Jusheng

Supongamos que un ingeniero de taller mecaniza un lote de piezas fresadas CNC personalizadas con una fresa frontal en una máquina CNC: una brida de 20 mm de espesor de acero de calibre 45. Duda entre un corte de 10 mm o dos de 5 mm. Un corte demasiado profundo provoca astillas en la herramienta, y un corte demasiado superficial requiere demasiado tiempo.

Esto es algo con lo que la mayoría de los profesionales del fresado CNC se encuentran a diario. Este artículo, fruto de la experiencia de JS, ofrece una solución exhaustiva al problema de la profundidad de corte de una fresa frontal . Advierte a los lectores sobre los principales factores que influyen en la profundidad de corte, cómo optimizar los parámetros de corte y cómo seleccionar el proceso de fresado adecuado para mejorar la calidad y la eficiencia del mecanizado.

Resumen de la respuesta principal

¿Por qué destacar la experiencia de JS con fresas de planear en mano?

Cuando los clientes visitan JS para realizar pedidos de piezas de fresado CNC industriales de alta resistencia que miden 3 metros de diámetro, o requieren servicios rápidos de fresado CNC en línea para piezas de aleación de aluminio, JS Precision Manufacturing está siempre listo para actuar con urgencia.

Contamos con más de 10 años de experiencia en la fabricación de fresado CNC a medida, incluyendo fresado frontal en una amplia gama de materiales, desde acero dulce y acero inoxidable hasta aleaciones de titanio y aluminio . Hemos fabricado componentes de alta precisión con tolerancias de planitud de 0,1 mm y realizado reparaciones de componentes de gran tamaño de 50 toneladas.

Nuestros ingenieros tienen una amplia experiencia con el comportamiento de diferentes tipos de fresas de planear y son capaces de planificar con precisión la profundidad de corte de acuerdo con la capacidad de la máquina y el material de la pieza de trabajo.

Este libro es una recopilación de nuestras innumerables experiencias prácticas en el taller con fresado CNC, y cada recomendación ha sido probada en campo y validada en nuestro taller, por lo que puede confiar en su profesionalismo y facilidad de uso.

Si necesita piezas fresadas CNC, la capacidad de fabricación de fresado CNC personalizado in situ de JS le ofrece soluciones innovadoras y asistencia completa. Gracias a nuestras eficientes fresadoras frontales, podemos ayudarle a prevenir problemas de mecanizado y minimizar los plazos de entrega.

Fresa frontal: Más que acero, una combinación precisa de tecnología y material

En el fresado CNC, la selección de la fresa frontal influye directamente en la profundidad de corte y la calidad del mecanizado. Cada fresa frontal es ideal para aplicaciones específicas y diversas, como se ilustra a continuación:

Fresa de alto avance (El demonio de la velocidad)

Diseñado para altas velocidades, su geometría de plaquita permite altas tasas de arranque de viruta a pequeñas profundidades de corte (Ap = 0,5-2 mm). Ideal para desbaste y acabado en máquinas relativamente rígidas, con fuerzas de corte y vibraciones reducidas.

Fresa de planear de 45 grados (la todoterreno)

Esta fresa de planear universal para fresado CNC. Con un ángulo de entrada de 45°, fuerza de corte simétrica y capacidad para cortar hierro fundido, acero y aleaciones de aluminio, su profundidad de corte puede alcanzar hasta el 15 %-25 % del diámetro de la herramienta (por ejemplo, 24-40 mm con una herramienta de φ160 mm), además de ser compatible con el desbaste, el arranque de viruta y el semiacabado.

Fresa de cara con escuadra (The Precision Master)

Precisión para fresar superficies escalonadas de 90 grados con cero errores de planitud y perpendicularidad. Su inserto de filo mejora el acabado superficial . Es adecuada para cortes de acabado, donde la profundidad máxima de corte es del 10 % al 20 % del diámetro de la herramienta (p. ej., 20-40 mm para una fresa de 200 mm de diámetro). Se utiliza ampliamente para piezas de mecanizado CNC de alta precisión.

