La anatomía de una fresa escariadora para titanio

Con frecuencia, el titanio es caracterizado como un “material de piezas de trabajo exigente”. Ciertamente, el mecanizado de este material es exigente para las máquinas fresadoras, herramientas de corte y accesorios de sujeción de piezas de trabajo, apropiados para el mecanizado de materiales más comunes, como el acero blando, fundición de hierro o aluminio. Sin embargo, el mecanizado de titanio con las máquinas, herramientas y equipo apropiado puede ser una operación exitosa y rentable para los talleres conocedores y comprometidos.

La clave está en entender la naturaleza del titanio y las complejas interacciones entre los componentes del sistema de mecanizado que el titanio requiere. Examinar una familia de fresas escariadoras especialmente diseñadas para fresado de titanio revela muchas de estas interacciones. En otras palabras, las propiedades y características de estas fresas escariadoras reflejan las implicaciones de un sistema completo optimizado para mecanizado de titanio.

Esta familia representativa de fresas escariadoras es la VariMill II ER de Widia (Latrobe, Pennsylvania). Esta es la expansión de la versión original VariMill de cuatro acanaladuras. Las cinco acanaladuras del VariMill II ER están desigualmente espaciadas y la configuración ER mantiene el alivio excéntrico.

La versión de esta fresa escariadora, más apropiada para titanio debido a su alivio excéntrico, brinda a los filos de corte una resistencia adicional para altas tasas de alimentación a las velocidades de giro relativamente bajas que este material requiere. Diseñada inicialmente para aplicaciones de desbaste y acabado en piezas aeroespaciales de titanio, puede ser usada para ranurado, rampeado y creación de cavidades en titanio y acero inoxidable en casi cualquier industria.

David Buchberger, quien representa a Widia a través de Hi-Speed Corp. (Thousand Oaks, California), se especializa en asesoría para talleres aeroespaciales que realizan corte de titanio. Él explica, porqué esta herramienta trabaja así de bien en titanio. Por ejemplo, el filo de corte correcto para titanio es importante debido a que este material tiende a endurecerse por trabajo, indica. El titanio pierde rápidamente la baja maleabilidad que tiene cuando es atacado por velocidades de corte que son muy altas.

“El titanio genera una gran viruta antes de endurecerse. Un filo fuerte, con el empuje de una estructura de máquina rígida de alto torque para moverlo, puede cortar el titanio de forma efectiva”, agrega. El alivio excéntrico de los filos del VariMill II ER crea una orientación positiva sobre los ángulos radial y axial, lo cual promueve su acción de corte.

Sin embargo, la base subyacente para filos de corte fuertes debe ser una herramienta con un núcleo fuerte y grueso que haga rígida a la herramienta completa. Por tal razón, las acanaladuras son más abiertas en la punta, donde se requiere más espacio para la evacuación de la viruta, pero a medida que el núcleo llega al vástago, éste se hace más pesado para proporcionar integridad a la herramienta y resistencia a la deflexión, explica Buchberger.

Las acanaladuras están desigualmente espaciadas para crear un impacto consistentemente variable sobre la pieza de trabajo que rompa la frecuencia regular que pueda coincidir con un armónico en la estructura de la máquina creando vibración, detectable en forma de chasquido. Por supuesto, otras fuentes de vibración, como las debilidades en la estructura de la máquina o en los métodos de apriete deben ser corregidas en el sistema.

El recubrimiento de la fresa escariadora también juega un papel. Las fresas escariadoras VariMill II ER están recubiertas con AlTiN (nitruro de titanio al aluminio), lo cual ayuda a mantener los bordes afilados resistiendo a la ruptura y, más importante aún, haciendo el contacto de las superficies con la pieza de trabajo de una manera suave y deslizante, generando menos calor por fricción.

“La acumulación del calor acelera el deterioro de los filos de corte, y controlar la fricción reduce uno de los factores negativos que recorta la vida útil de la herramienta”, indica Buchberger.

Debido a que estas fresas escariadoras están diseñadas para ser de corte central, una inspección en el extremo plano de la herramienta muestra una fuerte red a través de la raíz. Este diseño elimina los puntos muertos en el centro que pueden generar arrastre a lo largo de la base de cavidades o en el fondo de ranuras. Los filos a lo largo de la punta también deben contar con un apropiado afilado y resistencia.

Cómo un aspecto estándar, la familia VariMill II ER ofrece la función de apriete antisalida por jalado Haimer SafeLock para herramientas de 0.5 pulgadas (12 mm) de diámetro y superiores. “Este sistema brinda mayor estabilidad y mayor concentricidad a la herramienta en el portaherramientas, además de contrarrestar las fuerzas de jalado, así que sus beneficios son multidimensionales,” indica Buchberger.

Él agrega que la principal preocupación para el programador es tener las velocidades y tasas de alimentación correctas. “El concepto es girar la herramienta lentamente tomando grandes mordiscos. Una velocidad superficial de 160 a 200 pies/min es el mejor rango.” Él afirma que esto es aún más importante que elaborar estrategias de trayectoria de herramienta.

Finalmente, enfatiza que cualquier aproximación al mecanizado de titanio debe ser un sistema completo: la herramienta adecuada, la máquina adecuada, el apriete adecuado y demás.

“Cuando los talleres se preocupan por realizar el fresado de titanio de forma adecuada y por invertir en la tecnología adecuada, lo cual incluye escoger cuidadosamente las herramientas, tendrá un sistema que hará el mecanizado de titanio una actividad no más desafiante que otras operaciones”, indica. También sugiere trabajar con un proveedor de máquinas-herramienta que fundamente las recomendaciones sobre herramental en una revisión de toda la operación del mecanizado de titanio. “Cualquier punto de unión débil en el proceso puede ser desastroso. Ninguna herramienta de corte es la mejor o la opción correcta si otros elementos del sistema no son los óptimos,” concluye.

El sistema VariMill II ER cubre más de 100 elementos de línea estándar, que van desde 3/8 hasta 1.0 pulgadas (10 mm a 25 mm) de diámetro y se ofrece globalmente.