El fresado de formas es una tecnología de mecanizado de precisión. Utiliza herramientas de perfil especiales para copiar formas directamente en una pieza de trabajo. Este método es ideal para superficies complejas y para la producción de piezas en grandes lotes. Esta guía explica su definición, funcionamiento, tipos de herramientas, ventajas y desventajas. También aborda desafíos, usos y comparaciones para ofrecer consejos prácticos.
¿Qué es el fresado de formas?
El fresado de formas es una proceso de fresado preciso. Utiliza herramientas especiales para crear perfiles y formas complejas. Este proceso es vital en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la médica. Permite la creación eficiente de piezas precisas. El fresado de formas utiliza fresas con formas específicas. Estas fresas copian directamente sus perfiles en la pieza de trabajo.
Es un proceso de mecanizado que utiliza una fresa con un perfil específico. Esta herramienta copia directamente su forma en la pieza, como un grabado inverso. El método se basa en la forma geométrica de la herramienta para crear el perfil final. No requiere trayectorias de movimiento complejas. El proceso se centra en el uso de herramientas de corte de perfiles especiales para dar forma a superficies complejas. A diferencia de otros métodos de fresado general, el fresado de formas permite completar formas detalladas en una sola pasada. Esto garantiza una alta precisión y consistencia.
El fresado de formas es un método de conformado donde la forma final depende de la geometría de la herramienta y no de la trayectoria de movimiento entre la herramienta y la pieza. Esto lo distingue de otros métodos de mecanizado. Por ejemplo, el método de generación, como el tallado con fresa madre, forma formas mediante un movimiento relativo continuo, como la creación de engranajes evolventes. El método de trayectoria, que incluye el fresado de perfiles CNC, utiliza trayectorias de herramienta programadas y fresas estándar para escanear la superficie capa por capa. El fresado de formas es más eficiente y específico, lo que lo hace ideal para producir muchos perfiles idénticos. En comparación, los métodos de generación y trayectoria ofrecen mayor flexibilidad para formas con detalles variables, como perfiles de engranajes con diferentes parámetros.
¿Cuál es el principio de funcionamiento del fresado de formas?
El principio de funcionamiento del fresado de formas se basa en una interacción precisa. La herramienta y la pieza interactúan mediante fresas especiales para crear formas complejas. El proceso comienza con la elección de una fresa que se adapte a la forma requerida. Esta elección se optimiza en función del material y las necesidades de la pieza. A continuación, se alinea la fresa con la pieza. La fresadora gira la fresa mientras la pieza avanza. Esto crea un movimiento relativo. En proyectos con materiales duros como las aleaciones de titanio, este principio garantiza un conformado preciso de la superficie.
Análisis del flujo de procesos
El perfil de la herramienta y el perfil de la pieza de trabajo tienen una relación simétrica. Esto significa que una forma convexa de la herramienta crea una forma cóncava de la pieza de trabajo, y a la inversa también. El movimiento de corte utiliza la rotación de la fresa como movimiento principal. La pieza de trabajo se desplaza en dirección axial o radial como movimiento secundario. En el fresado de conformación, la forma de la herramienta se copia directamente en la pieza de trabajo. En Yonglihao, nos aseguramos de que la alineación sea precisa. Esto ayuda a evitar errores causados por el desfase.
- Duplicación del perfil de la herramienta: Una fresa convexa produce una pieza cóncava. Esto garantiza una coincidencia precisa.
- Moción principal: La fresa gira a alta velocidad, lo que proporciona la fuerza de corte.
- Movimiento de alimentación: La pieza se mueve en línea recta. Esto transfiere la forma.
Parámetros de corte de llaves
La velocidad, el avance y la profundidad de corte afectan directamente la precisión de la forma. También inciden en la rugosidad superficial. Una velocidad alta puede mejorar la eficiencia, pero genera más calor. Esto puede provocar un aumento de la rugosidad. Un avance moderado equilibra la productividad y la calidad. Una profundidad de corte reducida reduce la vibración y mejora la precisión. La rigidez del proceso es fundamental. La gran área de contacto exige mucho a las máquinas herramienta y sus accesorios. En nuestra producción por lotes, el aumento de la rigidez ha reducido el riesgo de vibraciones.
