Velocidad de corte
Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la
periferia de la fresa u otra herramienta que se utilice en el fresado. La
velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser
elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos
factores, especialmente de la calidad y tipo de fresa que se utilice, de la
dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la
velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su
gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación
de la pieza y de la herramienta.
Como cada filo de corte de la fresa trabaja intermitentemente sobre la
pieza, cortando únicamente durante una fracción de cada revolución de la
herramienta, los filos de corte alcanzan temperaturas inferiores a las que se
alcanzan en un torno y, en consecuencia, se utilizan velocidades de corte mayores. No
obstante, el trabajo de la fresa en conjunto puede no considerarse
intermitente, pues siempre hay un filo de corte en fase de trabajo.
A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede
determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo portaherramientas
según la siguiente fórmula:
Donde Vc es la velocidad de corte, n es
la velocidad de rotación de la herramienta y Dc es
el diámetro de la herramienta.
La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración
de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado
en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de
herramientas y prontuarios de mecanizado ofrecen datos orientativos sobre la
velocidad de corte adecuada de las herramientas para una vida útil o
duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones,
es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la
herramienta y optimizar la productividad, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por
un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la
duración de la herramienta en operación de corte no es lineal.
Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido
del filo de corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de
corte con pérdida de tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del
mecanizado deficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja
puede dar lugar a la formación de filo de aportación en la herramienta, a
dificultades en la evacuación de viruta y al aumento del tiempo de mecanizado,
lo cual se traduce en una baja productividad y un coste elevado del mecanizado.
Velocidad de rotación de la
herramienta
La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En las fresadoras convencionales hay una gama limitada de
velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del
número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En las fresadoras de control numérico, esta
velocidad es controlada con un sistema de realimentación en el que puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de
un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.
La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de
la herramienta.
Velocidad de avance
Diagrama de fresado frontal.
p: profundidad de pasada
la: longitud de corte efectiva
l: longitud de arista de corte
Κr: ángulo de posición.
p: profundidad de pasada
la: longitud de corte efectiva
l: longitud de arista de corte
Κr: ángulo de posición.
El avance o velocidad de avance en el fresado es la velocidad relativa
entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el
corte. El avance y el radio de la punta de la herramienta de corte son los dos
factores más importantes de los cuales depende la rugosidad de la superficie obtenida en el fresado.
Cada fresa puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de
avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por
revolución (fn). Este rango depende fundamentalmente
de número de dientes de la fresa, del tamaño de cada diente y de la profundidad
de corte, además del tipo de material de la pieza y de la calidad y el tipo de
plaquita de corte. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y
se encuentra en los catálogos de los fabricantes de plaquitas. Además esta
velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la
herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor
máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una
herramienta de fresado. El filo de corte de las herramientas se prueba para que
tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta.
El avance por revolución (fn) es el producto del
avance por diente por el número de dientes (z) de la herramienta.
La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la
velocidad de rotación de la herramienta.
Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las
fresadoras convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de
velocidades disponibles en una caja de cambios, mientras que las fresadoras de control numérico pueden trabajar con
cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la
máquina.
La velocidad de avance es decisiva para la formación de viruta, el
consumo de potencia, la rugosidad superficial obtenida, las tensiones mecánicas, la temperatura en la zona de corte y la productividad. Una elevada velocidad de avance da lugar a un buen control de viruta y
una mayor duración de la herramienta por unidad de superficie mecanizada, pero
también da lugar a una elevada rugosidad superficial y un mayor riesgo de
deterioro de la herramienta por roturas o por temperaturas excesivas. En
cambio, una velocidad de avance baja da lugar a la formación de virutas más
largas que pueden formar bucles y un incremento del tiempo de mecanizado, lo
cual hace que la duración de la herramienta por unidad de superficie sea menor
y que la producción sea más costosa.
Profundidad de corte o de
pasada
La profundidad de corte o profundidad de pasada (p) es la
profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de
la herramienta. Habitualmente se expresa en milímetros (mm). La anchura de
corte (s), expresado en mm, es la anchura de la parte de la pieza
implicada en el corte. Estos parámetros hay que tenerlos en cuenta por la
influencia que tiene en el cálculo de la sección de viruta y consecuentemente
en la fuerza de corte necesaria para poder realizar el mecanizado.
La profundidad de pasada se establece a priori y depende principalmente
de las creces de material a mecanizar, del grado de precisión dimensional a conseguir, de la potenciade la máquina y de la relación con
respecto al avance seleccionado y de parámetros propios de la plaquita de corte
como su tamaño, el radio de la punta y su perfil. Al realizar mecanizados de
desbaste se utilizan filos con mayor longitud de arista de corte que permiten
realizar mecanizados con mayores profundidades de pasada y velocidades de
avance. Sin embargo, para las operaciones de acabado, se requiere una
profundidad de corte menor.
