¿Qué es el fresado de perfiles?

El fresado de perfiles es un proceso de fresado común. Las plaquitas redondas y las fresas con radio se utilizan para el desbaste y el semidesbaste, mientras que las fresas de ranurar de punta esférica se emplean para el acabado y el superacabado.

El proceso de fresado de perfiles

El fresado de perfiles implica el mecanizado multieje de superficies cóncavas y convexas en dos o tres dimensiones. A medida que la pieza es más grande y su geometría más compleja, más relevante se vuelve la planificación del proceso.

El procedimiento de fabricación debe estructurarse, al menos, en tres clases de operaciones:

• Desbaste/semidesbaste
• Semiacabado
• Acabado

En ocasiones, es preciso aplicar un superacabado mediante técnicas de mecanizado de alta velocidad. El fresado del material restante, también conocido como fresado de restos, se considera parte de las operaciones de semiacabado y acabado. Para lograr la máxima precisión y productividad, se aconseja ejecutar el desbaste y el acabado en máquinas separadas, empleando herramientas de mecanizado específicas para cada fase.

El proceso de acabado es recomendable llevarlo a cabo en una máquina-herramienta de 4 o 5 ejes, equipada con software y técnicas de programación avanzadas. Así, se puede disminuir significativamente, o incluso suprimir por completo, el trabajo manual de acabado. El resultado final será un producto con una precisión geométrica superior y una mejor calidad de la estructura superficial.

Elección de la herramienta

Herramientas diseñadas para desbaste y semidesbaste:
plaquitas cilíndricas y soluciones con radio.

Herramientas de corte diseñadas para operaciones de acabado y superacabado:
fresa de ranurar de punta esférica y enfoque basado en radio.

Lista de comprobación para aplicaciones de fresado de perfiles

Para elegir las herramientas apropiadas y determinar el procedimiento de mecanizado óptimo, es fundamental analizar detalladamente el perfil de la pieza.

• Defina los radios mínimos y la cavidad de máxima profundidad.
• Estime la cantidad de material que es necesario eliminar.
• Considere el montaje de la herramienta y la sujeción de la pieza de cara a evitar vibraciones. Todo el mecanizado se debería realizar en máquinas específicas para conseguir una buena precisión geométrica del perfil.
• Si se utilizan máquinas-herramienta precisas e independientes para las operaciones de acabado y superacabado, es posible reducir, o en algunos casos eliminar, la necesidad de laboriosos pulidos manuales.
• Para alcanzar ahorros importantes, puede ser necesario utilizar programación avanzada. Utilice una fresa de ranurar de metal duro enteriza con una técnica de alta velocidad para mecanizar formas precisas y conseguir el mejor acabado posible.
• En desbaste y semiacabado de piezas grandes, por regla general, se consigue más productividad con herramientas y métodos convencionales. Una excepción de esta regla es el aluminio, para el que también se utilizan altas velocidades de corte en desbaste.

Cómo reducir las vibraciones

La vibración dificulta el fresado de perfiles profundos con voladizos considerables. Las soluciones convencionales para este problema implican disminuir la profundidad de corte, la velocidad o el avance.

• Utilice herramientas modulares rígidas con una gran precisión de la excentricidad.
• Las herramientas modulares incrementan la flexibilidad y el número de combinaciones posibles.
• Utilice herramientas antivibratorias o barras de extensión cuando la longitud total de la herramienta, desde la línea de calibración hasta el punto más bajo del filo, supere 4−5 veces el diámetro en la línea de calibración.
• Utilice extensiones de metal pesado si es necesario incrementar de forma radical la resistencia a la flexión.
• Utilice herramientas de corte y mangos equilibrados para velocidades del husillo superiores a 20 000 rpm.
• Elija el diámetro más grande posible, respecto al diámetro de la fresa, para extensiones y adaptadores.
• 1 mm (0.039 pulg.) de diferencia radial entre el mango y la herramienta de corte es suficiente. Utilice fresas sobredimensionadas.
• El fresado en «plunge» es un método alternativo para fresar con herramientas muy largas.

Extienda gradualmente la longitud de la herramienta

Para asegurar la productividad óptima en procesos de desbaste, especialmente cuando la pasada final implica una profundidad considerable, es esencial emplear un conjunto de extensiones para la fresa.

• Comience con la extensión más corta, porque las extensiones más largas limitan la productividad y tienden a generar vibración.
• Cambie a herramientas con extensión en posiciones predeterminadas en el programa. La geometría de la cavidad determinará los puntos adecuados para el cambio.
• Adapte los datos de corte a cada longitud de herramienta para mantener lamáxima productividad.

Velocidad de corte efectiva

Cuando se calcula la velocidad de corte de una fresa de punta esférica o de plaquita redonda utilizando el diámetro nominal de la herramienta, la velocidad de corte real, v_c, se verá significativamente reducida si la profundidad de corte, a_p, es mínima. Esto conllevará una disminución del avance de la máquina y de la productividad.

El cálculo de la velocidad de corte debe realizarse considerando el diámetro real o efectivo de la herramienta de corte, D_cap.

