Una revisión de los principales parámetros para optimizar el proceso

El fresado es un proceso fundamental en el mecanizado, donde se retiran virutas de un material mediante una herramienta de corte. La calidad del fresado depende de múltiples factores, como la rugosidad de la superficie, la formación de virutas, el desgaste de la herramienta, la tasa de eliminación de material y las limitaciones de potencia. La interacción entre estos parámetros afecta la calidad del producto y la eficiencia del proceso. Para optimizar el fresado, es crucial comprender y controlar estos factores, lo que se logra mediante pruebas de mecanizado y modelos predictivos.

El mecanizado es el método de fabricación más popular en la industria. El fresado es un método muy utilizado en las operaciones de mecanizado. Es el proceso de remover las virutas del material de la herramienta de corte con el movimiento de una herramienta sobre una pieza pudiendo ser el movimiento de arranque tanto de la pieza como de la herramienta, coordinando el movimiento de avance de los ejes coordenados con el de los planos de corte de la herramienta. El proceso de corte utilizado en este procedimiento no es de bordes simples como en el proceso de torneado, sino de múltiples bordes. Por lo tanto, los tests de mecanizado, que venían siendo populares, son diferentes de los que generalmente se llevan a cabo para comprender los mecanismos de corte y para asegurar que las piezas son producidas como se desean. La dificultad de realizar estas pruebas se debe a los cambios no deseados debidos a la interacción de la herramienta de corte y el material de la pieza de trabajo con otros procesos durante el mecanizado. Estos cambios están relacionados con la herramienta, la temperatura, la fuerza de corte y la resistencia de la superficie. Los parámetros de mecanizado utilizados durante el proceso (avance de corte, refrigeración, condiciones de corte, etc.) constituyen los criterios de los ensayos de mecanizado. En estos criterios, los parámetros de salida como la temperatura, la fuerza, el ruido y la rugosidad se producen durante el proceso. Con la interacción de los parámetros de entrada y salida, se garantiza que el producto tenga la calidad deseada y se mantenga la eficiencia. Por lo tanto, las pruebas de mecanizado son muy importantes en la industria. Algunas de las propiedades de mecanizado de los procesos de fresado son, entre otras:

• La rugosidad superficial depende de factores como la geometría de la herramienta, la velocidad de corte, la velocidad de avance y la profundidad de la corte.
• Formación de virutas: el tipo y la forma de la viruta producida por el mecanizado puede afectar al acabado superficial y al desgaste de la herramienta. Es deseable que las virutas sean largas y continuas, mientras que las virutas cortas y rotas pueden causar desgaste de la herramienta y problemas de rugosidad en la superficie de la pieza.
• Desgaste de la herramienta: la herramienta de corte puede experimentar diferentes tipos de desgaste durante el fresado, incluido el desgaste del flanco, el cráter y el astillado. El ratio y tipo de desgaste depende de diferentes factores, como el material de la herramienta, el recubrimiento, la velocidad de corte, el proceso de avance y la profundidad de corte.
• Tasa de eliminación de material: la tasa de eliminación de material (MRR) es el volumen de material eliminado por tiempo. El MRR depende de factores tales como las propiedades de corte, avance, profundidad de corte y de las piezas de trabajo.
• Limitaciones de potencia: las condiciones de penetración durante el proceso dependen de los parámetros de corte, la geometría y el material de la herramienta, así como de las características del material de la pieza. El alto consumo de energía puede indicar un desgaste excesivo de la herramienta o un proceso de fabricación ineficiente.
• Integridad de la superficie: el proceso de fresado puede afectar a la integridad de la superficie de la pieza de trabajo, incluidas las tensiones residuales, el endurecimiento de la superficie y las diferencias microestructurales. La integridad de la superficie depende de factores como los parámetros de corte, las propiedades del material de la pieza de trabajo y los métodos de enfriamiento y lubricación.

La creación de un sistema de mecanizado apropiado e ideal en el fresado permite un funcionamiento fiable. Uno de los parámetros de salida más importantes es el desgaste de la herramienta. El resultado de esto es que los parámetros de salida se ven afectados negativamente debido a que los parámetros del mecanizado afectan al desgaste de la herramienta. Es decir, el desgaste de la herramienta se ve afectado por la velocidad de corte, el ratio de avance, la resistencia al desgaste de la herramienta, la vibración, la temperatura, la mala calidad de la superficie sin mecanizar y las altas fuerzas de corte durante el proceso. De este modo, se produce un cambio continuo en las dimensiones de la pieza, lo que se traduce en un aumento del número de rechazo de piezas. Para evitar estas situaciones negativas, es necesario determinar la cantidad de desgaste mediante métodos de medición. Si hay mediciones defectuosas en línea con las variables medidas, se cambian los parámetros requeridos y las condiciones de mecanizado para minimizar el desgaste y los errores en la pieza y se ajuste al tamaño y la calidad deseados.
Otro criterio importante de las pruebas de mecanizado es la rugosidad superficial. La herramienta que utilizamos es el factor más importante que afecta al deterioro de la superficie de mecanizado del material de la pieza de trabajo. Como resultado de la superficie deficiente, la pieza no se producirá dentro de las tolerancias de calidad y provocará que las tendencias geométricas variarán del comienzo al final de mecanizado. Además, dependiendo de la cantidad de aumento del desgaste, la fuerza de corte requerida para arrancar viruta también aumenta, lo que puede llevar a una rotura de la herramienta. Las resistencias que se producen durante el arranque de virutas son superadas por las fuerzas de corte. Las fuerzas de corte pueden causar deformaciones en la pieza de trabajo y afectan a la calidad de la superficie y a la herramienta. El sistema de corte formado por la pieza-herramienta-máquina es un sistema flexible. Por lo tanto, durante la eliminación de viruta, pueden producirse vibraciones debido a la fuerza de corte variable. Cuando estas vibraciones son severas, también crean un problema, lo que provoca una mala calidad de la superficie.

El efecto de las fuerzas de corte en el fresado
Con el fin de llevar a cabo operaciones eficientes en el proceso de fresado, las fuerzas de corte deben determinarse y las herramientas de corte y las piezas de trabajo deben seleccionarse y dimensionarse correctamente. Por lo tanto, es necesario investigar la fuerza de corte en detalle. El espesor de la viruta formada por el proceso varía a lo largo del ciclo de corte, lo que se refleja en fuerzas de corte variables y condiciones de contacto. Por añadido, se producen fluctuaciones en las fuerzas de corte al haber más de una línea de corte trabajando durante el fresado. Las fuerzas de corte varían en función de los factores que se derivan de la tensión, de la temperatura de la pieza, de la geometría de la herramienta de corte, de la tipicidad de la viruta formada en el proceso, y los parámetros de mecanizado.