- Influencia de la velocidad: Una velocidad excesiva puede causar fácilmente deformaciones por calor. Sugerimos ajustar la velocidad según el material (p. ej., 200-300 m/min para acero).
- Velocidad de alimentación: Una tasa de 0,1-0,3 mm por diente garantiza un acabado de Ra < 1,6 μm.
- Profundidad de corte: Utilice capas poco profundas en varias pasadas. Esto evita sobrecargar la máquina.
¿Qué es una fresa de forma?
Las fresas de forma son las herramientas principales de este proceso. Están diseñadas con perfiles especiales para crear formas complejas. Disponemos de una amplia variedad de modelos y también podemos personalizarlos. En proyectos de moldes, las herramientas personalizadas ayudan a crear cavidades precisas.
Una fresa de forma es una herramienta de perfil especial. Su forma se ajusta exactamente al perfil de la pieza de trabajo. Su característica única es su estructura de destalonado. El rectificado de la cara del diente proporciona un ángulo de destalonado. Esto garantiza que, tras reafilar la cara de desprendimiento, la forma de la sección transversal no se altere. Esto garantiza la consistencia de los perfiles mecanizados. Durante la fabricación, se suele utilizar acero rápido (HSS) o carburo. El proceso prioriza la precisión para evitar errores.
Tipos comunes de fresas de forma
Existen diversos tipos de fresas de conformación. Cada tipo está diseñado para tareas específicas.
- Cortadores cóncavos: Se utilizan para mecanizar perfiles semicirculares convexos. Su diseño dentado garantiza un corte uniforme y ayuda a evitar puntos de tensión.
- Cortadores convexos: Se utilizan para mecanizar perfiles semicirculares cóncavos. Son eficaces para cóncavos profundos y proporcionan un excelente acabado superficial.
- Fresas para redondear esquinas: Se utilizan para redondear los bordes de una pieza de trabajo en un cuarto de círculo. Vienen en diversas opciones de radio para adaptarse a diferentes diseños.
- Cortadores de engranajes: Se trata de fresas modulares con forma de disco. Se utilizan para mecanizar perfiles de dientes de engranajes, como formas evolventes. Los módulos varían de M0,5 a M20.
- Fresas de forma combinada/no estándar: Son herramientas personalizadas para dibujos de piezas específicas. Combinan elementos como formas en V y filetes.
Materiales de herramientas
La elección del material de la herramienta afecta el rendimiento y la vida útil. Es crucial elegir el material correcto.
- Acero de alta velocidad (HSS): El acero de alta velocidad (HSS) tiene buena tenacidad y es adecuado para crear formas complejas. Es el material principal para fresas de formas y es fácil de reafilar.
- Carburo: El carburo se utiliza para mecanizar materiales muy duros o para trabajos a alta velocidad. Se suele usar en plaquitas o como pequeñas fresas de carburo integral. Ofrece una gran durabilidad.
¿Cuáles son los pros y contras del fresado de formas?
El fresado de formas ofrece precisión y versatilidad. Requiere poco trabajo adicional para piezas complejas, lo que reduce costos.
Principales ventajas
El fresado de formas es altamente eficiente. Permite mecanizar superficies complejas en una sola pasada, lo que evita múltiples pasos como desbaste, semiacabado y acabado. Es ideal para la producción en masa y reduce el tiempo de preparación. El proceso ofrece una buena consistencia gracias a su dependencia de la forma de la herramienta. Esto reduce los errores de operarios y máquinas. Resulta en una alta intercambiabilidad de piezas, especialmente para piezas estándar. La necesidad de equipo es baja. Las fresadoras convencionales de tres ejes pueden crear perfiles complejos. Esto significa que no se requiere una conexión de cinco ejes, lo que reduce los costos de inversión.
- Alta eficiencia: Una sola pasada puede completar superficies. Por ejemplo, una sola pasada puede tardar menos de 5 minutos por pieza, lo que resulta más rápido que los métodos de varias pasadas.