Opciones de nicho: Fresa de inserción circular y fresa de borde ondulado

Las fresas de plaquita circular poseen filos de corte largos con mayor fuerza de corte, lo que las hace ideales para materiales duros como el acero inoxidable. Su profundidad de corte máxima es, como máximo, del 80 % del radio de la plaquita.

Las fresas Wave-Edge están diseñadas exclusivamente para cortar aleaciones de aluminio y tienen un amplio bolsillo para virutas para evitar obstrucciones y una profundidad máxima de 1 a 1,5 veces el diámetro de la herramienta, lo que las convierte en una herramienta de corte de fresado ideal para el fresado CNC de aleaciones de aluminio.

En la fabricación de fresado CNC personalizado , la selección de la fresa frontal adecuada es clave para el éxito. JS ofrece servicios integrales, desde la selección hasta el mecanizado. Contáctenos para obtener más información sobre nuestros servicios de fresado CNC en línea.

El misterio de la profundidad: Cuatro principios que influyen en la profundidad de fresado (Ap)

Principio 1: El diámetro de la herramienta es la base

Cuanto mayor sea el diámetro, mayor será la fuerza de corte que se puede acomodar y mayor será la profundidad máxima de corte (mejor rigidez del cuerpo de la cuchilla y distribución uniforme de la fuerza).

Por ejemplo, una fresa frontal de 200 mm de diámetro que corta acero de grado 45 tiene una profundidad de corte máxima de 30-50 mm, mientras que una fresa frontal de 100 mm de diámetro tiene una profundidad de corte máxima de 15-25 mm. La sobrecarga debe considerarse en función de la capacidad de la máquina herramienta.

Principio 2: La potencia y la rigidez de las máquinas herramienta son los límites

La potencia es directamente responsable de la capacidad de realizar cortes profundos. Hay poco margen de error por falta de potencia antes de provocar sobrecarga, estancamiento o vibración.

Por ejemplo, una máquina de 10 kW con una fresa frontal de 160 mm de diámetro que corta acero de grado 45 puede gestionar una profundidad máxima de corte de 5 mm o menos; una máquina de 20 kW puede gestionar una profundidad máxima de corte de 8 a 10 mm.

La poca rigidez de las máquinas herramienta puede exacerbar las vibraciones a grandes profundidades de corte, lo que perjudica la calidad del mecanizado.

Principio 3: La dureza del material de la pieza de trabajo es una limitación

Cuanto más duro sea el material, mayor será la resistencia al corte y menor la profundidad máxima de corte.

Por ejemplo, al fresar acero dulce HRC20-30, es posible fresar 20 mm con una fresa de planeamiento de escuadra. Al fresar acero aleado HRC40-50, con la misma herramienta, la profundidad máxima de corte debe reducirse a 5-8 mm para evitar astillar la plaquita.

Principio 4: La geometría y la calidad del inserto son cruciales

La hoja de ranura ancha ofrece un amplio espacio para la viruta y es ideal para cortes profundos. La hoja de ranura estrecha es ideal para cortes superficiales y profundos, y para un avance alto.

La profundidad máxima de corte de las hojas de aleación dura es entre un 30% y un 50% mayor que la del acero de alta velocidad. Al procesar materiales de alta dureza con hojas de cerámica, la capacidad de profundidad de corte aumenta aproximadamente un 20% en comparación con las aleaciones duras.

La siguiente tabla muestra cómo las cuatro reglas básicas afectan la profundidad de fresado y cómo corregirlas:

El servicio de fresado CNC en línea de JS primero calculará la potencia de su máquina, el material de la pieza de trabajo y otros aspectos para diseñar un plan de profundidad de corte de fresado frontal razonable para usted, con un proceso de mecanizado estable y eficiente y ayudándolo a producir con éxito piezas de fresado CNC.

¿Cómo lograr de forma segura la máxima profundidad de corte en cortes pesados?

