Introducción
Al diseñar fresas de carburo para aluminio, es fundamental considerar exhaustivamente la selección de materiales, la geometría de la herramienta, la tecnología de recubrimiento y los parámetros de mecanizado. Estos factores aseguran un mecanizado eficiente y estable de las aleaciones de aluminio, al tiempo que prolongan la vida útil de la herramienta.
1. Selección de Materiales
1.1 Sustrato de Carburo: Se prefiere el carburo tipo YG (por ejemplo, YG6, YG8) debido a su baja afinidad química con las aleaciones de aluminio, lo que ayuda a reducir la formación de filo recrecido (BUE).
1.2 Aleaciones de Aluminio con Alto Contenido de Silicio (8%–12% Si): Se recomiendan herramientas recubiertas de diamante o carburo de grano ultrafino sin recubrimiento para evitar la corrosión de la herramienta inducida por el silicio.
1.3 Mecanizado de Alto Brillo: Se sugieren fresas de carburo de tungsteno de alta rigidez con pulido de bordes de precisión para lograr un acabado superficial similar a un espejo.
2. Diseño de la Geometría de la Herramienta
2.1 Número de Ranuras: Un diseño de 3 ranuras se utiliza comúnmente para equilibrar la eficiencia de corte y la evacuación de virutas. Para el desbaste de aleaciones de aluminio aeroespaciales, se puede elegir una fresa de 5 ranuras (por ejemplo, Kennametal KOR5) para aumentar la velocidad de avance.
2.2 Ángulo de Hélice: Se recomienda un ángulo de hélice grande de 20°–45° para mejorar la suavidad del corte y reducir la vibración. Los ángulos excesivamente grandes (>35°) pueden debilitar la resistencia de los dientes, por lo que se requiere un equilibrio entre la nitidez y la rigidez.
2.3 Ángulos de Ataque y de Despeje: Un ángulo de ataque mayor (10°–20°) reduce la resistencia al corte y evita la adhesión del aluminio. Los ángulos de desprendimiento son generalmente de 10°–15°, ajustables según las condiciones de corte, para equilibrar la resistencia al desgaste y el rendimiento de corte.
2.4 Diseño de la Canal de Viruta: Las ranuras en espiral anchas y continuas aseguran una rápida evacuación de virutas y minimizan la adherencia.
2.5 Preparación del Filo: Los filos de corte deben permanecer afilados para reducir la fuerza de corte y evitar la adhesión; el chaflanado adecuado mejora la resistencia y evita el astillado del filo.
3. Opciones de Recubrimiento Recomendadas
3.1 Sin Recubrimiento: En muchos casos, las fresas de aluminio no están recubiertas. Si el recubrimiento contiene aluminio, puede reaccionar con la pieza de trabajo, causando delaminación o adhesión del recubrimiento, lo que lleva a un desgaste anormal de la herramienta. Las fresas sin recubrimiento son rentables, extremadamente afiladas y fáciles de rectificar, lo que las hace adecuadas para la producción de tiradas cortas, la creación de prototipos o aplicaciones con requisitos de acabado superficial moderados (Ra > 1,6 μm).
3.2 Carbono Tipo Diamante (DLC): El DLC es a base de carbono, con una apariencia similar al arcoíris, que ofrece una excelente resistencia al desgaste y propiedades antiadherentes, ideal para el mecanizado de aluminio.
3.3 Recubrimiento TiAlN: Aunque el TiAlN proporciona una excelente resistencia a la oxidación y al desgaste (3–4 veces más vida útil que el TiN en acero, acero inoxidable, titanio y aleaciones de níquel), generalmente no se recomienda para aluminio porque el aluminio en el recubrimiento puede reaccionar con la pieza de trabajo.
3.4 Recubrimiento AlCrN: Químicamente estable, antiadherente y adecuado para titanio, cobre, aluminio y otros materiales blandos.
3.5 Recubrimiento TiAlCrN: Un recubrimiento de estructura gradiente con alta tenacidad, dureza y baja fricción. Supera al TiN en rendimiento de corte y es adecuado para el fresado de aluminio.
Resumen: Evite los recubrimientos que contengan aluminio (por ejemplo, TiAlN) al mecanizar aluminio, ya que aceleran el desgaste de la herramienta.
4. Consideraciones Clave
4.1 Evacuación de Virutas: Las virutas de aluminio tienden a adherirse; se requieren diseños de ranuras optimizados (por ejemplo, bordes ondulados, ángulos de ataque grandes) para una evacuación suave.
4.2 Método de Enfriamiento:
4.2.1 Prefiera el enfriamiento interno (por ejemplo, Kennametal KOR5) para reducir la temperatura de corte y eliminar las virutas.
4.2.2 Use fluidos de corte (emulsiones o refrigerantes a base de aceite) para reducir la fricción y el calor, protegiendo tanto la herramienta como la pieza de trabajo.
4.2.3 Asegúrese de un flujo de refrigerante suficiente para cubrir la zona de corte.
4.3 Parámetros de Mecanizado:
4.3.1 Corte a Alta Velocidad: Las velocidades de corte de 1000–3000 m/min mejoran la eficiencia al tiempo que reducen la fuerza de corte y el calor.
4.3.2 Velocidad de Avance: Aumentar el avance (0,1–0,3 mm/diente) aumenta la productividad, pero se debe evitar la fuerza excesiva.
4.3.3 Profundidad de Corte: Típicamente 0,5–2 mm, ajustada según los requisitos.
4.3.4 Diseño Anti-Vibración: La hélice variable, el espaciamiento desigual de las ranuras o las estructuras de núcleo cónico pueden suprimir el traqueteo (por ejemplo, KOR5).
Conclusión
Los principios de diseño fundamentales de las fresas de carburo para aluminio son baja fricción, alta eficiencia de evacuación de virutas y rendimiento antiadherente. Los materiales recomendados incluyen carburo tipo YG o carburo de grano ultrafino sin recubrimiento. Las geometrías deben equilibrar la nitidez con la rigidez, y los recubrimientos deben evitar los compuestos que contengan aluminio. Para acabados de alto brillo o aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio, los diseños optimizados de bordes y ranuras son esenciales. En la práctica, el rendimiento se puede maximizar combinando los parámetros de mecanizado adecuados (por ejemplo, alta velocidad, fresado en subida) con estrategias de enfriamiento efectivas (por ejemplo, refrigerante interno).
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