Una fresa de formas es una herramienta de corte especializada que se utiliza para mecanizar componentes complejos con contornos, como diversos engranajes, cigüe?ales, árboles de levas, etc. Puede replicar la forma externa de la pieza y crear el mismo perfil a través del mecanizado. A diferencia de las herramientas tradicionales con inserto de diamante o cuadrado, una herramienta de torneado de formas emplea insertos de formas. Algunas herramientas de torneado de formas se pueden introducir directamente en la pieza de trabajo, de forma similar a una broca, para cortar el material. Por ejemplo, una fresa de formas tipo fresa de extremo puede cortar de esta manera, siempre que el fabricante de la herramienta deje suficiente espacio libre en el extremo de la herramienta. Además, las fresas de formas modulares se pueden introducir directamente en la pieza de trabajo, pero consumen una cantidad significativa de energía durante el proceso de mecanizado.

Si bien las herramientas de torneado de formas no pueden reemplazar a las brocas debido al área de compromiso más grande involucrada en la perforación, que excede las capacidades de profundidad de corte de dichas herramientas, la capacidad de las fresas de formas de cortar directamente la pieza de trabajo resuelve un problema problemático en el mecanizado: la necesidad de perforar previamente un orificio inicial antes del mecanizado en bruto.

Dado que las herramientas de torneado convencionales no pueden cortar directamente el material a lo largo del eje Z, es necesario perforar previamente un orificio de inicio. Otro enfoque consiste en utilizar una entrada inclinada, que a menudo requiere la aplicación de software CAM. Sin embargo, con el uso de herramientas de torneado de formas, este paso se puede eliminar.

Características de las fresas de formas

El fresado de formas implica el uso de herramientas de corte equipadas con insertos indexables que tienen filos de corte circulares. Estas fresas vienen con filos de corte circulares completos (usados para fresas de cara circular o fresas de punta esférica) o filos de corte circulares parciales. Las fresas de formas se clasifican en fresas modulares, fresas con vástagos helicoidales y fresas modulares (helicoidales). Las fresas de formas utilizan herramientas de torneado de formas, lo que les permite tener varias ventajas, incluyendo un peque?o empalme posterior, altas velocidades de avance, que sirven como complemento a la tendencia del mecanizado de alta velocidad. Las fresas de formas tienen las siguientes características:

Fuerte capacidad de alimentación

Algunas fresas de forma pueden introducirse directamente en la pieza de trabajo, de forma similar a un taladro, para cortarla.

Interpolación helicoidal

Al combinar fresas de forma con interpolación helicoidal, resulta fácil y rápido mecanizar agujeros de gran diámetro.

Mayor resistencia del filo de corte

Debido a la ausencia de esquinas agudas, las herramientas de torneado de formas pueden tolerar mayores desviaciones de herramienta y vibraciones. Esto permite mayores velocidades de husillo y velocidades de avance durante el mecanizado, al tiempo que reduce el riesgo de rotura de la herramienta.

Número de filos de corte

Las herramientas de torneado de formas tienen más filos de corte disponibles. Según el tama?o del inserto y el acoplamiento posterior, las herramientas de torneado de formas pueden tener entre 4 y 8 posiciones indexables efectivas, lo que da como resultado una tasa de eliminación de material al menos dos veces mayor en comparación con los insertos de diamante y cuadrados convencionales. Esta ventaja reduce la necesidad de cambios de herramientas, lo que genera una mayor eficiencia y rentabilidad.

Corte eficiente

El uso de herramientas de torneado de formas permite alcanzar velocidades de corte tecnológicas elevadas sin requerir una potencia de máquina extremadamente alta. Debido a su resistencia, las herramientas de torneado de formas pueden admitir velocidades de avance más altas para el mecanizado en comparación con las herramientas de fresado de extremos cuadrados, e incluso pueden realizar desbaste pesado en máquinas livianas.

Acabado superficial superior después del desbaste

Las superficies fresadas con herramientas de torneado de formas presentan menos irregularidades perceptibles en comparación con las superficies desbastadas con herramientas de punta cuadrada. La altura residual de las irregularidades de la superficie es menor. Las piezas de trabajo que se someten a desbaste con herramientas de torneado de formas tienen un acabado superficial superior, lo que les permite pasar directamente al mecanizado de semiacabado.

 

Aplicaciones de las fresas de formas

Elección de las etapas de mecanizado: el desbaste se lleva a cabo normalmente utilizando fresas de forma (mostradas en la imagen superior), mientras que el acabado implica el uso de fresas de punta esférica de carburo sólido (mostradas en la imagen inferior).

El uso de fresas de formas para el desbaste proporciona una mejor "preparación" para las operaciones de semiacabado o acabado. Cuando se realiza el desbaste con herramientas de fresado de punta cuadrada, queda un escalón al cortar hacia abajo. Cuanto mayor sea la profundidad de corte por pasada, más pronunciado será este efecto de escalón. Estas superficies irregulares en la pieza de trabajo pueden dar lugar a fuerzas desiguales en la herramienta durante el semiacabado, lo que provoca impactos y deformaciones de la herramienta. Esto hace que una transición directa del desbaste al acabado sea poco práctica. No solo es necesario el semiacabado, sino que también se requieren múltiples pasadas de acabado.