- Buena consistencia: La forma es fija y la tolerancia se controla con un margen de ±0,01 mm. Esto garantiza la calidad en lotes grandes.
- Umbral de equipamiento bajo: Es compatible con máquinas de tres ejes, lo que lo hace ideal para fábricas pequeñas y medianas y ofrece una gran escalabilidad.
Limitaciones y desventajas
Los costos de las herramientas son elevados. La personalización es costosa y los ciclos de diseño son largos. Su preparación suele tardar de 2 a 4 semanas. El proceso presenta poca flexibilidad. Es muy específico, con una sola herramienta para cada forma. Esto lo hace inadecuado para producir lotes pequeños de muchos artículos diferentes. La fuerza de corte es elevada. Una gran área de contacto puede generar vibraciones, lo que provoca vibraciones superficiales. En proyectos de lotes pequeños, estas desventajas son mayores. Es posible que se necesiten herramientas de repuesto, lo que aumenta los costos de inventario.
- Altos costos de herramientas: La personalización es costosa y los ciclos de diseño son largos.
- Poca flexibilidad: Es muy específico; una herramienta crea una forma. Esto no es bueno para lotes pequeños.
- Gran fuerza de corte: La gran área de contacto es propensa a vibraciones.
Desafíos comunes y estrategias de afrontamiento en el fresado de formas
El fresado de formas es eficiente, pero presenta desafíos, como la vibración, la eliminación de viruta y la calidad de la superficie.
Vibración y vibración
La principal causa de vibración es un contacto prolongado del filo de corte. Esto produce grandes cambios en la fuerza de corte. Esto afecta el acabado superficial y la precisión, especialmente en áreas de contacto largas en el mecanizado de formas. La falta de rigidez del sistema agrava el problema. Esto puede deberse a una máquina envejecida o a fijaciones sueltas. Las estrategias de afrontamiento incluyen reducir la velocidad en 10-20% y aumentar la velocidad de avance. El uso de fresas con paso de diente desigual y una sujeción más rígida de la pieza de trabajo también ayuda. En el mecanizado de piezas aeroespaciales, el uso de herramientas con paso de diente desigual redujo la vibración. Esto mejoró el valor Ra de la superficie. Un análisis más detallado incluye el ajuste de la velocidad en función de la resonancia del material. Un diseño con paso de diente desigual rompe las ondas de fuerza periódicas. Las fijaciones hidráulicas pueden mejorar la rigidez de la sujeción y reducir los pequeños movimientos.
- Causa: La gran área de contacto y los cambios de fuerza provocan vibración autoexcitada. Esto incluye la adaptación a la frecuencia de resonancia.
- Solución: Optimice la velocidad, refuerce los accesorios, utilice materiales de amortiguación y controle la vibración con sensores.
Dificultades en la evacuación de virutas (evacuación de virutas)
Los problemas de arranque de viruta ocurren cuando las ranuras profundas o los perfiles cerrados retienen viruta. Esto provoca acumulación de calor y daños en la herramienta. La acumulación de viruta aumenta la fricción, lo que puede causar quemaduras superficiales o astillado del filo. En perfiles de dientes complejos, las trayectorias de flujo de viruta estrechas agravan el problema. Las soluciones incluyen el uso de refrigerante a alta presión (superior a 50 bar) y la mejora del diseño de la cavidad de la herramienta para la viruta. Esto puede implicar la ampliación de las aberturas de la cavidad o la adición de ángulos de hélice. En proyectos de engranajes, los sistemas de refrigeración a alta presión mejoraron el arranque de viruta. Esto prolongó la vida útil de la herramienta gracias al 30%. Las soluciones detalladas incluyen la graduación de la presión del refrigerante, desde el lavado a baja presión hasta la penetración a alta presión. El diseño de la cavidad de la viruta debe considerar los tipos de viruta (continua o rota). La succión de viruta por vacío también puede ser útil.
- Causa: Los perfiles complejos impiden el flujo de viruta. La profundidad y el ángulo de la ranura también influyen.
