Herramientas de mecanizado CNC para materiales duros: Cómo elegir brocas duraderas

Cuando se utilizan herramientas de mecanizado CNC para procesar materiales duros como aleaciones de titanio, aceros templados y aleaciones de alta temperatura, a menudo ocurren problemas como fallas prematuras de las brocas y una reducción repentina de la vida útil .

Esto no sólo aumenta directamente el coste de adquisición de las herramientas, sino que también reduce la eficiencia de la producción debido a los frecuentes tiempos de inactividad para los cambios de herramientas e incluso afecta la precisión del mecanizado y la calidad del producto, convirtiéndose en un obstáculo oculto para los trabajos de mecanizado CNC.

Desglosaremos toda la cadena desde la ciencia de los materiales hasta el diseño geométrico, pasando por la colaboración en máquinas herramienta, mostrando cómo reducir realmente el costo total optimizando la cotización del mecanizado CNC y ayudándolo a construir un sistema de mecanizado de material duro estable y predecible .

Resumen de la respuesta principal

Conclusiones clave:

• Perspectiva de la ingeniería de sistemas: La vida útil de la herramienta es el resultado de la interacción entre materiales, geometría, recubrimientos, máquinas herramienta y parámetros. La selección aislada tiene un efecto limitado.
• Efecto de apalancamiento de costos: el costo de la herramienta en sí representa solo el 3-5% del costo total de mecanizado, mientras que las fluctuaciones de su vida útil afectan a más del 30% del costo total.
• Toma de decisiones basada en datos: depender de datos específicos de pruebas de procesamiento de materiales de mecanizado CNC (por ejemplo, velocidad de corte Vc, costo por orificio) proporcionados por los proveedores es más importante que confiar en las marcas.
• Valor del socio: el beneficio de asociarse con expertos como JS Precision es que el riesgo se puede anticipar y gestionar de manera eficaz a través del desarrollo de procesos conjuntos, lo que garantiza una economía de mecanizado estable.

Confíe en JS Precision: Guía de selección de herramientas para servicios de mecanizado CNC de materiales duros

En el mecanizado CNC de materiales duros, es importante tener experiencia para ayudar a resolver problemas. JS Precision ha estado muy involucrado en el sector durante mucho tiempo y tenemos más de 5000 soluciones de mecanizado de materiales duros en la industria aeroespacial, fabricación de moldes de precisión y otras industrias.

La tasa de éxito en la selección de herramientas para materiales complejos como aleaciones de titanio y aleaciones de alta temperatura es del 98 %. Todo el personal técnico de JS Precision cuenta con más de 10 años de experiencia en el sector.

Las herramientas para el mecanizado de materiales duros deben satisfacer exigencias especiales con respecto a la resistencia del material del sustrato y la adhesión de los recubrimientos, según la Organización Internacional de Normalización (ISO) en la norma ISO 3685:1993 .

Los sistemas de selección de herramientas ofrecidos por JS Precision cumplen con esta norma y han sido examinados en cuanto a su rendimiento por terceros oficialmente reconocidos.

También contamos con una base de datos exclusiva de procesamiento de materiales que incluye parámetros de corte y soluciones de combinación de herramientas para más de 200 tipos de materiales de mecanizado CNC , brindando asesoramiento preciso para sus trabajos de mecanizado CNC rápidamente.

Si tiene problemas con la vida útil de sus herramientas en el mecanizado de materiales duros, contacte de inmediato con el equipo de ingeniería de JS Precision. Indique sus materiales de mecanizado, los requisitos de diámetro de agujero y el modelo de su máquina herramienta para recibir un plan de selección de brocas CNC personalizado y gratuito, evitando costos de prueba y error y mejorando rápidamente la eficiencia del mecanizado.

¿Qué determina realmente la vida útil de sus herramientas de mecanizado CNC?

La vida útil de las herramientas de mecanizado CNC depende del sustrato, el tipo y los parámetros. Conocer estos factores aumentará su vida útil desde el principio y, por consiguiente, los costos del mecanizado CNC.

Evaluación cuantitativa: definición del final de la vida útil de la herramienta

El fin de la vida útil de una herramienta no es una cuestión de opinión, sino medible. El criterio para determinarlo suele ser un desgaste promedio de 0,3 mm en el flanco de la herramienta o la aparición de daños, como astillado o rodadura, en la herramienta.

La vida media de la herramienta (MTTL) es una medida estadística significativa. Indica la vida útil promedio de un grupo de herramientas y ofrece apoyo estadístico para la planificación del ciclo de reemplazo de herramientas en el fresado de mecanizado CNC .

Defensa sinérgica del sustrato y el recubrimiento

• Dureza del sustrato: El contenido de cobalto del carburo cementado (6%-12%) y el tamaño de partícula de carburo equilibran la resistencia al desgaste y la resistencia al impacto.
• Protección por recubrimiento: Los recubrimientos AlTiN, AlCrN o SiAlYN son resistentes al calor y al desgaste, adecuados para materiales de mecanizado CNC específicos.

¿Quiere saber si sus herramientas de mecanizado CNC actuales están alcanzando su vida útil óptima? Suba sus parámetros de mecanizado y el modelo de su herramienta, y JS Precision le proporcionará una evaluación gratuita de su vida útil y sugerencias de optimización específicas para ayudarle a reducir aún más sus costes.