El corte profundo con grandes profundidades de corte presenta riesgos importantes y se deben considerar tres puntos con máxima prioridad:

La estabilidad es lo primero

La estabilidad es un requisito previo para un corte pesado:

• Para garantizar una sujeción segura de la pieza, utilice accesorios especiales o placas de presión para aplicar presión de sujeción y evitar el movimiento de la pieza durante el mecanizado.
• Para comprobar la holgura entre los rieles guía de la máquina herramienta, elimine cualquier holgura excesiva para evitar vibraciones durante el corte.
• Mantenga la extensión de la herramienta lo más corta posible. Una extensión más larga reduce la rigidez de la herramienta y aumenta el riesgo de vibración.

Por ejemplo, al mecanizar acero de 50 mm de espesor, mantenga la extensión de la fresa frontal dentro de 1,5 veces el diámetro de la herramienta para lograr una estabilidad óptima.

Selección de herramientas

Para cortes severos, utilice una fresa frontal rígida y resistente a impactos. Se recomienda que el cuerpo de la fresa sea de carburo sólido, con una rigidez superior al 50 % a la de las fresas soldadas . Para las plaquitas, utilice carburo de grano ultrafino con buena tenacidad para soportar altas fuerzas de corte.

Mientras tanto, el diámetro de la herramienta de corte debe coincidir con el tamaño de la pieza. Por ejemplo, para mecanizar una pieza de 1 metro de diámetro, se debe seleccionar una fresa frontal de 250-315 mm de diámetro para lograr un corte profundo y minimizar el número de pasadas.

Estrategia de trayectoria (mediante fresado por inmersión o fresado trocoidal)

El fresado alternativo convencional implica concentrar las fuerzas de corte a grandes profundidades de corte, lo que provoca vibraciones. El fresado por penetración y el fresado trocoidal solucionan este problema con éxito.

El fresado por inmersión implica aplicar la fuerza de corte hacia abajo a lo largo del eje Z, alineando el husillo de la máquina herramienta. Esta máquina herramienta ofrece la mayor rigidez y es especialmente adecuada para el mecanizado de cavidades profundas o superficies escalonadas , con una profundidad máxima de corte de hasta el doble del diámetro de la herramienta.

El fresado trocoidal utiliza un movimiento de corte helicoidal, disminuyendo el área de contacto de corte y distribuyendo las fuerzas de corte, minimizando el desgaste de la herramienta y siendo eficiente para profundidades de corte profundas en materiales duros.

El corazón de los parámetros de corte: encontrar la relación ideal entre profundidad de corte, avance y velocidad

La profundidad de corte (Ap), el avance (F) y la velocidad (S) en el planeado son interdependientes y requieren una relación óptima. Esto se define específicamente a continuación:

Profundidad de corte (Ap) y ancho radial de corte (Ae)

La tasa de remoción de metal (TRM) tiene un efecto directo en la eficiencia del mecanizado, y Ap y Ae son componentes significativos de la TRM. Una Ap mayor conlleva una mayor TRM, pero también lo hacen proporcionalmente las fuerzas de corte . Ae representa el ancho de contacto radial entre la herramienta y la pieza; una Ae mayor implica mayor corte por revolución.

Al procesar piezas de acero con una fresa frontal de 200 mm con Ap = 10 mm, Ae = 100 mm y F = 1000 mm/min , la MRR es de 1 000 000 mm³/min. Si Ap se eleva a 20 mm, la MRR se duplica, lo que garantiza una potencia suficiente de la máquina.

Avance por diente (fz)

El avance por diente se refiere a la cantidad de distancia cortada por revolución de la hoja, lo que influye directamente en la fuerza de corte y el acabado de la superficie.

• Un fz alto (0,2-0,5 mm/diente) genera una fuerza de corte alta y es más adecuado para desbaste (por ejemplo, una fresa de alto avance con un fz de 0,5 mm/diente para fresar acero).
• Un fz bajo (0,1-0,2 mm/diente) genera un acabado superficial excelente y es más adecuado para el acabado (por ejemplo, una fresa de cara con hombro cuadrado con un fz de 0,15 mm/diente para acabado).

