Nuevo diseño de end mill aeroespacial, de Kennametal

El fabricante de herramientas de corte Kennametal informó que fue el ganador de una reciente competencia de un “importante fabricante de aviones con sede en Estados Unidos” (la compañía no quiere ser nombrada públicamente) con el objetivo de estandarizar sus end mill de carburo sólido. Según el gerente de herramientas de fresado sólido, Thilo Mueller de Kennametal, el problema que aún enfrenta el fabricante de aviones es este: un número creciente de piezas mecanizadas activas ha llevado a un universo de herramientas de corte en constante expansión que el fabricante y sus proveedores están utilizando. Históricamente, el personal de ingeniería de manufactura ha tenido demasiada libertad, más de la necesaria, para especificar las herramientas para una pieza determinada. Limitar el rango de elección, tanto como sea posible, a un menú estándar de herramientas controlaría los costos para el fabricante de aeronaves al controlar el alcance de la gestión de herramientas. También ayudaría a evitar retrasos inesperados, porque esas opciones de herramientas estándar se convertirían en productos estándar que los proveedores de herramientas tendrían más probabilidades de tener en inventario.

Pero, ¿qué herramientas elegir? La respuesta a esa pregunta condujo a la competencia. Varios proveedores de herramientas de corte presentaron herramientas para pruebas de mecanizado que se llevaron a cabo en el Centro de Investigación de Manufactura Avanzada (AMRC) de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido. Para obtener mejores resultados dentro de los parámetros de prueba, Kennametal modificó un diseño de herramienta existente: su diseño de end mill “Harvi” con canales desigualmente espaciados para romper la vibración, alivio excéntrico para prolongar la vida de la herramienta y un núcleo cónico para estabilidad durante el corte pesado. Esa herramienta modificada ahora está disponible, tanto para el fabricante de aeronaves como para otros clientes, como la nueva línea “Harvi III Aerospace” del fabricante de herramientas.

La prueba de AMRC se centró en titanio forjado 6A4V. Tres conjuntos de parámetros de corte abordaron enfoques tanto de fresado tradicional como de alta velocidad para el fabricante de aviones. En cada caso, los tres conjuntos de parámetros se designaron como “actual”, ‘cumple” y “excede’ las expectativas. En las rondas tradicionales, se especificó una profundidad radial de corte de 0.1 pulgadas, con velocidades de corte que van desde 150, a 200 y a 250 sfm para las categorías actual, cumple y excede las categorías, respectivamente. En las pruebas de alta velocidad, la profundidad de corte cayó a 0.02 pulgadas mientras que las velocidades aumentaron a 400, 450 y 500 sfm, respectivamente.

Lineamientos estrictos gobernaban qué tipos de herramientas se podía usar. Inicialmente, los end mill de carburo sólido en todos estos casos tenían que tener 1.25 pulgadas de diámetro, con una longitud de acanaladura de 4 pulgadas, radios de esquina de 0.09 pulgadas y una opción de acanaladuras de cinco o seis. Las pruebas posteriores evaluaron diferentes combinaciones de diámetro de herramienta, longitud y radio de esquina (hasta el radio completo de una herramienta esférica), dice Mueller. Se necesitaron herramientas para lograr una profundidad de corte axial de 2 pulgadas, mientras se extendía desde el soporte exactamente 4.5 pulgadas. Y en todo esto (perdón con el sistema métrico), solo se permitían unidades imperiales. Considerando estas restricciones, el proveedor de herramientas era libre de presentar su mejor opción de revestimiento de herramienta, sustrato de carburo y geometría de corte.

Kennametal hizo un trabajo considerable para encontrar las herramientas que se destacarían en estas pruebas, explica Mueller. La compañía realizó sus propias pruebas en sus instalaciones de Alemania, Tennessee y Carolina del Norte utilizando cinco centros de mecanizado diferentes. El flujo y la formación de viruta se analizaron utilizando cámaras de alta velocidad, y dice que se desarrolló un proceso refinado de rectificado de herramientas como resultado de este análisis. Finalmente, se produjeron cerca de 300 herramientas diferentes para usar en el proyecto, y se mecanizaron 15,000 pulgadas cúbicas de titanio.

Durante la ronda final de pruebas, Kennametal usó un soporte de ajuste por contracción Haimer Safe-Lock y fue capaz de posicionar todas sus herramientas en la categoría “excede”. Con el método de fresado tradicional, se observó menos de 0.001 pulgadas de desgaste de la herramienta después de 1 hora, con un acabado superficial de 23 μin Ra. Dentro de las pruebas de alta velocidad, el desgaste de la herramienta midió menos de 0.0014 pulgadas y la rugosidad de la superficie fue mejor a 27.5 μ Ra. Quizás lo más significativo es que las herramientas Harvi permitieron una tasa de remoción de metal 20 por ciento más alta que otras, porque el diseño permite el uso efectivo de seis acanaladuras donde otros end mill estaban limitados a cinco.

En las herramientas desarrolladas para esta aplicación, un grado de carburo existente resultó ser efectivo, el grado KCSM15 Beyond de la compañía. Las nuevas modificaciones a esta herramienta, que ahora existen en la línea Harvi III, se relacionan con la geometría del filo, indica Mueller.

En cuanto al fabricante de aeronaves, la evaluación continúa. Pruebas futuras evaluarán las herramientas insertadas. E incluso la determinación relacionada con las herramientas de carburo sólido no tendrá un impacto inmediato, ya que en el sector aeroespacial las piezas se certifican con frecuencia y luego se bloquean frente a futuros cambios en el proceso de manufactura. Pero para los nuevos programas de piezas desarrollados de aquí en adelante, el fabricante y sus proveedores tendrán una gama cada vez más específica de herramientas de corte para elegir.