El uso de fresas de formas reduce en gran medida la aparición de los problemas antes mencionados. En lugar de dejar un escalón como las herramientas de punta cuadrada, solo quedan peque?as "arrugas" con una altura muy baja que se pueden mecanizar fácilmente. Las fresas de formas son una opción óptima, especialmente para profundidades de corte peque?as, donde la altura de estas "arrugas" se minimiza. La superficie de la pieza de trabajo después del desbaste es relativamente lisa, lo que permite un semiacabado fácil. En algunos casos, incluso podría ser posible proceder directamente al acabado.

Selección de fresas de formas

1Elección de la geometría del inserto

Al mecanizar una pieza compleja, el requisito fundamental es que el filo de corte pueda acceder a las regiones correspondientes a los contornos de la pieza. Esto requiere seleccionar la forma de plaquita adecuada, el ángulo de ataque principal, el ángulo de ataque secundario, el ángulo frontal y el ángulo posterior. Al elegir la forma de la plaquita, es esencial considerar la resistencia de la plaquita. Las plaquitas circulares generalmente tienen la mayor resistencia. Para las plaquitas no circulares, un ángulo de punta más grande aumenta su resistencia. Debido a consideraciones de ángulo de holgura, el fresado de formas generalmente emplea plaquitas de diamante de 35° o 55°. La elección del portaplacas depende de la trayectoria de corte requerida. Para el fresado de formas intrincadas, se puede elegir un portaplacas tipo J con plaquitas de diamante para lograr un ángulo posterior más grande.

2Insertar ángulo trasero

Los ángulos de inclinación principal y secundario del inserto determinan el ángulo posterior entre la superficie posterior del inserto y la pieza de trabajo. Los diferentes materiales requieren diferentes ángulos posteriores. Por ejemplo, al mecanizar materiales duros, especialmente aleaciones a base de níquel, existe una recuperación elástica significativa. Estas aleaciones tienden a deformarse por delante del filo de corte y a recuperarse después del corte. Esta recuperación elástica hace que la pieza de trabajo raspe contra la superficie posterior del inserto, lo que genera un calor de corte sustancial. Además, el endurecimiento por deformación de los materiales a base de níquel produce calor de corte, lo que conduce a una falla térmica de la herramienta. El modo de falla puede ser el astillado de la herramienta, pero la expansión térmica del filo de corte da como resultado la fractura de la herramienta.

Los materiales de titanio pueden recuperar su forma elástica entre 0,05 mm y 0,08 mm, lo que requiere un ángulo de retroceso de 14° o 15° entre la superficie posterior del inserto y la pieza de trabajo para evitar fallos térmicos al mecanizar dichos materiales. Sin embargo, el titanio y los plásticos tienen características de recuperación elástica similares. El uso de un ángulo de retroceso insuficiente al mecanizar titanio puede provocar fallos térmicos en la herramienta. Una herramienta de este tipo, al utilizarse para plásticos, generaría fuerzas de corte y calor debido al rebote elástico, fundiendo la pieza de trabajo de plástico. El ángulo de retroceso del inserto no debe ser demasiado grande, ya que un ángulo de retroceso excesivo reduce la resistencia del inserto. Los insertos sin ángulo de retroceso tienen suficiente resistencia, pero deben montarse en un soporte con un ángulo de inclinación negativo para crear un ángulo de retroceso adecuado. El uso de un inserto con un ángulo de inclinación positivo y sin ranura de ángulo de retroceso garantiza la resistencia del inserto requerida al tiempo que mantiene un corte con ángulo de inclinación positivo.

3Fuerza de corte y control de viruta

Los cambios en la relación entre la pieza de trabajo, la herramienta y otros factores dentro del sistema de mecanizado afectarán el control efectivo de la viruta. Por ejemplo, en el fresado de formas, a medida que la plaquita se mueve hacia afuera desde el centro de la pieza de trabajo, el espesor de la viruta disminuye, la profundidad de corte aumenta y el control de la viruta empeora. Una solución es dividir una sola pasada en dos, cambiando el avance hacia afuera por uno hacia adentro para lograr el contorno final.

Las piezas de paredes delgadas y alargadas son difíciles de sujetar, y las fuerzas de corte pueden provocar la deformación de la pieza de trabajo, un acabado superficial deficiente o incluso el desguace de la pieza. Un inserto especializado dise?ado para controlar las virutas puede minimizar dicha deformación. Si la maquinabilidad del material de la pieza de trabajo complica las operaciones de torneado, las piezas fabricadas con dos materiales diferentes pueden duplicar esta complejidad. Por lo tanto, al mecanizar piezas compuestas de múltiples materiales, un enfoque es seleccionar calidades de inserto capaces de mecanizar diferentes materiales. Por ejemplo, al mecanizar una pieza con un acero 4340 interior y una aleación a base de níquel exterior, el programador debe insertar una pausa para cambiar el inserto. Para solucionar esto, se recomienda utilizar dos calidades de inserto diferentes. Cuando la vida útil de la herramienta sigue siendo baja para ambos grados de inserto, se pueden utilizar los insertos recubiertos con CVD AC2000 de Sumitomo Electric Industries de Japón. Al ajustar la velocidad de avance y la velocidad de corte, se pueden mecanizar ambos materiales sin cambiar los insertos, lo que aumenta significativamente la vida útil de la herramienta.