaquita más reducido ofrece variables que mejoran la productividad , en especial, a través de la velocidad de avance. Unidas, las opciones de plaquita proporcionan una capacidad de fresado radial general con amplias posibilidades de optimización. El desarrollo de la fresa de filo largo CoroMill 690 se basa, parcialmente, en la experiencia adquirida de la aplicación de CoroMill 390, un hito para las operaciones de planeado con una amplia área de aplicación, entre ellas, la capacidad de fresado axial para el desbaste de cavidades. En conjunto, esta oferta proporciona una completa gama de capacidades de fresa de plaquita intercambiable para aplicaciones de fresado de titanio, en las que la velocidad de arranque de viruta con una alta seguridad es primordial.
El fresado de titanio depende de la aplicación de refrigerante: cuanto más cualificado, mejor será el resultado del mecanizado. La aplicación de refrigerante de alta presión, desde el estándar de 70 hasta los 100 bares, dependiendo del sistema utilizado, ha demostrado proporcionar grandes beneficios. Y, dado que el refrigerante de alta presión es una característica estándar para muchas de las máquinas actuales, nos encontramos ante un recurso potencial para la optimización del fresado de titanio.
El refrigerante de alta presión afecta a:
- distribución del calor
- formación de viruta
- tendencia al embozado del filo
- desgaste de la herramienta
- y a la integridad superficial
por lo que marca la diferencia en el mecanizado de titanio.
Al ser el titanio químicamente reactivo y, por tanto, tender a la soldadura del material de la pieza de trabajo en el filo de corte durante el mecanizado; la vida útil de la herramienta se ve afectada y puede conllevar un re-mecanizado de las virutas y un atasco de las virutas endurecidas. Los chorros de refrigerante suministrados a través de las boquillas suponen un elemento fundamental para el control de la temperatura y, por consiguiente, tienen un gran impacto en los resultados y la fiabilidad del proceso.
Las boquillas de la herramienta, dirigidas exactamente a la parte de la plaquita que está en contacto con la superficie acabada, crean una cuña hidráulica con el refrigerante. Y, dado que los agujeros de estas boquillas son un elemento no regulable de la herramienta, se ha optimizado y eliminado una variable del reglaje, resultando así en un proceso más seguro y consistente.
Al ser una herramienta específica para el fresado de titanio, CoroMill 690 dispone de canales y agujeros de refrigerante para proporcionar un mecanizado de refrigerante de alta presión en cada una de las plaquitas. Gracias a las numerosas plaquitas que componen cada uno de los largos filos radiales, las boquillas de refrigerante de alta presión pueden posicionarse de tal manera que proporcionen todos los beneficios de la tecnología del chorro de refrigerante de alta presión a la medida de la operación correspondiente.
Además, en aquellos casos en los que no se haga uso de toda la capacidad de profundidad de corte axial de la fresa, se pueden utilizar tapones, en lugar de boquillas, que evitan el desperdicio de presión de refrigerante a través de chorros innecesarios. Las boquillas de las plaquitas que mecanizan en la zona final de la pieza, están posicionadas de tal manera que contribuyen a la evacuación de viruta y evitan así el re-mecanizado de las virutas, especialmente, en cavidades. El tamaño de las boquillas puede ser seleccionado para garantizar que la bomba suministra el volumen de refrigerante necesario.
Las fresas de plaquita intercambiable disponen de un menor límite de tamaño práctico de 12 mm para el diámetro de la herramienta, mientras que las fresas enterizas de metal duro tienen un mayor límite rentable de 25 mm. La selección en las áreas intermedias y solapadas depende de la aplicación.
Para el acabado , una fresa de planear enteriza de metal duro con filo rectificado es, por lo general, la mejor solución; mientras que las fresas de plaquita intercambiable son la mejor solución para las operaciones de desbaste. No obstante, las herramientas, para esta área intermedia, también han avanzado gracias a que la modularidad de la herramienta proporciona ahora una perspectiva muy diferente a través del concepto de las fresas de cabeza intercambiable.
Las cavidades más profundas y reducidas requieren un mayor alcance de herramienta, así como una solución que proporcione los medios necesarios para un buen rendimiento, en combinación con una capacidad de herramienta reducida y una gran flexibilidad operacional, para que estas cavidades no se conviertan en cuellos de botella en el proceso de mecanizado.
La sujeción de una fresa enteriza de metal duro en un adaptador portapinzas para mecanizar el fondo de una cavidad no proporciona toda la estabilidad necesaria. En estas situaciones, los datos de corte se ven limitados y se puede llegar poner en riesgo la calidad del componente. No obstante, el concepto de la fresa de cabeza intercambiable proporciona las ventajas tanto de la ajustabilidad como de la capacidad de acabado de las fresas enterizas de metal duro.
