La competitividad del mercado y la presión para producir y mecanizar piezas de manera más eficiente y rápida han cambiado el enfoque del mecanizado convencional al mecanizado de alta velocidad (HSM). El mecanizado de alta velocidad implica lograr una mayor tasa de remoción de material empleando una mayor velocidad del husillo, mayor avance y velocidad de corte. HSM puede ayudar a mejorar la productividad, disminuir el tiempo de ciclo y mejorar la vida útil de la herramienta de manera eficiente.
El aluminio tiene una de las características de maquinabilidad más altas y sus aplicaciones en varias industrias, especialmente la aeroespacial y la automotriz, han crecido enormemente en los últimos años. Por lo tanto, el deseo de hacer que el proceso de fresado de aluminio sea más eficiente y productivo ha llevado a varias industrias a adaptar el proceso de mecanizado de alta velocidad. Sin embargo, existen algunos desafíos para el fresado de aluminio que deben manejarse para que el proceso sea seguro y eficiente. Algunos de estos desafíos son:
- El mecanizado de alta velocidad produce mucho calor en la interfaz superficie-herramienta. Este calor puede hacer que el aluminio se endurezca y puede dificultar el proceso de fresado y mecanizado posterior. Para superar esto, se debe emplear una estrategia de enfriamiento.
- Mecanizado de alta velocidad significa tasas de velocidad de corte más altas, lo que conduce a vibraciones y vibraciones mejoradas. Estas vibraciones son perjudiciales para la vida útil de la herramienta y también pueden dañar la pieza de aluminio. Por lo tanto, se debe prestar especial atención al equilibrio y al diseño de la herramienta utilizada mientras se realiza el fresado en una máquina de alta velocidad.
- Las velocidades de corte más altas durante el fresado significan mayores fuerzas de corte en la herramienta y la pieza de trabajo. Estas fuerzas mayores pueden hacer que el manejo de la herramienta sea más complejo. Si no se hace correctamente, la herramienta puede soltarse del manipulador y causar daños tanto a la máquina como al operador.
- El funcionamiento del mecanizado de alta velocidad requiere habilidades adicionales que las máquinas convencionales. Un operador y un técnico no calificados pueden resultar dañinos.
Una vez que se superen estos desafíos y se garantice la seguridad del operador, se pueden cosechar los beneficios del mecanizado de alta velocidad. La característica primordial de un proceso de mecanizado eficiente es la velocidad de avance. Las velocidades de avance más altas aseguran una mayor productividad del proceso de mecanizado. Un aspecto que diferencia el mecanizado de alta velocidad del fresado convencional es la mayor velocidad de avance que se puede lograr con HSM. Además, la mayor maquinabilidad del aluminio hace que su fresado sea más eficiente y productivo en comparación con otros metales o compuestos. Esta propiedad favorable del aluminio lo hace beneficioso para su uso en la industria aeroespacial y automotriz. La mayor tasa de remoción de material hace que el proceso de fresado sea más rápido y eficiente. La producción de piezas automotrices y aeroespaciales, que requieren una mayor cantidad de remoción de material, es más productiva utilizando fresadoras de alta velocidad.
Una consideración importante, al emplear una fresadora de alta velocidad, es el aumento de temperatura en el punto de corte. Los estudios indican un aumento de la temperatura a medida que aumentan las tasas de alimentación. Esto puede causar un cambio en las propiedades mecánicas del material por endurecimiento por trabajo. Esto da como resultado una mayor resistencia mecánica y una disminución de la maquinabilidad. Para superar este desafío, se debe usar un refrigerante. Con el aluminio, una propiedad favorable es una disminución de las temperaturas eventualmente a medida que la velocidad aumenta más allá de cierto punto. Inicialmente, con un aumento en la velocidad de avance, aumenta la temperatura en el corte. Una vez que la temperatura alcanza un valor máximo, cualquier aumento adicional en la velocidad de alimentación provoca una caída de la temperatura. Esta temperatura más baja es favorable para nuestro proceso de fresado de aluminio, ya que los requisitos de refrigerante son bajos y las propiedades mecánicas de los materiales no se ven afectadas.
Otra ventaja de fresado de aluminio el uso de mecanizado de alta velocidad es la producción de virutas delgadas. Como las velocidades de corte son más altas con diámetros reducidos de herramientas de corte, las virutas producidas durante el fresado son delgadas. Otro factor que contribuye a estas virutas delgadas es la maquinabilidad del aluminio. Este metal blando, a diferencia de otras aleaciones y metales como el titanio, el cromo y las aleaciones de tungsteno, es más fácil de mecanizar y, por lo tanto, a velocidades más altas produce virutas más delgadas. Estas virutas delgadas son favorables para el proceso de molienda ya que ayudan a disipar el calor. Las virutas transfieren calor desde el punto de corte y, por lo tanto, reducen las posibilidades de endurecimiento por trabajo. Este material endurecido por el trabajo puede deteriorar la herramienta e incluso puede romperla o causar daños a la pieza de trabajo.
El uso de diámetros reducidos para herramientas de corte durante el fresado de aluminio también es posible para fresadoras de alta velocidad. En el fresado convencional, las herramientas de corte de mayor diámetro se utilizan a velocidades de rotación del husillo más bajas. Sin embargo, para HSM, se utilizan herramientas de corte de diámetro reducido, lo que da como resultado un corte de menor profundidad de la pieza de trabajo de aluminio. Esto es favorable porque los diámetros reducidos pueden limitar las fuerzas centrífugas. Estas fuerzas centrífugas son responsables del desequilibrio de las herramientas, lo que puede hacer que el manejo de las herramientas sea complejo. El aumento en la magnitud de las fuerzas centrífugas más allá de un valor crítico puede hacer que la herramienta se desprenda de la máquina y cause daños al operador o la pieza de trabajo o incluso que se rompa. Como se explicó anteriormente, este diámetro reducido de la herramienta de corte también es responsable de la producción de virutas delgadas.
En conclusión, la alta velocidad de arranque de material que ofrece HSM no solo aumenta la eficiencia y la productividad del proceso de fresado de aluminio, sino que también aumenta considerablemente la longevidad de la fresadora y del equipo. Las velocidades de corte más rápidas durante el fresado de aluminio reducen considerablemente la transferencia de calor a la pieza de trabajo y a la herramienta. Esta menor propagación del calor reduce las tensiones térmicas que de otro modo aparecerían en la herramienta o pieza de trabajo. Además, se amortigua el proceso de endurecimiento por trabajo, facilitando la maquinabilidad y reduciendo el desgaste de la herramienta, aumentando así su vida útil.