Velocidad de corte (Vc)

La velocidad de corte es la velocidad lineal del filo de la herramienta y está estrechamente relacionada con su vida útil. Un Vc alto provoca un desgaste excesivo, mientras que un Vc bajo resulta en un trabajo ineficiente. Para aleaciones de aluminio, Vc = 300-500 m/min, para acero de grado 45, Vc = 100-200 m/min, y para acero inoxidable, Vc = 80-120 m/min.

La regla de oro: "Alto avance con poca profundidad de corte, alta profundidad de corte con avance medio-bajo".

Esta regla se basa en cientos de operaciones de fresado CNC .

• Un avance alto con una profundidad de corte reducida, por ejemplo, Ap = 1-2 mm y fz = 0,4-0,6 mm/diente, puede reducir las fuerzas de corte al tiempo que mejora la eficiencia y se puede utilizar en máquinas herramienta de rigidez normal.
• Una profundidad de corte alta con un avance medio-bajo, por ejemplo, Ap = 15-20 mm y fz = 0,15-0,25 mm/diente, puede evitar la vibración causada por fuerzas de corte demasiado grandes y es adecuada para máquinas herramienta de alta rigidez.

La siguiente tabla proporciona una referencia para el avance y la velocidad a diferentes profundidades de corte (para mecanizar acero 45# utilizando una fresa de carburo de φ160 mm):

Los servicios de fresado CNC en línea de JS adaptarán la profundidad de corte, el avance y la relación de velocidad a su aplicación de mecanizado, siguiendo la regla de oro, y le ofrecerán precios transparentes. Cotizar y realizar pedidos es muy sencillo. Simplemente proporciónenos los planos de las piezas y elaboraremos un plan rápidamente.

El fresado frontal no es una panacea: ¿cuándo se puede utilizar un proceso de fresado alternativo?

El fresado frontal es más adecuado para el mecanizado de superficies planas. Se requieren otras operaciones para cavidades profundas y contornos complejos.

La siguiente tabla muestra una comparación entre el fresado frontal y otros procesos de fresado:

JS ofrece no solo fresado frontal, sino también otras operaciones como fresado de cavidades, fresado de contornos y fresado por inmersión. Podemos seleccionar el proceso óptimo según las características estructurales de sus piezas de fresado CNC y crear una solución de fabricación de fresado CNC a medida para permitir un mecanizado más rápido y preciso de las piezas.

Caso práctico: El renacimiento de un anillo inferior de turbina gigante: una carrera contrarreloj en el fresado frontal

El dilema del cliente

Una de las centrales hidroeléctricas reemplazó un anillo inferior de acero fundido (ZG270-500) de 8 metros de diámetro y 50 toneladas. La planitud requerida era ≤ 0,2 mm y el tiempo de rotación era de 72 horas.

El cliente empleó inicialmente una fresa de escuadra de gran tamaño (Ap = 8 mm, fz = 0,3 mm/diente, Vc = 120 m/min). Las enormes fuerzas de corte (15 kN) provocaron el desplazamiento de la pieza y el astillamiento del filo de la herramienta. El mecanizado tardó 96 horas, mucho más de lo previsto, con un gasto de decenas de miles de dólares por hora.

La solución innovadora de JS

Ante el dilema del cliente, JS precision machining creó un enfoque combinado de “fresado de alto avance + acabado de hombros cuadrados de gran diámetro” y optimización de sujeción y parámetros.

Optimización de la sujeción:

Utilizamos ocho abrazaderas hidráulicas para sujetar firmemente el anillo inferior a la mesa de la máquina , con una presión de 50 kN por abrazadera, para evitar el desplazamiento cero durante el mecanizado. También utilizamos bloques de la misma altura debajo del anillo inferior para evitar la deformación de la pieza.

Etapa de desbaste:

Seleccionamos una fresa de alto avance de φ250 mm con plaquitas de carburo de grano ultrafino. Empleamos una profundidad de corte reducida, un avance extremadamente alto, corte de filo completo, una velocidad de corte de Vc = 180 m/min y una velocidad de husillo de S = 229 rpm.

