Geometrías en mecanizado: fresas escariadoras de segmento circular

Los escariadores de nariz esférica tienen una nueva competencia. El trabajo reciente entre un desarrollador de software CAM y un fabricante de herramientas de corte en Alemania ha estado enfocado en diferentes geometrías que, según indican, pueden ser más efectivas en operaciones de semiacabado y acabado en cinco ejes, particularmente sobre las superficies planas y reguladas comunes a las aplicaciones aeroespaciales y de fabricación de moldes.

Nombradas de acuerdo con su curvatura de filo de corte extrema, las fresas escariadoras de segmento circular están diseñadas para pasadas de alto sobrepaso y barrido, que remueven grandes franjas de material para maximizar la eficiencia y minimizar las irregularidades.

Algunos fabricantes ya podrían estar familiarizados con herramientas que operan de esta forma, que son normalmente llamadas herramientas tipo barril. Reconociendo el potencial de las geometrías tipo barril, el desarrollador de software CAM, Open Mind Technologies, los ha apoyado con su sistema  HyperMill desde 2002. Sin embargo, más recientemente la compañía empezó a experimentar con una variación de este diseño.

Características y beneficios de las fresas escariadoras de segmento circular

Una herramienta de barril cónico que se estrecha en la punta entre 20 y 40 grados para facilitar un vástago más corto, y rigidez superior en cinco ejes que de otra forma sería posible.

Gracias a la colaboración con el fabricante de herramientas de corte Emuge Franken, ese concepto es ahora una realidad. Ofrecido por Emuge, la fresa escariadora de forma cónica es una de las cuatro geometrías de segmento circular, producida no como fabricación especial sino como un elemento de catálogo estándar de la línea de fresas escariadoras Top-Cut.

De acuerdo con Open Mind, hasta ahora el HyperMill es el único sistema CAM que ofrece soporte total para la fresa escariadora en forma cónica (barril cónico), la cual, según se indica, permite tener distancias de reducción hasta 20 veces mayores que las de una fresa esférica comparable.

El software cuenta con una estrategia de acabado dedicada para uso sobre superficies planas. Lanzada con la más reciente versión del software el verano pasado, la rutina Tangent Plane Machining (TPM), es una rutina de acabado de nivel Z, diseñada para garantizar que los programadores no gasten tiempo en definir la estrategia para trayectorias de herramienta o en imprimir curvas manualmente.

En lugar de eso, pueden escoger superficies y fronteras, dejando al sistema CAM calcular automáticamente la aproximación, la retracción y los ángulos de mecanizado, mientras se identifican las colisiones potenciales, justo como se haría para una herramienta esférica. La rutina TPM también ayuda a garantizar una óptima estrategia de mecanizado, que puede ser particularmente ventajosa para repetir trabajos.

En la fabricación de una cavidad, por ejemplo, el software puede entregar 3+2 trayectorias de herramienta que limitan el desperdicio de movimientos al mecanizar sección por sección, con el husillo bloqueado en un ángulo definido para cada porción de la cavidad, y girando solo lo necesario para evitar interferencias. El desarrollador dice que la próxima versión del HyperMill ampliará el soporte para superficies planas o suavemente arqueadas.  

Open Mind y Emuge no se detuvieron con la forma cónica. Otras geometrías de segmento circular en la línea Top-Cut incluyen una forma tipo lente, así como las formas ovaladas y de barril relativamente más tradicionales, las cuales se benefician del soporte más amplio del software CAM.

Las imágenes en este texto ilustran por qué ambas compañías confían en que la industria tiene mucho que ganar con la disponibilidad superior y el mayor soporte para múltiples tipos de fresas escariadoras con curvatura en el extremo.

Las cuatro geometrías de segmento circular operan de acuerdo con el mismo principio básico: el mayor contacto entre la herramienta y la pieza de contacto permiten la remoción de más material con menos pasadas. Esto se traduce en menos herramientas, ciclos de mecanizado más cortos y acabados superficiales más suaves, todo esto sin necesidad de esperar por herramientas especializadas que no pueden incorporarse fácilmente en los programas de fabricación de piezas.

Por supuesto, una herramienta diseñada para trabajar con profundidades axiales mayores que las fresas escariadoras esféricas más grandes también debe soportar fuerzas superiores, particularmente en materiales difíciles como el titanio y el Inconel. Esto requiere un centro de mecanizado de cinco ejes estable y altamente dinámico.

Las pruebas en Alemania se hicieron sobre un Hermle C32 U, que utilizó las cuatro geometrías de segmento circular Top-Cut en una serie de 14 operaciones para mecanizar un componente sinfín-corona a partir de acero 1.2312 (ver el video en nuestra página de Internet).

De acuerdo con Emuge, las geometrías de segmento circular obtuvieron acabado superficial con rugosidad Ra de 0.57 micras en estas piezas, mientras que las fresas escariadoras convencionales lograron solo 1.15 micras. En diferentes piezas de prueba las herramientas de segmento circular reportaron tiempos de ciclos reducidos para operaciones de acabado de cara plana, pasando cerca de 40 minutos a solo siete.

Determinar cuál de los cuatro tipos de herramienta de segmento circular Top-Cut se debe usar es una simple cuestión de comparar cómo coincide el filo con la geometría a mecanizar. La forma ovalada, por ejemplo,  puede ser ideal para mecanizado de las caras curvas de álabes de turbina; y el ángulo al cual el filo de corte se extiende desde el vástago permite involucrar una mayor parte del filo de corte sin interferencia.

El ángulo aún más pronunciado de la forma cónica también ayuda a asegurar la separación, particularmente en cavidades con paredes rectas. La acción de corte de flanco del diseño tipo barril se comporta particularmente bien para acabado de caras de ranuras profundas en espiral, entre otras aplicaciones. En contraste, la forma tipo lente es útil para mecanizado de detalles perpendiculares al husillo, como los canales estrechos de la superficie de un molde para llantas.