Fresado de ranuras

Para la creación de ranuras, el fresado lateral y el planeado suelen ser métodos más adecuados que el ranurado.

• Las cavidades o ranuras pueden ser largas o cortas, cerradas o abiertas, rectas o no rectas, profundas o superficiales, anchas o estrechas.
• La selección de la herramienta suele depender del ancho y la profundidad de la ranura y, en cierta medida, la longitud.
• El tipo de máquina disponible y la frecuencia de la operación determinarán también si se debe utilizar una fresa de ranurar, una fresa de filo largo o una fresa de disco.
• Las fresas de disco o fresado lateral y planeado ofrecen el método más eficiente para fresar grandes cantidades de ranuras largas y profundas, en especial, cuando se emplean fresadoras horizontales. El incremento de las fresadoras verticales y de los centros de mecanizado, sin embargo, implica que también se utilicen con frecuencia fresas de ranurar y fresas de filo largo en varias operaciones de fresado de ranuras.

Comparación de conceptos de fresas

Fresado lateral y planeado

+ Ranuras abiertas

+ Ranuras profundas

+ Tolerancias/anchura ajustables

+ Fresado múltiple

+ Corte

+ Variedad de productos para adaptarse a distintas dimensiones/profundidades.

– Ranuras cerradas

– Solo ranurado lineal

– Evacuación de la viruta

Fresado de ranuras

+ Ranuras cerradas

+ Ranuras poco profundas

+ Ranuras no lineales

+ Versatilidad (métodos adicionales):

• Fresado trocoidal de ranuras para materiales difíciles (aceros templado, HRSA, etc.)
• Fresado en «plunge» para solucionar problemas en voladizos largos
• Permite añadir fácilmente operaciones de semiacabado/acabado adicionales
• Las fresas de ranurar pueden utilizarse para otras operaciones que no sean fresado de ranuras

– Ranuras profundas

– Fuerzas grandes

– Susceptible a la vibración en caso de flexión.

Fresado lateral y planeado

Las fresas de disco son más eficientes para mecanizar ranuras largas, profundas y abiertas, además de ofrecer la mayor estabilidad y productividad para este tipo de operación. Se pueden utilizar en conjunto para mecanizar varias superficies en el mismo plano y de manera simultánea.

Cómo se aplica

• Elija el tamaño, paso y posición de la fresa de manera que haya por lo menos un filo en corte en todo momento.
• Compruebe el espesor de la viruta para conseguir el mejor avance por diente.
• Para operaciones de fresado exigentes, compruebe los requisitos de potencia y par. La rigidez del eje y el voladizo es muy importante en aplicaciones en las que los ejes tienen un extremo libre.
• La fijación y el apoyo del eje deben ser resistentes para hacer frente a las fuerzas de corte del fresado en contraposición.

Fresado a favor (hacia abajo):

• Método de primera elección.
• Utilice un tope firme en la dirección de la fuerza de corte tangencial para evitar que esta empuje la pieza contra la mesa. La dirección del avance se corresponde con la de las fuerzas de corte, y esto implica que la rigidez y la eliminación de holguras son importantes, ya que la fresa tiende a ascender.

Fresado en contraposición (hacia arriba):

• Alternativa en aplicaciones donde surjan problemas debido a rigidez insuficiente o si se trabajan materiales exóticos.
• Soluciona los problemas generados por montajes débiles y atascos de viruta en ranuras más profundas.

Volante de inercia:

• Buen complemento para montajes débiles y si la potencia y el par disponibles son bajos.
• Coloque el volante de inercia tan cerca de la herramienta como sea posible.
• Reforzar el montaje de la pieza siempre es una buena inversión.

Fresado de ranuras abiertas con herramientas de fresado lateral y planeado (fresas de disco)

Cálculo del avance por diente

En el fresado periférico con herramientas de fresado lateral y planeado, el factor determinante es lograr un avance por diente, f_z, apropiado. Un valor demasiado bajo puede generar problemas significativos, por lo que es fundamental prestar especial cuidado a este cálculo.

El avance por diente, f_z, debe disminuirse para ranuras más profundas y aumentarse para las más superficiales, con el fin de mantener el espesor máximo de la viruta recomendado. Por ejemplo, al mecanizar una ranura completa con la geometría M30, el espesor máximo de la viruta inicial debería establecerse en 0.12 mm (0.005 pulg.).