- Solución: Utilice enfriamiento de alta presión, un diseño de bolsillo amplio para chips y limpie la máquina periódicamente.
El acabado de la superficie no cumple con los estándares
Un pobre acabado superficial Generalmente se debe a una acumulación de filo o al desgaste de la herramienta. Esto afecta la función y la vida útil de la pieza. El desgaste desafila el filo, lo que aumenta el calor por fricción. Una acumulación de filo se adhiere a la pieza, creando una superficie irregular. Las estrategias de afrontamiento incluyen ajustar la concentración del refrigerante a 5-10% y reafilar las herramientas a tiempo. En la fabricación de moldes, monitorear el desgaste ayudó a lograr un acabado estable de Ra < 0,8 μm. Las soluciones detalladas incluyen la elección del tipo de refrigerante adecuado (a base de aceite o a base de agua). Optimizar la concentración previene la acumulación de filo. El ciclo de reafilado puede basarse en la longitud de corte, con comprobaciones cada 1000 m. Agregar aditivos antiadherentes también puede ser útil.
- Causa: Desgaste o parámetros incorrectos, incluidos cambios en el radio del borde.
- Solución: Utilice refrigerante concentrado, inspeccione y reafile periódicamente y utilice herramientas recubiertas para evitar la acumulación de filo.
Áreas de aplicación del fresado de formas
El fresado de formas se utiliza ampliamente en industrias que requieren perfiles complejos. Su precisión y flexibilidad lo convierten en un método clave. En el caso de los álabes de turbinas, ayuda a garantizar la eficiencia aerodinámica.
Características de las piezas adecuadas para el mecanizado
El fresado de formas es eficaz para ranuras de superficie regular. Por ejemplo, ranuras semicirculares para sellado, ranuras en V para guía, ranuras de cola de milano para conexiones más resistentes y ranuras en T para facilitar el montaje. También es adecuado para tratamientos de bordes, como filetes para reducir la tensión y chaflanes para mejorar la apariencia. Mecaniza piezas de transmisión como perfiles de dientes de engranajes para un engrane suave, ejes estriados para transmitir par y ruedas dentadas para cadenas de transmisión. También maneja perfiles complejos como raíces de álabes de turbinas para un mejor flujo de fluidos y cavidades para virutas de perforación para un mejor corte. En la práctica, maneja eficientemente ranuras de cola de milano, lo que mejora la precisión del montaje. Las características detalladas incluyen un control preciso del radio para ranuras semicirculares para evitar burbujas. Los valores R estándar para filetes previenen grietas por fatiga. Los módulos de perfil de diente compatibles reducen el ruido.
- Ranuras superficiales: Las ranuras semicirculares o en forma de V garantizan el sellado y la resistencia. La profundidad uniforme es un detalle clave.
- Bordes: Los filetes reducen la concentración de tensiones. Los chaflanes eliminan las rebabas.
- Transmisión: Los perfiles dentados garantizan el engrane. Incluyen un ángulo de presión de 20°.
- Complejo: Las raíces de las palas optimizan la dinámica de fluidos. Los alojamientos para virutas evitan obstrucciones.
Principales industrias de aplicación
En la fabricación de herramientas, el fresado de conformación procesa herramientas de corte estándar. Esto incluye cavidades para virutas en fresas para un mejor corte y ranuras en el borde del escariador para mayor precisión. También realiza ranuras espirales para brocas helicoidales para una mejor evacuación de la viruta. En las industrias energética y eléctrica, mecaniza raíces de álabes de turbinas de vapor (perfiles de abeto) para resistencia a altas temperaturas. También crea ranuras para rotores de generadores para la transmisión de corriente. En la industria automotriz y de maquinaria en general, fabrica engranajes de transmisión para una transferencia de potencia eficiente. También crea cremalleras de dirección para un control preciso, ejes estriados para un alto par y otras piezas de producción en masa. En la producción de engranajes para la industria automotriz, logra un alto rendimiento. Para ciertas industrias, la fabricación de herramientas valora la agudeza del filo. La industria energética requiere materiales resistentes al calor. La industria automotriz se centra en la consistencia del lote.
