Los avances recientes en la tecnología CNC son la práctica del maquinado de alta velocidad (MAV, o “HSM” high speed machining en inglés). El maquinado de alta velocidad es un proceso de corte de metal que enfatiza la velocidad rápida y las velocidades de avance para mejorar la productividad y la calidad de la superficie. MAV se usa ampliamente para la producción aeroespacial, fabricación de matrices y moldes, industria automotriz, micromaquinado, componentes de precisión, industrias ópticas y electrodomésticos.
El propósito principal de este artículo es presentar la tecnología de maquinado de alta velocidad. Comenzamos con la introducción al MAV, es decir, el desarrollo histórico y las definiciones, la diferencia entre el maquinado de alta velocidad y el maquinado convencional, y luego continúa con el sistema de máquinas y herramientas y el control en MAV.
Inicios tecnológicos del maquinado de alta velocidad
Iniciado el siglo XXI es prácticamente inimaginable la revolución experimentada por la tecnología de fabricación en los últimos 10 - 15 años del siglo. La evolución de las computadoras, de las nuevas tecnologías de comunicación, etc., están revolucionado el mundo en general y en particular el mundo industrial. En el campo que nos concierne, el del maquinado y fresado, el cambio o la revolución ya ha llegado y, aunque todavía queda mucho camino por recorrer, el denominado Maquinado de Alta Velocidad (MAV) es ya una realidad que muchas empresas y mucha gente todavía desconoce.
¿Qué es el maquinado de alta velocidad?
Maquinar a altas velocidades puede ser logrado por medio de las altas velocidades de giro del husillo, o por medio de altos avances de las herramientas de corte.
Actualmente, el MAV tiene muchas definiciones. Pero no significa obligatoriamente maquinar a altas revoluciones de husillo, ya que muchas de las aplicaciones se realizan con velocidades de husillo moderadas (3.000 - 6.000 rpm) y herramientas de gran diámetro (25 - 30 mm). Las condiciones del proceso (velocidad de corte, avance, profundidades de corte radial y axial, etc). dependerán del material a maquinar, así como de las máquinas y herramientas disponibles.
Definición: El maquinado de alta velocidad consiste en la optimización del maquinado con las posibilidades existentes limitado por la pieza/material a maquinar y las herramientas-máquinas (CAD/CAM-CNC) disponibles. Esto puede suponer maquinar a velocidades de corte entre 5 y 10 veces superiores a las que se utilizan de manera convencional para cada material.
Un paso adelante hacia el maquinado óptimo
Podemos considerar que con el maquinado de alta velocidad ha dado un paso importante hacia el maquinado óptimo para cada material. A medida que se vayan desarrollando y mejorando las maquinas, herramientas, los programas de CAD-CAM, los CNC, etc… irán avanzando hacia la optimización general del maquinado, en el que cada material tendrá sus óptimas condiciones de corte, sus estrategias, sus herramientas, etc.
Cada material y aleación que pretendamos maquinar posee sus propias características de maquinabilidad, lo que nos marcará los limites operativos del proceso. Por ejemplo, no es lo mismo mecanizar materiales blandos (aluminio, cobre, magnesio, etc.) que materiales duros (aceros templados, titanio, níquel, acero para herramientas, etc.).
Así, la relación material-herramienta-máquina limitará los parámetros de corte, estrategias de maquinado, volumen de material extraído por unidad de tiempo, etc. La velocidad de corte y las condiciones del proceso en general dependerán del material a trabajar. La siguiente gráfica muestra los rangos de velocidades de corte en función del material a trabajar.
Para conocer las opciones en herramientas de corte para procesos de maquinado, te invitamos a leer nuestro artículo “Herramientas de corte para maquinado: Tipos de materiales”
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Diferencias entre el maquinado de alta velocidad y maquinado convencional
El MAV hoy en día es una tecnología de corte con bases sólidas que abre las puertas del maquinado de materiales y figuras que antes no se podían maquinar con el proceso de maquinado convencional, como por ejemplo: materiales con una dureza superior a 50 Hrc o paredes delgadas de 0.2 mm, etc.
El MAV tiende a sustituir las pasadas de gran profundidad a baja velocidad de corte por muchas pasadas rápidas de menor profundidad de corte, obteniendo un considerable aumento de viruta desalojada (volumen de material por unidad de tiempo). Las altas velocidades de corte y los elevados avances disminuyen las fuerzas de corte gracias a espesores de viruta cada vez más pequeños.
Algunas de las ventajas del MAV sobre el maquinado convencional son:
Sistema de máquina y herramientas para el maquinado de alta velocidad.
El maquinado de alta velocidad es una nueva forma de trabajar, que supone un cambio de mentalidad y necesidades: es una tecnología que no tiene nada que ver con el mecanizado convencional.
Control en MAV.
La selección de las herramientas de corte y los parámetros de corte, en línea con el material a maquinar, juega un papel vital en la implementación exitosa de MAV. Para un maquinado eficaz, es fundamental que la preparación del filo, el recubrimiento y el diseño del cortador estén en consonancia con la aplicación. Como cada material tiene propiedades diferentes y se comporta de manera diferente en el corte, la combinación de la geometría del borde, el revestimiento del estilo de los insertos y los parámetros de corte correctos son la clave para un maquinado exitoso mientras se utiliza la estrategia MAV. Además, es el espesor de la viruta no deformada medido en el ángulo recto del filo de corte efectivo lo que determina las fuerzas de corte, la formación y remoción de viruta y la vida útil de la herramienta.
El segundo factor importante del maquinado de alta velocidad es la compensación o factor de velocidad. Cuando enganchamos una pequeña parte del cortador en el trabajo, es decir, un pequeño acoplamiento radial, el factor de compensación es una posibilidad de aumentar las velocidades de corte del cortador, lo que a su vez reduce el tiempo de maquinado y mejora la productividad. El factor de velocidad de corte reduce el tiempo de fricción para que el calor se elimine con las virutas en lugar de quedar retenido en el cortador o la pieza de trabajo. La razón de esto es mantener el grosor de la viruta y la temperatura de trabajo en la zona de corte al mismo valor que para un cortador completamente acoplado.
Te invitamos a leer nuestro artículo sobre Herramientas de corte Kyocera con nuevas tecnologías para el maquinado de alta velocidad.
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Luis Daniel Arzola (daniel.arzola@yamazen.com.mx)