Mecanizado de moldes y matrices a alta velocidad

Incrementar la velocidad de husillo, reducir la carga de viruta y redondear las esquinas agudas en los patrones de herramienta, son algunas consideraciones importantes para el éxito del mecanizado de alta velocidad. Sin embargo, los programadores y los mecánicos de CN que se detienen en estas reflexiones se encuentran con lugares comunes como la ruptura de herramientas o la restricción de parámetros como el stepover, la tasa de avance o la profundidad del corte. Esto es serio, porque si el mecanizado de alta velocidad no brinda de manera confiable una producción significativamente más rápida, entonces las máquinas de alta velocidad no valen su inversión.

Cada vez, más mecánicos y programadores exitosos toman conciencia de que el mecanizado de alta velocidad es una manera fundamentalmente diferente de mecanizar. Buscan formas para mejorar continuamente sus procesos en los equipos de alta velocidad. Algunas de las mejoras pueden ser muy simples. Es el caso de los consejos que se presentan aquí. Las que siguen son ideas que usted podría adoptar hoy para comprender mejor el valor de su propio proceso de mecanizado de alta velocidad.

1. Apunte a la remoción constante de material
En este sistema optimizado, todos los elementos operan justo por debajo de sus capacidades máximas y ninguno de ellos está sobrecargado. Esto es lo que debemos intentar lograr en el mecanizado de alta velocidad. Para evitar el daño de la herramienta, la velocidad y el avance deberían permanecer en los límites de la carga pico encontrada en el patrón de herramienta. Sin embargo, ajustar la velocidad y el avance de esta forma deja que la herramienta corte más despacio de lo que debería durante los períodos de carga-no-máxima. Esto significa que queremos una remoción constante de material o una carga de viruta consistente. Si hay una carga de viruta inconsistente, pasa una de estas dos cosas: se dañan herramientas en el proceso, o el proceso opera muy lentamente.

Optimizar la tasa de remoción de metal en el desbaste es el paso más importante en la programación CAM. La profundidad de corte y el stepover recomendado por las tablas de mecanizado para una combinación dada de herramienta y material, asumen que usted está desbastando con el mismo stepover durante todo el patrón de herramienta. Sin embargo, si su patrón involucra un movimiento para ranurado o el embebido de una esquina sin cuidado, la herramienta encontraría, entonces, mucho más material que el previsto.

Los patrones de separación sencillos trabajan bien, sólo si todos los lados del material a ser removido son abiertos. Si usted tiene paredes adyacentes al área que está tratando de desbastar, entonces este patrón podría hacer que la herramienta se hunda en el material. Una mejor opción es usar un patrón de separación que siga la pieza. Un patrón como tal evita que el ranurado inicie lejos de las paredes de la pieza y se introduzca en ellas. Aun cuando este patrón de herramienta incluye muchos movimientos rápidos, el tiempo de mecanizado total se reduce gracias al incremento en el stepover que permite este patrón. Una opción, incluso mejor, es usar un patrón trocoidal que monitorea la cantidad de embebido de la herramienta para mantener un umbral consistente.

2. Vincúlese con los niveles Z
En la mayoría de los casos, realizar el acabado de superficies 3D a través de las operaciones en el nivel Z (también conocidas como mecanizado "línea de agua" o "Z constante") proporciona un mejor contacto con el material y un acabado más consistente que las operaciones proyectadas de acabado. Las operaciones de nivel Z garantizan que la tasa de remoción de material y el contacto de la herramienta sean consistentes, con profundidades de corte axiales fijas y cortes arriba-abajo. En contraste, las operaciones de líneas paralelas proyectadas van hacia arriba y hacia abajo, según la geometría de la parte, provocando puntas significativas en el contacto axial cuando pasan por pendientes empinadas. De nuevo, si estas áreas de carga pico no dañan la herramienta, entonces las partes sin pendientes acentuadas del proceso se estarán cortando muy lentamente.