Desde la capacidad de rendimiento y los resultados, la perspectiva de los costes y los requisitos de flexibilidad; un sistema de cabeza intercambiable supone una gran ventaja en el área de diámetro de herramienta de 10 a 25 mm.
Este concepto y el inventario reducido de herramientas ofrecen una gran flexibilidad. La capacidad de acabado es superior a la de las fresas de plaquita intercambiable y representa un coste sustancialmente inferior al de una fresa enteriza de metal duro, además de no necesitar ser reacondicionada por su reducción de tamaño.
Asimismo, la capacidad de seleccionar diferentes combinaciones de cabeza y mango proporciona un alto grado de flexibilidad y amplias posibilidades de optimización.
El acoplamiento entre la cabeza y el mango es un factor clave para este tipo de concepto de herramienta.
El rendimiento de la herramienta se basa en:
- Robustez
- Estabilidad
- Precisión
- Repetibilidad
- y fácil manejo de la misma
Al igual que con la fresa de filo largo CoroMill 690 , ha sido, en gran medida, el desarrollo del adaptador entre la unidad de corte y el cuerpo de la herramienta lo que ha hecho posible una nueva generación de fresas de cabeza intercambiable para el fresado.
Un generoso soporte axial, un soporte radial cónico y un soporte de desarrollo especial de rosca y tornillo han proporcionado el genuino acoplamiento necesario entre la cabeza y el mango. Ésta es la base para un buen rendimiento con largos voladizos.
La gama de fresas de cabeza intercambiable CoroMill 316 es el resultado de la fresa enteriza de metal duro de última generación, basada en la experiencia de CoroMill Plura, para proporcionar la capacidad buscada. Los mangos para herramientas enterizas de metal duro disponen de diferentes diámetros, longitudes y estilos que proporcionan la mayor rigidez posible para muchas de las aplicaciones de semiacabado y acabado de estructuras.
La profundidad de corte axial es la vía indicada para optimizar la velocidad de arranque de viruta para el fresado de desbaste , mientras que la velocidad de avance optimiza lo máximo posible el acabado .
La velocidad de corte siempre está limitada en el titanio, aunque a diferentes niveles, en ambos tipos de operación.
Conociendo estos detalles sobre el titanio, se puede hacer mucho en lo referente a su optimización y conversión en un proceso más competitivo y fiable.
Es decir, los factores principales que se deben tomar en consideración son:
- capacidad de la máquina
- suministro de refrigerante
- métodos de mecanizado.
La máquina-herramienta necesita una potencia y un par de apriete suficientes, ya que el fresado radial con relativamente bajas velocidades de corte requiere de un husillo adecuado para alcanzar las velocidades de arranque de viruta necesarias.
Si las herramientas de diámetro reducido también se incluyen en el reglaje, el rango de velocidad de husillo debe ser lo suficientemente alto como para mecanizar satisfactoriamente.
En general, debe analizarse el adaptador del husillo para garantizar que la estabilidad es la indicada. Un buen contacto frontal y del cono es esencial para disponer de la resistencia a la flexión de la herramienta necesaria, mientras que una buena presión de sujeción es fundamental para eliminar la fuerza axial en la herramienta creada por la hélice de las herramientas de fresado radial.
El incremento de rendimiento proporcionado por los nuevos desarrollos de herramientas de fresado suponen un impulso directo para el rendimiento en titanio. Las herramientas dedicadas juegan un papel importante a la hora de superar los retos planteados por este material, y una gran parte de la optimización resulta de la selección y la aplicación de la fresa correcta para la operación.
Los métodos y las técnicas de programación para el titanio son algo más absorbentes que en el mecanizado general. Hacer frente al mecanizado de bordes y perfiles siguiendo las recomendaciones marcará una gran diferencia en la duración de los ciclos y en la reducción del número de piezas desechadas. Habitualmente, tomarse el tiempo necesario para optimizar completamente los programas, en lugar de optar por los ciclos existentes, merece la pena y garantiza una buena práctica de recorrido de la herramienta directamente desde el principio.
Para obtener información adicional sobre la gama de herramientas SANDVIK para ciclos de mecanizado en diferentes materiales, técnicas y tecnologias, se sugiere visitrar su web: www.sandvik.coromant.com/es
Tambien puede ponerse en contacto con su oficina local de ventas.
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.
Además, existe una red de distribuidores establecida. 20 centros de productividad de tecnología avanzada, ubicados por todo el mundo para proporcionar a los clientes y al personal de Sandvik Coromant toda la formación en soluciones de mecanizado para una mayor productividad.