OPTIMIZACION DEL FRESADO

Elección de la fresa y condiciones de corte óptimas

Previo análisis del efecto de algunas de las variables del proceso

Geometría del corteTipo de fresado

Tipo de fresaÁngulos de la misma

Formación y capacidad de evacuación de la viruta

Posicionamiento fresa -pieza y otros factores

Requerimientos de caudal de viruta y calidad superficial

Algunos parámetros de fresado

min)/(1000

mnDV ⋅⋅= π

U = pr . pa . a´ (mm3/min)

min)/(´ mmaznana z⋅⋅=⋅=

)(mmzDu ⋅= π

Velocidad de corte

Caudal de viruta removida

Avance por minuto

Avance por plaquita o filo

Paso entre plaquitas

Angulo de colocación de la fresa: ϕ

)/(´ plaquitavueltammza

znaaz =⋅

=

Geometría del Corte

Fresado plano periférico o tangencial: Fresa tangencial

Fresado plano frontal: Fresa frontal

Tipo de fresado - Fresa

αa

ataque α: Se mide s/ plano ⊥ a arista de corteataque radial αr: Se mide s/ plano ⊥al eje de fresaataque axial αa: Se mide s/ plano // al eje de fresaincidencia γ: Idem anterior. No se muestrainclinación λ: Se mide s/ plano // a arista de corte. Evac.virutaposición κ: del filo principal. Afecta espesor de viruta y dir. de Fza. de corte

ANGULOSataque α: > α, < fza y pot, mat. blandosincidencia γ: > γ, < roce y vibrac., mat. blandoscuña β: > β, > rigidez, filo redondeado o doble faceta inclinación λ: λ ≠ 0, corte suave, Fza. axial

(λ=0)

Fresa frontal- Angulo κ

Fresa de “planear escuadrar”: κ=90º

• El avance no debe superar un cierto valor ⇒ esp. de viruta• La viruta puede atascarse• Fza. Radial > Fza. Axial: > vibrac., requiere > rigidez de husillo• Puntas de plaquita mas agudas y débiles.

• La prof. de corte pa puede ⇑ con < κ • Faxial / Fradial ⇑ con < κ (favor. c/ pieza o sist. de sujeción estables)• < κ, < Fza. de corte, > potencia específica

Fresa de planear : κ= 45 , 60 y 75º (mas comunes)

Recomendaciones: κ = 45º: En alesadoras (árboles porta fresas largos) κ = 90º: Operaciones de planear escuadrar κ = 60 y 75º: Operaciones no especificadas

Doble Negativa (αa y αr negativos) Fresas Frontal - ángulos de ataque (α a y α r )

Positiva –Negativa (αa positivo y αr negativo)

Doble Positiva (αa y αr positivos)

• Ambas caras de plaquitas útiles (8 filos)• Ang. γ de plaquita = 0. Se obtiene con la posición del asiento• > espesor de viruta y Fza. de corte• Dificulta evacuación de viruta p/ material de viruta continua• Aptas p/ aceros duros y fundición. Soporta impactos• Máq. c/ cojinete axial en mal estado

• Plaquitas con ángulo γ (una cara útil: 4 filos)• < espesor de viruta , < Fza. de corte y potencia• piezas poco rígidas • Materiales dúctiles y duros de viruta larga• Flujo de viruta helicoidal hacia afuera

• Plaquitas positivas o negativas c/ ang. γ • Grandes desbastes • Virutas helicoidales, fáciles de evacuar

Formación y capacidad de evacuación de la viruta

Fresas de planear con geometría de corte positiva (αa positivo) • Produce virutas helicoidales que fluyen hacia afuera de su alojamiento. • Alojamientos de virutas relativamente pequeños• Es posible utilizar mayor número de plaquitas y mayor caudal de viruta.

Fresas de corte tangencial o de planear con geometría negativa • Las virutas no salen del alojamiento (y la plaquita terminó de cortar) • Alojamientos de la viruta acorde al tamaño de la viruta• Paso entre plaquitas relativamente grande• Para grandes piezas c/ fresas de planear • Gran espesor de viruta c/ fresa tangencial

(αa negativo)

Capacidad de corte (pa)= Diámetro de fresa y ancho de corte≠ Geometría≠ número de filos

pa

mm

a´

pa

mm

a´

Selección de la fresa (Distintos tipos de fresa: de planear, de disco y ranurar)

Diámetro de la fresa

Factores a tener en cuenta: ancho de la pieza (pr) y potencia disponible. • Si Φfresa ≤ pr : espesor de viruta inicial = 0 p/ fresado en oposición, mala terminación DEBE SER: Φfresa ≥ 1,2 pr

• Si la potencia disponible es insuficiente, conviene seleccionar una fresa pequeña y fresar en varias pasadas transversales.