La longitud de corte efectiva (la), cuyo valor máximo está
directamente relacionado con la longitud de la arista del filo de corte,
depende de la profundidad de pasada (p) y del ángulo de posición (kr)
Espesor y sección de viruta
La relación que existe entre el avance por diente de la fresa (fz)
y la profundidad de pasada (p) constituye la sección de la viruta. La
sección de viruta guarda también relación con el tipo de fresado que se
realice, la sección de viruta es igual a
El espesor de la viruta corresponde al avance por diente de la fresa.
El control de la sección y del espesor de la viruta son factores
importantes a la hora de determinar el proceso de mecanizado. Cuanto menor sea
el espesor de la viruta en el momento del arranque, la carga del filo será
menor y esto permitirá aplicar mayores velocidades de avance por diente sin
dañar al mismo, teniendo que reducir la profundidad de corte debido a los
menores ángulos de posicionamiento de los filos. El poder controlar la sección
de viruta depende principalmente de varios factores como la potencia de la
máquina, la fijación o el sistema de amarre de la pieza, la sección del mango
de la herramienta así como de la sujeción de las plaquitas y la geometría de
las mismas. El aumento de la sección y espesor de viruta, entre otras
variables, implica un aumento de la potencia necesaria para que se realice el
arranque de material.
Volumen de viruta arrancado
En el fresado tangencial, el volumen de viruta arrancado por minuto se
expresa centímetros cúbicos por minuto y se obtiene de la siguiente fórmula:
Donde Q es el volumen de viruta arrancado por
minuto, Ac es el ancho del corte, p es
la profundidad de pasada, y f es la velocidad de avance. Este
dato es importante para determinar la potencia necesaria de la máquina y la
vida útil de las herramientas.
Tiempo de mecanizado
Para poder calcular el tiempo de mecanizado en una fresadora hay que
tener en cuenta la longitud de aproximación y salida de la fresa de la pieza
que se mecaniza. Esta longitud depende del tipo de fresado. Por ejemplo, en el
planeado la longitud de aproximación coincide con la mitad del diámetro de la
herramienta; en el fresado de ranuras es diferente y depende la profundidad de
la ranura y del diámetro de la fresa; y en el fresado por contorneado interior
o exterior las longitudes de mecanizado dependen del diámetro de la fresa y de
la geometría de la superficie contorneada.
;
donde Tm es el tiempo de mecanizado y f es
la velocidad de avance.
Fuerza específica de corte
Fresado en oposición.
Fresado en concordancia.
La fuerza de corte es un parámetro a tener en cuenta para evitar roturas
y deformaciones en la herramienta y en la pieza y para poder calcular la
potencia necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parámetro está
en función del avance de fresado, de la velocidad de corte, de la
maquinabilidad del material, de la dureza del material, de las características
de la herramienta y del espesor medio de la viruta. Todos estos factores se
engloban en un coeficiente denominado fuerza específica de corte (kc),
que se expresa en N/mm².
Ante la diversidad de tipos de fresadoras que existen, también existen diferentes perfiles de los profesionales dedicados a estas máquinas. Estos profesionales pueden clasificarse en programadores de CNC, preparadores y fresadores.
ResponderBorrarLos programadores de CNC son imprescindibles cuando se utilizan fresadoras de control numérico, pues es necesario que se elabore el programa de las operaciones que tiene que realizar la máquina para el mecanizado de las piezas. Un programador de CNC debe ser un buen conocedor de los factores que intervienen en el mecanizado; las características y la disponibilidad de las máquinas, las herramientas de corte y de sujeción; los tipos de material a mecanizar y sus características de mecanización, el uso de refrigerantes, la cantidad de piezas a mecanizar y los requisitos de tolerancias de fabricación y acabado superficial que se requieren para las piezas fabricadas. Además debe ser capaz de interpretar correctamente de los planos de las piezas y la técnica de programación que utilice de acuerdo con el equipo que tenga la fresadora.
Preparando la máquina.
Un preparador de fresadoras es un técnico cualificado que se encarga de poner a punto estas máquinas cada vez que se produce un cambio en las operaciones a realizar en el mecanizado de piezas. En las industrias donde hay instaladas varias fresadoras de gran producción o de control numérico, debe haber un profesional específico encargado para estas tareas, pero cuando la producción menor, son los propios encargados de las operaciones de la máquina los que preparan la máquina.
Una vez que la fresadora ha sido preparada para un trabajo determinado, el control posterior del trabajo de la máquina suele encargarse a una persona de menor preparación técnica que sólo debe ocuparse de que la calidad de las piezas mecanizadas se vaya cumpliendo dentro de las calidades de tolerancia y rugosidad exigidas. A veces un operario es capaz de atender a varias fresadoras, si éstas tienen automatizados el sistema de alimentación de piezas mediante autómatas programables.
Los fresadores de máquinas convencionales son operarios cualificados que se encargan de realizar las operaciones que intervienen en el proceso de mecanización con máquinas herramientas convencionales y especializadas, comprobando piezas y acoplamientos, empleando los equipos, máquinas e instrumentos de medida y verificación necesarios, realizando el mantenimiento de primer nivel y estableciendo los procesos de trabajo, introducción y ajuste de parámetros, siguiendo las instrucciones indicadas en los documentos técnicos, en condiciones de autonomía, calidad y seguridad