Acabado Srage:

Se utilizó una fresa de planeamiento de escuadra de φ315 mm con una cuchilla limpiadora de rectificado fino. Se utilizaron parámetros de profundidad de corte pequeña, paso de paso pequeño y avance medio a alta velocidad, concretamente Vc = 200 m/min, S = 202 r/min y fz = 0,2 mm/diente.

Resultados finales

Todo el proceso de mecanizado se completó en tan solo 64 horas y se entregó con ocho horas de antelación, lo que ahorró al cliente cientos de miles de dólares en tiempo perdido. La vida útil de la fresa de alto avance durante el mecanizado fue de 12 horas, mientras que la de la fresa de escuadra fue de 8 horas, ambas superiores a las 5 horas que exigía el cliente.

Este caso demuestra claramente que la "máxima profundidad de corte" no es el objetivo, la "tasa óptima de eliminación de metal" y la "confiabilidad del proceso" son claves para el éxito del fresado CNC.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Se puede aumentar la profundidad de corte al fresar aleaciones de aluminio?

Sí. La fuerza de corte de las aleaciones de aluminio es aproximadamente un tercio de la del acero y, en consecuencia, la potencia de la máquina es menor. Se pueden utilizar herramientas de aluminio, como fresas de filo ondulado. Estas poseen canales anchos que no acumulan viruta, y se puede alcanzar una profundidad de corte máxima de 1 a 1,5 veces el diámetro de la herramienta (p. ej., 100-150 mm para una herramienta de φ100 mm).

P2: ¿La potencia de la máquina limita la profundidad de corte?

Sí, la potencia de la máquina limita directamente la profundidad máxima de corte. Esta determina la capacidad de soportar las fuerzas de corte, y aumentarla bruscamente cuando es insuficiente puede provocar sobrecarga, parada y daños en el husillo. Antes de determinar la profundidad de corte, es necesario confirmar la potencia nominal de la máquina herramienta.

P3: ¿Cómo puedo saber si la profundidad de corte es excesiva?

Tenga en cuenta cuatro señales significativas:

• Un ruido sordo o una vibración de metal con metal de la máquina indica que las fuerzas de corte están superando la capacidad de la máquina.
• Inserte el astillado (desgaste anormal) antes de su tiempo de servicio previsto.
• Marcas de vibración en la superficie de trabajo del componente mecanizado.
• Chip de color oscuro (sobrecalentamiento). Si se produce alguno de estos fenómenos, reduzca la Ap o vuelva a optimizar otros parámetros.

P4: ¿Utilizo un fresado de profundidad de corte de una sola pasada o en capas?

Depende de la dureza del material de la pieza y de la tolerancia de mecanizado. Al trabajar con materiales muy duros (p. ej., HRC40 + acero aleado) o con tolerancias de mecanizado superiores a 15 mm, el fresado por capas es más efectivo. Para materiales blandos, como aleaciones de cobre y aluminio, con un arranque de viruta ≤5 mm, una sola profundidad de corte es más efectiva y, además, puede reducir los precios del fresado CNC.

Resumen

La profundidad de corte de la fresa frontal es mucho más que una simple respuesta numérica. Es un complejo equilibrio entre la tecnología de la herramienta, la capacidad de la máquina, las propiedades del material y el conocimiento del proceso. Solo comprendiendo la ciencia que la sustenta y dominando el arte de equilibrar los parámetros podrá convertir su centro de mecanizado en una auténtica herramienta de producción.

JS cuenta con una amplia experiencia en fresado CNC durante décadas y puede brindarle soporte profesional, ya sea para seleccionar una fresadora de planear adecuada, determinar parámetros de corte óptimos o afrontar el desafío de mecanizar piezas grandes.

Nuestro sencillo proceso de servicio de fresado CNC en línea y nuestro precio transparente de fresado CNC nos permiten ayudarlo a crear soluciones efectivas para muchos problemas de mecanizado y profundidad de fresado frontal para obtener piezas de fresado CNC seguras y eficientes.