Observación: dado que dos plaquitas operan en conjunto para mecanizar la totalidad del ancho de la ranura, el avance se calcula empleando la mitad del número total de plaquitas, z_n.

Profundidad de corte

Para ranuras de mayor profundidad, se puede requerir una herramienta de corte específica. Al mecanizar ranuras más profundas, es necesario disminuir el avance por diente. Si la ranura es poco profunda, se recomienda aumentar el avance.

Observación: la profundidad de una ranura puede estar restringida por el diámetro del refuerzo del eje, la resistencia a la deformación de las chavetas de arrastre y la capacidad de las cavidades de la viruta.

Volante de inercia en máquinas horizontales

Durante el fresado lateral y el planeado, únicamente unos pocos dientes participan en el corte en cada pasada, lo que puede provocar elevadas vibraciones de torsión debido a la naturaleza intermitente del proceso. Esto afecta negativamente a la calidad del mecanizado y a la productividad.

• Utilizar un volante de inercia suele ser una buena solución para reducir esta vibración. Los problemas ocasionados porque la máquina carezca de potencia, par o estabilidad, a menudo se resuelven con el uso adecuado de un volante de inercia.
• La necesidad de un volante de inercia es mayor en máquinas pequeñas con poca potencia, o en máquinas con mucho desgaste, que en máquinas más grandes, estables y potentes.
• Coloque el volante de inercia tan cerca de la herramienta como sea posible.
• Si se utiliza un volante de inercia el mecanizado será más uniforme, se reducirá el ruido y la vibración, y se prolongará la vida útil de la herramienta
• Además de utilizar fresado hacia arriba, se puede acoplar un volante de inercia al eje en el que se instale la fresa.
• Con objeto de mejorar aún más la estabilidad con fresas de disco, utilice el volante de inercia más grande que permita la aplicación.
• La mejor forma para construir un volante de inercia sigue siendo combinar varios discos de acero al carbono, cada uno con un agujero central y un chavetero que se ajuste al eje.

Fresado múltiple utilizando fresas montadas en un patrón escalonado

Las fresas de montaje en eje con 2 chaveteros pueden colocarse en un diseño escalonado para mecanizar varias ranuras simultáneamente. El desplazamiento entre las fresas ayuda a mitigar las vibraciones y disminuye la necesidad de un volante de inercia.

Fresado de ranuras y canales estrechos y poco profundos

Las fresas polivalentes incorporan plaquitas de múltiples filos con diseños adaptables a la mayoría de los tipos de ranuras pequeñas. Entre sus usos más frecuentes se encuentra el mecanizado de ranuras interiores para circlips y anillos de sellado, o ranuras exteriores pequeñas, rectas o circulares, en piezas que no pueden ser rotadas.

Ranurado interior

• Se debe programar una entrada uniforme cuando se utilice fresado circular.
• Tenga en cuenta la relación entre el diámetro de la fresa y el diámetro del agujero, D_c/D_w. Cuanto más pequeña sea esta relación, mayor será el empañe.

Ranurado de cavidades

El ranurado sirve para mecanizar ranuras y cavidades de menor tamaño y profundidad, como las ranuras y cavidades cerradas, así como para fresar chaveteros. Las fresas de ranurar son las herramientas más adecuadas para fresar ranuras cerradas.

• Rectas, curvadas o en ángulo
• Superiores al diámetro de la herramienta, cavidades designadas

Los trabajos de ranurado más exigentes se llevan a cabo comúnmente con una fresa de filo largo.

Elección de la herramienta

Fresas para ranurar y fresas de filo prolongado.

Cómo se aplica

• Utilice fresas de ranurar de corte ligero, y duración prolongada y homogénea, montadas en portaherramientas de alto rendimiento.
• Minimice la distancia desde el portaherramientas hasta el filo para que el voladizo sea lo más corto posible.
• Tenga en cuenta el avance por filo para producir un espesor de la viruta satisfactorio. Utilice fresas de paso grande para evitar virutas delgadas, que pueden provocar vibración, superficie deficiente y rebabas.
• Utilice el tamaño de herramienta más grande posible para conseguir la mejor relación diámetro/longitud, que incrementa la estabilidad.
• Utilice fresado hacia abajo siempre que pueda para que la acción de corte sea más favorable.
• Verifique que la viruta puede ser evacuada correctamente de la ranura. Utilice aire comprimido para evitar acumulación de viruta.
• Utilice Coromant Capto® para mejorar la estabilidad y apoyo hacia el husillo