Fresas de planearplaquitas de metal duro

• Diámetro• Posición relativa fresa-pieza• Paso entre plaquitas

Fresas de planear - Posición relativa fresa - pieza

Tipo de Corte.Longitud de corte para cada filoNúmero de plaquitas cortando a la vezFuerzas de corte

FACTORES RELACIONADOS QUE AFECTAN EL RESULTADO DEL MECANIZADO

Tipo de Corte

Contacto con la pieza (posibles)

• Puntos: S,T,U,V

• Aristas: TU,UV,VS,ST

• Superficie:STUV

Contacto en S, T y ST

Contacto en U, V y UV

a´a´

Longitud de corte

a´

a´

corte largo

corte corto

Número de plaquitas en corte

a´

Si Φfresa >> pr , fresa descentrada

Fuerzas de Corte (dirección radial)

a´ a´

Fresa en posición central• Vibraciones en máquinas con juegos en los rodamientos• El eje se mueve de un lado a otro• Espesor medio de viruta grande (dado un az)

Fresa descentrada respecto de la pieza• Dirección constante de la fuerza de corte• Compensa los juegos. No afecta centrado del eje

Fresas de planear - Posición relativa fresa - pieza

> duración del filo

Fresas de planear - Paso entre filos

Mayor cantidad de plaquitas (paso reducido)

• Demanda > potencia • > costo de la herramienta• > avance de máquina (a´= az . z . n) .

• Pequeño avance por plaquita az • Piezas de pared delgada • > cantidad de plaquitas en corte • > caudal de viruta (a´. pa . pr), Geometría +

Factores a tener en cuenta

ancho de la pieza (pr) y profundidad axial (pa)_ Φfresaestabilidad de máquina y piezapotencia disponible (en desbaste)avance por plaquita recomendado (az)calidad superficial requerida

Menor cantidad de plaquitas z (paso grande)

• Máquinas de potencia limitada• Menor caudal de viruta• Si las vibraciones son excesivas .

• Mayor espacio para evacuar virutas• Grandes piezas. Material de viruta larga

Paso normal• Sin limitación de potencia de máquina• Avance por plaquita moderado • Mecanizado de fundición (elevado roce)

Paso diferencial (dist. e/ plaquitas desigual)

• Frecuencia de vibraciones irregular• Reduce prob. de resonancia• Evita vibraciones perjudiciales

Fresas circulares o de discoAcero rápido y metal duro

• Diámetro de corte ~ profundidad a cortar > Φfresa ⇒ muchas plaquitas cortan simultáneamente

• Diseño: de 2 cortes: corte periférico y un lateral (fresado-escuadrado) de 3 cortes: corte periférico y ambos laterales (p/ ranuras)

• Angulo de inclinación o de hélice (λ) ~ Φfresa y ancho de la ranura corte gradual dirección lateral de las virutas > profundidad de corte, salida lateral e/ la pieza y la fresa s/ atascamiento

A: excluye mecanizado de ranuras profundas en una pasada

(λ) ~ Φfresa y ancho de la ranura

Fresas circulares o de discoTipo de operación

Fresas de ranurar de corte frontal y periférico (tipo vástago)

De plaquitas intercambiables (metal duro) De plaquitas intercambiables (metal duro, filo largo) Fresas integrales de metal duro De acero rápido Fresas para ranurar y taladrar (3 cortes): filo al centro C/ ángulo de hélice + ó -: corte gradual, fza. axial hacia el husillo (-)

Taladrar y ranurarΦ > 15mm, z=1a 4Positivas: viruta largaNegativas: fundición

De filo largo Φ > 20mm > Profundidad de corte

Metal duro integralΦ < a 8 hasta 25mmPrecisión (máquinas transfer y CNC)Riesgo de roturas

Potencia requerida. Cálculo de las condiciones óptimas de corte

Eficiencia de las fresadoras (η)Relación e/ Pot.salida / Pot.absorbida

KWKappKU

P smrasm

ηη .6120000´...

.1000.36,1.60.75=

⋅=

Expresión de la potencia

Fuerza esp. de corte Ksm [Kg/mm2] ~ material, geometría del corte (α), espesor med. de viruta

Caudal de viruta U [mm3/min]= pr [mm/min] . pa [mm/min] . a´ [mm/min]

Avance de la mesa (pieza) a´ [mm/min] = n fresa [rpm]. z [filos]. az [mm/filo]

Potencia disponible Fresa (Φ, z, geometría) y condiciones de corte (pa, pr, a´)

Vc

Fuerza específica de corte

Tipo de material

Tipos de Material Dureza HB Ksm [kg/mm2]

