Los materiales avanzados utilizados en aeronáutica permiten mejorar el rendimiento y la eficiencia de las aeronaves, pero plantean importantes retos en su mecanizado. La evolución de las herramientas de corte, especialmente en materiales, diseño y digitalización, está siendo clave para dar respuesta a estas exigencias. De ello habla en el artículo Andrei Petrilin, técnico senior de Iscar Ltd.
Los materiales de baja maquinabilidad, también conocidos como materiales difíciles de mecanizar, presentan una capacidad de mecanizado significativamente inferior a la de los materiales convencionales. Aunque su uso está extendido en diferentes sectores industriales, es en la industria aeronáutica donde adquieren una mayor relevancia.
En este ámbito, los materiales deben cumplir requisitos extremadamente exigentes: alta resistencia mecánica, bajo peso, resistencia a la fatiga, a la corrosión y a altas temperaturas. Estas propiedades son esenciales para garantizar la seguridad y el rendimiento de los componentes aeronáuticos, pero complican notablemente su mecanizado.
Entre los principales materiales utilizados, destacan los aceros de alta resistencia, las aleaciones de titanio, las súper-aleaciones resistentes al calor (HTSA) y los materiales compuestos. Todos ellos desempeñan un papel fundamental en aplicaciones críticas como motores a reacción, trenes de aterrizaje o estructuras aeronáuticas.
Propiedades que dificultan el mecanizado
Las características que hacen atractivos a estos materiales desde el punto de vista funcional son, precisamente, las que dificultan su mecanizado.
La elevada resistencia mecánica genera fuerzas de corte muy altas, lo que incrementa la carga sobre la herramienta. A esto se suma la baja conductividad térmica de materiales como el titanio, que provoca una acumulación de calor en la zona de corte y acelera el desgaste.
En el caso de las súper-aleaciones, el endurecimiento por deformación incrementa la dureza superficial durante el mecanizado, complicando el proceso. Por su parte, los materiales compuestos presentan un elevado carácter abrasivo y una estructura interna que puede dar lugar a fenómenos como la delaminación.
Además, factores como la elasticidad del titanio favorecen la aparición de vibraciones, afectando negativamente a la estabilidad del proceso, la precisión y el acabado superficial.
El resultado es un entorno de mecanizado altamente exigente, donde la vida útil de la herramienta se reduce, la productividad disminuye y los costes aumentan.
La herramienta de corte como factor determinante
El desarrollo de máquinas CNC y sistemas CAM ha permitido mejorar notablemente las capacidades de mecanizado. Sin embargo, el elemento clave sigue siendo la herramienta de corte, ya que es la que establece el contacto directo con el material.
Para responder a estos retos, el desarrollo de herramientas se centra en tres áreas fundamentales: materiales de corte, diseño geométrico y digitalización.
En cuanto a materiales, se buscan soluciones con mayor resistencia al desgaste, a la abrasión y a altas temperaturas. Esto incluye el uso de recubrimientos avanzados y materiales extraduros como cerámicas o CBN.
El diseño de la herramienta se orienta a optimizar la geometría de corte, mejorar la evacuación de viruta y aumentar la estabilidad del proceso. Por último, el componente digital permite simular procesos, optimizar parámetros y mejorar la eficiencia global.
Innovación en materiales de corte
En línea con estas tendencias, Iscar ha desarrollado nuevas calidades de metal duro con recubrimiento PVD específicamente diseñadas para materiales de baja maquinabilidad.
La calidad IC1017 está orientada al torneado de súper-aleaciones base níquel, ofreciendo una elevada resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Por su parte, la IC716 está optimizada para el fresado de aleaciones de titanio, combinando tenacidad y resistencia al calor.
La gama de fresas de metal duro integral antivibratorias se ha ampliado con nuevos diseños realizados en la calidad de color bronce IC608, primera opción para el mecanizado de materiales ISO S (súper-aleaciones y titanio).
Asimismo, la calidad IC5600 ha sido desarrollada para el mecanizado de aceros de alta resistencia. La combinación de sustrato, recubrimiento CVD y tratamiento posterior permite mejorar significativamente el comportamiento frente al desgaste por abrasión y la carga térmica, facilitando el trabajo a mayores velocidades de corte.
Geometría y diseño: claves del rendimiento
El diseño de la herramienta desempeña un papel esencial en el mecanizado de estos materiales. Una de las soluciones más destacadas es la familia CERMILL (Fig.1), compuesta por fresas de mango integral con plaquitas redondas de una cara. Su sistema de fijación permite una elevada rigidez y una mayor densidad de dientes, lo que se traduce en una mayor productividad. Además, las plaquitas cerámicas utilizadas son especialmente adecuadas para el mecanizado de súper-aleaciones resistentes al calor.
Otra solución relevante es QUICK-X-FLUTE (Fig. 2), una familia de fresas multidiente diseñada para operaciones de desbaste con altos índices de arranque de material. Estas herramientas incorporan plaquitas de doble cara con múltiples filos de corte, lo que mejora la rentabilidad. Su geometría optimizada permite un equilibrio eficaz entre rigidez y evacuación de viruta.
En el ámbito de la estabilidad, destacan las soluciones antivibratorias (Fig. 3), que permiten mecanizar a mayores profundidades sin comprometer la precisión. Entre ellas, se incluyen barras de mandrinar de gran alcance y sistemas de fresado con conexión MULTI-MASTER, que aportan flexibilidad y repetibilidad.
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