- Fabricación de herramientas: Las cavidades para virutas mejoran el rendimiento de corte, lo que incluye optimizar el ancho de ranura.
- Energía: Las raíces de las hojas son resistentes al calor. Su forma de abeto evita que se desprendan.
- Automotor: Los engranajes garantizan la eficiencia de la transmisión. Las cremalleras de dirección reducen la vibración.
Materiales de pieza de trabajo aplicables
El proceso es adecuado para muchos materiales.. Estos van desde aleaciones de aluminio y latón fáciles de cortar hasta aceros al carbono y aleados de dureza media. Las aleaciones de aluminio permiten altas velocidades de mecanizado y bajas fuerzas de corte. El latón es resistente a la corrosión y fácil de acabar. Los aceros al carbono equilibran la resistencia y la maquinabilidad. Los aceros aleados son resistentes al desgaste, pero necesitan bajas velocidades. Para materiales muy duros (superiores a HRC 50), la eficiencia es menor. En su lugar, podría ser necesario el rectificado de formas. En proyectos, las velocidades de mecanizado de aleaciones de aluminio pueden alcanzar los 500 m/min. Las velocidades del acero deben ajustarse hasta 200 m/min. Para los materiales, los tipos fáciles de cortar pueden manejar grandes profundidades de corte y producir menos calor. Los materiales de dureza media necesitan refrigerante para evitar la oxidación. Los materiales duros pueden precalentarse o cambiarse a rectificado.
- Fácil de cortar: El aluminio y el latón permiten alta velocidad y baja fuerza. Un detalle clave es evitar rebabas.
- Medio-duro: Los aceros al carbono requieren parámetros equilibrados para evitar deformaciones.
- Nota: Los materiales duros se rectifican. Esto puede combinarse con la asistencia de la electroerosión.
Comparación del fresado de formas con otros métodos de fresado
El fresado de formas difiere considerablemente de otras tecnologías. Utiliza fresas personalizadas para crear perfiles. En Yonglihao, elegimos los métodos según el proyecto. El fresado de formas es mejor que el fresado de extremos para ciertas superficies. Una comparación detallada incluye el análisis de los objetos de mecanizado, la eficiencia y la flexibilidad.
Fresado de forma vs. fresado de extremos/fresado frontal
La diferencia está en lo que mecanizan. Fresado de extremos y fresado frontal son para superficies planas o escalones. Por ejemplo, fresado de extremos crea ranuras y fresado frontal Elimina grandes cantidades de material. El fresado de conformación procesa superficies complejas o perfiles irregulares, como perfiles dentados o arcos. Para la producción de superficies en lotes, el fresado de conformación es más eficiente. Sin embargo, no es adecuado para eliminar grandes áreas planas de material. En concreto, el fresado de remates utiliza un corte multidiente para una fuerza uniforme. El fresado de conformación tiene una amplia área de contacto con fuerza concentrada, lo que requiere rigidez. El fresado frontal permite un desbaste rápido, mientras que el fresado de conformación proporciona una consistencia de acabado fina.
Fresado de formas vs. Fresado de perfiles CNC
El fresado de formas depende de la geometría de la herramienta, lo que lo hace dedicado y eficiente. Fresado de perfiles CNC Depende de las trayectorias de un programa de control numérico, como una fresa esférica que escanea línea por línea. Este método es flexible, pero requiere una programación compleja. En la producción en masa, el fresado de formas es mucho más eficiente que el fresado de perfiles CNC, ya que reduce la necesidad de calcular las trayectorias. En proyectos de moldes, el método de conformado reduce el trabajo de posprocesamiento. En concreto, el fresado de formas requiere un tiempo de pasada corto, mientras que el CNC requiere un tiempo de escaneo multicapa largo. Los errores de fresado de formas los establece la herramienta. Los errores del CNC pueden ser mayores debido a las imprecisiones de la trayectoria. Sin embargo, el CNC puede adaptarse a formas no estándar, mientras que el fresado de formas requiere personalización.