Acero al Carbono C: 0,15% C: 0,35% C: 0,70%

125150250

275300330

Acero baja aleación, recocido Templado

125-200200-450

320390

Aceros alta aleación, recocido Templado

150-250250-500

350410

Aceros inoxidables, ferríticos Austeníticos

175-225150-200

360390

Acero fundido, no aleado baja aleación alta aleación

225150-250150-300

260280320

Acero extraduro >50 HRC 675

Fundición maleable, viruta corta viruta larga

110-145200-250

220200

Fuerza específica de corte para hm = 0,2mm y ángulo de ataque = -7º

az

Fresa circular

pr

Dpah r

zm =

Fuerza específica de corte

Espesor medio de viruta hm( el espesor de viruta es variable)

Geometría de la herramienta

Angulo α: Cada grado ⇒ Ksm varía del 1 a 1,5% Si α = + 5º , Ksm es 10 a 15% menor

Angulo κ: Varía el espesor medio de viruta ⇒ Ksm

az

pr

Fresa frontal Dpasenh rz

m ..

.360.ϕπ

κ=

Cálculo de la Potencia1. Determinación del espesor medio de viruta hm en mm

Para κ= 90º, valores de tabla aumentan un 4%Para κ= 60º, los valores disminuyen un 10%Para κ= 45º, los valores disminuyen un 25%

pr/D Espesor medio de viruta (hm) mm

Avance por plaquita (az) mm

0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,80 1,0

1/10 0,05 0,1 0,19 0,29 0,38 0,48 0,58 0,77 0,96

2/10 0,05 0,1 0,19 0,29 0,38 0,48 0,57 0,76 0,95

3/10 0,05 0,09 0,19 0,28 0,38 0,47 0,56 0,75 0,94

4/10 0,05 0,09 0,19 0,28 0,37 0,47 0,56 0,74 0,93

1/2 0,05 0,09 0,18 0,28 0,37 0,46 0,55 0,74 0,92

6/10 0,04 0,09 0,18 0,27 0,36 0,44 0,53 0,71 0,89

7/10 0,04 0,09 0,17 0,26 0,35 0,43 0,52 0,70 0,87

8/10 0,04 0,08 0,16 0,25 0,33 0,41 0,49 0,66 0,82

9/10 0,04 0,08 0,15 0,23 0,31 0,39 0,46 0,62 0,77

1/1 0,03 0,07 0,12 0,18 0,24 0,31 0,37 0,49 0,61

Fresado con fresa centrada respecto a la pieza y κ= 75º

pr

hm aumenta con az y κ

y al disminuir pr/D

pr/D Espesor medio de viruta (hm) mm

Avance por plaquita (az) mm

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,80 1,0

1/20 0,02 0,04 0,07 0,09 0,11 0,13 0,18 0,22

1/10 0,03 0,06 0,10 0,13 0,16 0,19 0,26 0,32

2/10 0,04 0,09 0,13 0,17 0,22 0,26 0,34 0,43

3/10 0,06 0,10 0,16 0,21 0,26 0,31 0,42 0,52

4/10 0,06 0,12 0,18 0,24 0,30 0,35 0,47 0,59

½ 0,06 0,13 0,19 0,25 0,32 0,38 0,50 0,63

6/10 0,07 0,14 0,20 0,27 0,34 0,41 0,54 0,68

7/10 0,07 0,14 0,21 0,28 0,36 0,43 0,57 0,71

8/10 0,07 0,14 0,22 0,29 0,36 0,43 0,58 0,72

9/10 0,07 0,14 0,21 0,28 0,36 0,43 0,57 0,71

1/1 0,06 0,13 0,19 0,25 0,32 0,38 0,50 0,63

pr

Para κ= 75º, valores de tabla disminuyen un 4%Para κ= 60º, los valores disminuyen un 14%Para κ= 45º, los valores disminuyen un 30%

Cálculo de la Potencia1. Determinación del espesor medio de viruta hm en mm

Fresado con fresa de planear o de disco desplazada del centro y κ= 90º

hm aumenta con az

y al aumentar pr/D

Determinación de la fuerza específica de corte Ksm

Para el tipo de material se obtiene Ksm (hm = 0,2mm y = -7º)

Correcciones de Ksm

• acorde al valor de hm que se va a utilizar

• acorde al ángulo que se va a utilizar Ej: = +3º , Ksm es un 15% más bajo que con = -7º.

hm [mm] 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

Coeficiente fh 1,50 1,23 1,10 1,00 0,94 0,89 0,85 0,81 0,79 0,76 0,72 0,69 0,66 0,64 0,62

Coeficiente (fh) para varios espesores medios de viruta

Ksm =+3º, hm 0,26 = fh . Ksm hm=0,2, =+3º

Ksm disminuye al aumentar az , hm y

Ksm varía con pr/D

Determinación de las condiciones óptimas de corte

Según el criterio del Máximo caudal de viruta Umáx = (pr. pa. a´)máx,

• deberá emplearse la máxima potencia disponible en la máquina • mínimo Ksm.• az máximo (dato del fabricante de herramientas) ⇒ hm máximo ⇒ Ksm minimo• Incógnita: Vc