Desarrollo de herramientas semiesféricas para acabado de moldes
En el mecanizado de moldes, junto a la máquina y una correcta técnica de programación CAD/CAM, la herramienta de corte es uno de los factores clave. La correcta utilización de ésta influye directamente, además de en la calidad del molde, en su coste de fabricación básicamente a través de dos conceptos:
- El coste de la herramienta se imputa directamente al coste del molde, por lo que es necesario que la duración sea la máxima posible.
- Las condiciones de corte influyen directamente en la duración del mecanizado, por lo tanto, en el tiempo de fabricación del molde. Por esto las condiciones de corte deben ser lo más altas posibles de acuerdo con la duración óptima de la herramienta.
En el mecanizado a alta velocidad el precio de las herramientas es hasta 3 y 4 veces mayor que en del mecanizado convencional, por lo que los fabricantes de herramientas están haciendo un esfuerzo continuo para mejorar el redimiendo de éstas.
En este apartado se presentan los resultados del trabajo para la mejora de herramientas de acabado de moldes mediante fresado a alta velocidad.
Los objetivos de este desarrollo son aumentar el rendimiento de las herramientas de fresar en acabado de material para moldes tratado térmicamente, así como realizar una comparativa con otros fabricantes de herramientas del sector.
Se han modificado: el substrato, la geometría y el recubrimiento de la herramienta. El material mecanizado es un acero de moldes 1.2379 tratado a 58 Hrc.
Tal y como se puede observar en la Figura 1 la geometría mecanizada está diseñada de manera que se combinan tanto el mecanizado en concordancia, como el mecanizado en oposición con el mecanizado ascendente y descendente. Situaciones que se suelen dar frecuentemente en el mecanizado de moldes.
En la figura 2 se puede observar la máquina y la herramienta utilizada en el ensayo. La máquina es un centro de mecanizado de alta velocidad LAGUN GVC 1000 HS, que dispone de un cabezal hasta 18.000 rpm y 15 Kw de potencia. El control numérico es el CNC Fagor 8070 de última generación.
La herramienta es semiesférica de diámetro 10 mm. En el estudio se ha utilizado la que hasta la actualidad era considerada herramienta estándar de Kendu para esta aplicación, nuevos desarrollos de Kenduy herramientas de su competencia (un total de 10 herramientas) (ver tabla 1).
Entre las mejoras realizadas a las herramientas destacan el aumento del tamaño del núcleo (Figura 3), el empleo de nuevos substratos de metal duro (Figura 4), etc.
Los resultados obtenidos de los ensayos se recogen en el grafico de la Figura 5, donde se observa que la herramienta denominada Kendu4 proporciona unos resultados notablemente mejores que el resto de las herramientas.
El mecanizado se ha realizado en seco y con las siguientes condiciones de corte: Velocidad de corte: 314 m/min, RPM: 10.000, Fz:0.15 mm/z, Ae: 0.3 mm, Ap: 0.1 mm.
En la Figura 6 se aprecian los desgastes obtenidos en la cara de incidencia para diferentes tiempos de mecanizado entre la herramienta estándar y la herramienta mejorada. Se observa que se ha mejorado notablemente el rendimiento de la herramienta para acabado de moldes en material templado a 58 HRC (herramienta estándar = desgaste 0.38mm con 3 horas de mecanizado y herramienta mejorada = desgaste 0.11mm con 5 horas de mecanizado).
Desarrollo de herramientas de microfresado
Otro campo de gran desarrollo actual es la miniaturización de los componentes mecánicos de los productos. Ello acarrea junto con los avances en las máquinas y los sistemas productivos, la miniaturización de las herramientas de corte.
Con objeto de elegir el mejor material base para la herramienta, el recubrimiento y la geometría más idónea de microfresas, E.P.S.-M.U. ha realizado ensayos sistemáticos de ranurado en acero tratado a 44HRc y 58HRc con herramienta de 1mm de diámetro. En total se han ensayado 3 geometrías de herramienta, dos materiales de sustrato y dos recubrimientos. La vida de la herramienta que mejores resultados ha dado, fue superior a 10 horas de mecanizado en el acero de 58HRc.
En el conjunto pieza-herramienta-portaherramientas mostrado en la Figura 7 se aprecia el diminuto tamaño de las microfresas ensayadas. En la figura 8 se muestra un zoom de la geometría de la herramienta de 1mm de diámetro.
Para realizar la validación de la geometría, sustrato y recubrimiento seleccionados mediante el ensayo anterior, se realizó una comparación de herramientas de diámetro de 0.6 mm con herramientas de la competencia, mecanizando acero sin tratar de 1000N/mm2, acero tratado a 44HRc y acero tratado a 58HRc.
Los resultados de la comparación revelaron que la herramienta analizada (Figura 9) se encontraba a un nivel semejante o incluso superior al de otro fabricante (Figura 10).
Para la realización de estos ensayos de testeo de microherramientas, así como para el desarrollo y testeo de procesos de micromecanizado, E.P.S.-M.U. cuenta con equipamiento específico, de las cuales destacan:
- Fresadora de ultra precisión KERN Evo, cuyas características más destacables son:
- Revoluciones máximas: 160.000 r.p.m.
- Precisión en pieza: 2micras
- Acabos superficiales: Ra<0.2micras
- Aceleración: 8m/s2.
- Microscopio electrónico de barrido. En la Figura 13 se muestra la arista de corte de una microfresa con 4000 aumentos. Se observa un radio de arista de alrededor de 3 micras y la heterogeneidad en la deposición del recubrimiento. La Figura 14 muestra un microanálisis de la misma herramienta.
En la Figura 15 se presenta un ejemplo de aplicación de micromecanizado como es el caso de la fabricación de un microtroquel de embutición donde gran parte del mecanizado ha sido obtenido con una herramienta de 0.3 mm de diámetro.
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