¿Cómo seleccionar, mantener e inspeccionar la calidad?
La selección, el mantenimiento y la inspección de calidad son clave para el éxito en el fresado de formas. Nuestro equipo realiza un análisis completo para equilibrar el rendimiento y los costos. Una guía detallada incluye factores de desglose, detalles de las reglas y los pasos del método.
Consideraciones sobre la selección de herramientas
Considere la precisión de perfil requerida, el tamaño del lote de producción (que determina el retorno de la inversión) y el material de la pieza. Por ejemplo, los materiales duros requieren herramientas de carburo. Los grandes volúmenes de lotes priorizan la personalización. Una precisión inferior a 0,01 mm requiere acero rápido (HSS) de alta calidad. Yonglihao elige el carburo para proyectos de alto rendimiento con el fin de maximizar el retorno de la inversión. Los factores detallados incluyen la evaluación de la cadena de tolerancia para la precisión. Para el tamaño del lote, calcule la vida útil y los costos de la herramienta. En cuanto al material, ajuste la dureza para evitar el astillado.
Desgaste y mantenimiento
Siga estas reglas de reafilado: Afile solo la cara de ataque. Nunca afile la cara posterior, ya que esto modificará el perfil del diente. Controle el ángulo para mantener el diseño original. Recubrir la herramienta, por ejemplo con un recubrimiento de TiAlN, puede prolongar su vida útil al resistir la oxidación. Recubrimos nuestras herramientas regularmente, lo que prolonga su vida útil en 50%. El mantenimiento detallado incluye la monitorización del desgaste con un microscopio para revisar los filos. Una prueba de equilibrio después del reafilado previene la vibración. Guarde las herramientas con aceite antioxidante para su protección.
Control de calidad
Utilice estos métodos de detección: Use un calibre de perfil para una comprobación rápida de aprobación/rechazo y ver si pasa la prueba. Un comparador óptico puede ampliar el perfil para una inspección de precisión. Puede medir errores inferiores a 0,005 mm. En Yonglihao, garantizamos tolerancias inferiores a 0,01 mm. El control de calidad detallado incluye calibres de perfil personalizados que se ajustan a los planos. El comparador genera informes digitales. La gestión de tolerancias incluye el control estadístico de procesos (CEP) para supervisar las variaciones en un lote.
Conclusión
El fresado de formas es la mejor opción para la producción en masa y el mecanizado de perfiles específicos, incluidos servicio de mecanizado de fresado CNC. Está evolucionando con los avances en CNC y materiales. En Yonglihao, invertimos en equipos avanzados para proporcionar componentes precisos. La futura integración con la fabricación aditiva aportará mayor libertad. Esto creará métodos híbridos que combinan precisión con libertad geométrica. Esperamos ofrecer soluciones más eficientes a nuestros clientes gracias a estas innovaciones. El retorno de la inversión es alto. Si bien los costos iniciales de las herramientas son altos, los costos unitarios a largo plazo son bajos. Esto es especialmente cierto para producciones anuales superiores a 10 000 piezas.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el objetivo principal del fresado de formas?
Para crear perfiles complejos de forma eficiente, se basa en copiar la forma de la herramienta para garantizar precisión y consistencia.
¿Cuál es la diferencia entre el fresado de formas y el mecanizado CNC?
El fresado de formas se basa en la geometría de la herramienta, por lo que es específico y eficiente. El mecanizado CNC se basa en trayectorias, lo que lo hace flexible, pero más lento.
¿Por qué las fresas de conformación solo se pueden afilar en la cara de ataque?
Afilar la cara posterior modificará la forma radial, lo que afecta la consistencia y precisión del perfil.
¿El fresado de formas es adecuado para la producción de lotes pequeños?
No, no es adecuado. Las herramientas son muy específicas y costosas. Los lotes pequeños son más asequibles con el fresado de perfiles CNC.
¿Qué materiales se utilizan comúnmente para las fresas de forma?
El material principal es HSS, que presenta buena tenacidad y es fácil de reafilar. El carburo se utiliza para materiales de alta dureza o para altas velocidades por su gran durabilidad.