Ranurado con fresas ranurar

La creación de ranuras o cavidades, también denominada ranurado, comprende tres aspectos:

• Las ranuras cerradas por ambos extremos se denominan cavidades y requieren fresas de ranurar que puedan trabajar en dirección axial.
• El fresado de ranuras es una operación exigente. La profundidad de corte axial se debe reducir por regla general hasta cerca del 70% de la longitud del filo. También se deben tener en cuenta la rigidez de la máquina y la evacuación de la viruta para determinar el mejor método para ejecutar la operación.
• Las fresas de ranurar son sensibles a los efectos de las fuerzas de corte. La desviación y la vibración pueden ser factores de limitación, especialmente con velocidades de mecanizado altas y voladizos grandes.

Ranurado de chaveteros

Para llevar a cabo esta tarea, es necesario seguir unas indicaciones concretas, además de las recomendaciones habituales para el ranurado y el fresado de superficies planas. Una ranura fresada en una sola pasada no tendrá una forma perfectamente cuadrada, debido a la dirección de las fuerzas de corte y a la propensión de la herramienta a flexionar. Para obtener la máxima precisión y eficiencia en esta operación, se recomienda utilizar una fresa de ranurar ligeramente más pequeña de lo necesario y dividir el proceso en dos fases.

1. Fresado de chaveteros: desbaste de la ranura completa.
2. Fresado lateral: acabado alrededor de la ranura mediante fresado hacia arriba con el fin de crear una esquina perfectamente cuadrada.

Es importante limitar la profundidad de corte radial durante las operaciones de acabado para prevenir la desviación de la fresa, que a menudo es la causa de un acabado superficial inadecuado y/o una pérdida de escuadra efectiva.

Tallado de ranuras de chaveta en dos etapas.

Métodos para abrir una ranura o cavidad cerrada en una pieza en bruto

Al preparar el fresado de ranuras largas y estrechas, el mecanizado en rampa lineal es el proceso más común, tras el taladrado, para crear una cavidad.

Para ranuras de poca profundidad, se puede emplear el fresado axial como una opción viable. El mecanizado en rampa circular se utiliza para el fresado de ranuras y cavidades de mayor anchura.

Comparación de tres métodos distintos

Fresado de ranuras convencional

+ Es posible usar máquinas convencionales de 3 ejes.

+ Eficiente inicio de corte en condiciones estables

+ Programación simple

+ Amplia selección de herramientas

– Produce una elevada fuerza de corte radial.

– Sensible a la vibración

– Para eliminar ranuras profundas se necesitan múltiples recorridos.

Fresado trocoidal

+ Produce una reducida fuerza de corte radial, con menor susceptibilidad a vibraciones.

+ Reducción de la desviación al mecanizar ranuras profundas.

+ Método productivo para:

• mecanizar acero templado y HRSA (ISO H y S)
• aplicaciones sensibles a las vibraciones

El ancho de la ranura no debe exceder el 70% del diámetro de la fresa.

+ Buena evacuación de viruta

+ Poca generación de calor

– Requiere más programación

Fresado axial

+ Para resolver dificultades en aplicaciones con alta sensibilidad a las vibraciones:

• con voladizos de herramienta largos
• en ranurado profundo
• con máquinas o reglajes débiles

– Productividad limitada en situaciones constantes.

– Necesita un proceso de desbaste/acabado.

– La fresa puede impedir la salida de la viruta.

– Limitada selección de herramientas

Ranurado en desbaste con fresas de filo largo

• Para mecanizar en desbaste se suelen utilizar fresas con gran capacidad de arranque de viruta.
• Las versiones más cortas pueden producir ranuras con una profundidad máxima equivalente al diámetro en fresadoras potentes y estables.
• Utilice husillos ISO 50 estables, ya que estas fresas suelen acomodar unas fuerzas radiales considerables.
• Verifique los requisitos de potencia y par, ya que suelen ser los factores que pueden limitar el buen resultado.
• Tenga en cuenta el paso óptimo para cada tipo de operación.

Inicialmente, los diseños más extensos fueron concebidos para operaciones de recanteado.