3. Conozca su controlador
Algunos controladores ofrecen modos de procesamiento de alta velocidad que proporcionan tasas de aceleración y desaceleración agresivas durante las operaciones de desbaste, donde una precisión de submicrones es demasiado. Por ejemplo, en las máquinas Makino que usan controladores Fanuc, con sólo activar el código M251 antes de los ciclos de desbaste es posible reducir el tiempo de desbaste en 30%. El controlador Siemens Sinumerik 840D ofrece un ciclo de alta velocidad similar (ciclo 832), el cual les permite a los usuarios ajustar varios modos de optimización de velocidad. Los sistemas avanzados CAM, como NX de UGS, proveen plantillas de operación con capacidad de ser personalizadas, y donde estos ajustes pueden prepararse una sola vez y luego usarse automáticamente.

4. Una menor longitud de herramienta es mejor
Una herramienta de corte es una viga empotrada, cuya fuerza de corte actúa en su extremo libre. Las ecuaciones físicas comprobadas muestran que la deflexión es exponencialmente proporcional a la longitud de la herramienta de corte.

Por ejemplo, una herramienta de diámetro de 6 mm, ajustada a una longitud de 24 mm, podría deflectarse 50% más que la misma herramienta ajustada a 20 mm de longitud.

La deflexión en el filo de corte es la principal causa detrás de varios efectos negativos, como la vibración, el bamboleo y la carga de impacto. De aquí que sea importante mantener esta deflexión en un mínimo. Reducir la longitud de la herramienta es la forma más fácil de controlar la deflexión de la herramienta y mantener altas tasas de remoción de material. El ayudante de longitud de herramienta en el NX Machining de UGS le da al usuario la menor longitud de la herramienta que sería suficiente para mecanizar una geometría dada.

5. Nunca ascienda de forma recta
Cualquier expedicionario podría decirle que ascender una montaña con un ángulo reduce la pendiente efectiva y facilita la travesía. Las montañas pendientes también son difíciles para los escariadores, porque tienen que abrazar más material en el lado superior de la cima. A medida que la pendiente se hace más inclinada (en las caras de caída de la mayoría de cavidades y núcleos de matrices, por ejemplo), el contacto axial puede punzar drásticamente. Esto podría quebrar la herramienta.

Existen dos técnicas para mitigar las puntas o picos de contacto que resultan de los ascensos inclinados. Uno es cambiar el ángulo de zigzag, de modo que la herramienta tome estas paredes inclinadas con un ángulo de 45° en lugar de tomarlas de frente. Ascender con un ángulo reduce la pendiente efectiva y alivia la sobrecarga. Un beneficio adicional de cortar a 45° es que los chaflanes que van a 0° y 90° se tocan sólo momentáneamente durante cada pase, dando tiempo a la herramienta de recuperarse. Cortar paralelamente a estos chaflanes incrementaría la carga durante unos pocos pases, elevaría posiblemente la temperatura de la punta de corte y debilitaría la herramienta.

Otra técnica para evitar la sobrecarga de la herramienta mientras se cortan paredes inclinadas es premecanizar estas paredes mediante operaciones en el nivel Z. El fresado por áreas en zigzag de la parte completa puede venir luego, pero el premecanizado de estas paredes significa que el fresado en zigzag puede evitar cargar la herramienta cuando se encuentre con estas paredes.

6. Interactúe con su diseñador de herramental]
Ciertas características requieren una programación y un mecanizado más cuidadoso que otras. Algunos ejemplos potenciales incluyen los pequeños radios de chaflanes cóncavos y ranuras angostas que se encuentran a menudo en componentes de moldes. Enseñarle a su diseñador de herramientas los retos del mecanizado de estas características puede facilitar mucho su trabajo.

Por ejemplo, la mayoría de las superficies de moldes tipo shut-off no necesita chaflanes y ranuras verticales estrechas. Podrían modificarse fácilmente para facilitar y agilizar el mecanizado de estas partes. En resumen, el mecanizado efectivo de alta velocidad puede no sólo involucrar la velocidad del husillo, la tasa de avance y la suavidad del patrón de la herramienta, sino también la atención a la naturaleza de los mismos patrones, e involucrar incluso una mayor comunicación.