Fresa de ranurar y escuadrar

Fresa de punta esférica

Fresa de plaquita redonda

Fresado tridimensional: fresa inclinada

Al usar una fresa de ranurar de punta esférica, la zona central del filo, donde la velocidad de corte se acerca a cero, representa el punto más delicado del filo, lo que resulta desfavorable para el proceso de mecanizado. Debido al espacio limitado en el bisel, la eliminación de la viruta en el centro de la herramienta es fundamental.

En consecuencia, se aconseja inclinar el husillo o la pieza entre 10 y 15 grados, con el fin de alejar la zona de corte del centro de la herramienta.

• Mayor velocidad de corte mínima.
• Optimización de la vida útil y la formación de la viruta.
• Mejor acabado superficial.

Ejemplos de fresas de corte central

Parte central, z = 2

Parte periférica, z = 4

Z = 2

Z = 4

Corte superficial

Al usar una fresa de plaquita redonda o de punta esférica con una menor profundidad de corte, se puede aumentar la velocidad de corte, v_c, debido al breve periodo de contacto del filo. Esto disminuye el tiempo de transferencia de calor en la zona de corte, lo que reduce la temperatura tanto del filo como de la pieza de trabajo. Igualmente, se puede incrementar el avance por diente, f_z, debido a la reducción del espesor de la viruta.

                                                                                Corte superficial

Ejemplo de mecanizado superficial: fresa no inclinada vs. fresa inclinada

Este caso ilustra cómo se puede aumentar la velocidad de corte cuando el valor de a_e/a_p es bajo y las ventajas de emplear una fresa inclinada.

Fresa de punta esférica enteriza

D_c es de 10 mm, con calidad GC 1610.

Material: acero, 400HB

Sugerencia de valores de corte para un corte profundo a_p – D_c/2:

v_c = 170 m/min

f_z = 0.08 mm/r = h_ex

Productividad en fresado de perfiles: creces uniformes

A: Desbaste

B: Semiacabado

C: Acabado y superacabado

La uniformidad de las crestas es un requisito esencial para mantener una productividad elevada y constante en procesos de fresado de perfiles, sobre todo cuando se emplean velocidades altas.

• Para alcanzar la máxima productividad en estas operaciones, habituales en la fabricación de moldes y matrices, es importante adaptar el tamaño de las fresas a cada operación.
• El objetivo principal es crear una tolerancia de trabajo distribuida uniformemente, o creces, para reducir los cambios de carga y dirección de cada herramienta utilizada.

En muchos casos, es más beneficioso disminuir gradualmente el tamaño de las fresas, desde las más grandes a las más pequeñas, sobre todo en desbaste ligero y semiacabado, en lugar de emplear únicamente un diámetro en cada fase del proceso.

• La mejor calidad de acabado se consigue cuando las operaciones precedentes dejan creces lo más pequeñas y constantes posibles.
• El objetivo siempre debe ser acercarse tanto como sea posible a los requisitos especificados para la forma final.
• Un proceso de corte seguro.

Ventajas de las creces constantes

• Algunas operaciones de semiacabado y casi todas las de acabado se pueden realizar con supervisión parcial o, a veces, incluso sin supervisión.
• El impacto en las guías de la máquina-herramienta, los tornillos esféricos y los rodamientos del husillo será menos negativo.

Apertura a partir de una pieza enteriza

• Al abrir una cavidad, es importante elegir un método que minimice a_p y que deje además creces constantes para la siguiente operación de fresado del perfil.
• Las fresas de planear y escuadrar, o las fresas de filo largo, dejarán creces escalonadas que será necesario eliminar. Esto genera fuerzas de corte variables y desviación de la herramienta. Como resultado, se obtienen creces irregulares para la fase de acabado, lo que influirá en la precisión geométrica de la forma final.
• El uso de fresas con plaquita redonda generará transiciones uniformes entre las pasadas y dejará menos creces, en cantidad más regular, para la operación de perfilado, por ello la calidad de la pieza será mejor.
• Una tercera alternativa es utilizar una fresa con alto avance para abrir la cavidad. Esto también dejará creces pequeñas e, incluso, constantes debido a la profundidad de corte reducida, es decir, escalones pequeños.

Fresa de escuadrar cuadrada:
realización de escariados de cruces de gran tamaño e irregular forma.

Fresa de plaquita redonda:
machinado de ranuras estrechas

Fresa de alto avance:
machinado de hendiduras estrechas

Fresado de copiado

La forma más común y simple de programar el trayecto de la herramienta para generar una cavidad es mediante la técnica convencional de fresado de copia, que implica múltiples entradas y salidas en el material. No obstante, esto restringe el aprovechamiento de los avanzados recursos de software, maquinaria y herramientas de mecanizado existentes. Es más recomendable usar una máquina con funciones de control anticipado para prevenir desviaciones del trayecto de la herramienta.

La capacidad de elegir de manera adaptable los métodos, secuencias y herramientas de fresado, así como los sistemas de sujeción, es fundamental.

− Aplicación de una carga elevada en el centro de la herramienta.

− Velocidades de avance reducidas

– Disminución de la durabilidad de la herramienta.

− Impacto mecánico

− Errores de forma

– Mayor duración de los programas y tiempos de mecanizado.

El recorrido de la herramienta durante el fresado de copia suele ser una combinación de fresado en contraposición y fresado en concordancia, y requiere numerosos empañes y
retiradas poco favorables. Cada una de e