Figura 1 Se alinean cinco brocas helicoidales con diferentes recubrimientos de superficie (brillante, óxido negro, TiN, TiCN, TiAlN).

¿Cómo dominar la ciencia de la selección de brocas CNC para materiales duros?

La selección de brocas CNC es crucial para el procesamiento de materiales duros y requiere una combinación precisa de materiales y diseño geométrico para mejorar la eficiencia y la vida útil.

Elección del material: carburo cementado, acero de alta velocidad que contiene cobalto o acero de alta velocidad de pulvimetalurgia.

Los materiales duros mecanizados con brocas de diversos materiales difieren considerablemente en su rendimiento de mecanizado. A continuación, se presenta una comparación detallada:

Diseño geométrico: creado para retirar chips de los centros de procesadores y refrigeración

Las propiedades geométricas de la broca tienen un impacto directo en el rendimiento de corte y normalmente deben seleccionarse en función del material mecanizado:

• Ángulo de punta: 130°-140° para aleaciones de titanio para aumentar la resistencia del filo, 118°-135° para acero para lograr un centrado óptimo.
• Ángulo de hélice: alrededor de 30° para materiales de alta dureza, alrededor de 40° para materiales viscosos para facilitar la eliminación de viruta.
• Los filos de corte anchos y las ranuras de viruta pulidas , que ayudan a evitar el calor y la acumulación de filo, son útiles en aleaciones de alta temperatura.

Figura 2 El procesamiento de materiales duros requiere el uso de estrategias y herramientas correctas.

¿Por qué su centro de mecanizado CNC es un factor decisivo para la vida útil de sus herramientas?

Un centro de mecanizado CNC de buena calidad podría garantizar la calidad de las herramientas de mecanizado CNC, su precisión, rigidez y sistema de enfriamiento también determinan la liberación potencial.

Precisión dinámica: el asesino de herramientas que a menudo se pasa por alto

El descentramiento radial del husillo también es uno de los factores esenciales que influyen en la precisión de la perforación y debe controlarse a 0,003 mm (3 μm), porque si hay un exceso de descentramiento, crea una tensión desigual en la broca o el borde, duplicando la carga en el borde de corte y las posibilidades de astillamiento comienzan a disminuir.

Al mismo tiempo, La rigidez general de la máquina herramienta también es importante. Si no es lo suficientemente rígida, se producirán vibraciones durante el corte, lo que no solo dañará la herramienta, sino que también afectará la calidad de la superficie mecanizada.

Eficiencia de enfriamiento: Auxiliar al proceso central

El rendimiento del sistema de refrigeración es un factor directo en el control de las temperaturas de corte. La refrigeración interna a alta presión garantiza un suministro preciso de refrigerante al filo de corte. La refrigeración interna a alta presión se describe como un proceso de refrigeración con una presión mínima de 70 bar.

Por ejemplo, al mecanizar materiales con menor conductividad térmica, como los de aleación de titanio, no se puede exagerar la necesidad de un sistema de enfriamiento de alto rendimiento donde el centro del husillo y el orificio de enfriamiento interno de la herramienta estén alineados con precisión.

Según datos de la American Metalworking Technology Society (AMT), la vida útil de la herramienta en refrigeración interna a alta presión para el mecanizado de materiales duros se mejora entre 2 y 3 veces .

¿No está seguro de si su centro de mecanizado CNC ofrece el rendimiento óptimo de sus herramientas? Contacte con JS Precision para obtener un servicio gratuito de evaluación del rendimiento de sus máquinas-herramienta. Optimizaremos las combinaciones de herramientas y parámetros según su equipo para maximizar el valor sinérgico de sus equipos y herramientas.

¿Quién paga realmente por fallas prematuras de herramientas en sus trabajos de mecanizado CNC?

Los costos ocultos de fallas prematuras de herramientas superan con creces el precio de compra. Un cálculo preciso del costo total es esencial para reducir costos y aumentar la eficiencia en los trabajos de mecanizado CNC .

Desglose de costos ocultos: los costos de las herramientas son solo la punta del iceberg

El costo total del mecanizado de un solo orificio se compone de varias partes y la fórmula específica es:

[ (Costo de la herramienta/Número de orificios en la vida útil) + Costo de tiempo de cambio de herramienta + Costo de riesgo de desperdicio + Consumo de energía de la máquina ].

Por ejemplo, una broca cuesta $50, y para 100 agujeros, el costo de la herramienta será de $0,50, pero extender la vida útil de la broca a 300 agujeros reducirá el costo de la herramienta a solo $0,17. Además, los cambios reducidos de herramientas reducirán el costo del tiempo de inactividad y las herramientas estables reducirán el porcentaje de desecho , que son todos factores que pueden alterar significativamente el costo total.

Soluciones de JS Precision: Optimización total de costes desde la cotización hasta la entrega

Para trabajos de mecanizado CNC, JS Precision emplea software de simulación para calcular el análisis de las fuerzas de corte y la carga térmica y la estrategia de herramientas de mecanizado antes del proceso.

Nuestras cotizaciones de máquinas CNC estiman con precisión los ciclos de cambio de herramientas, su vida útil y las tasas de desecho. Gracias a la optimización técnica, nuestra empresa logró reducir en un 45 % el costo total del mecanizado de piezas individuales para nuestros clientes.

¿Qué materiales de mecanizado CNC exigen estrategias de herramientas radicales?

Existe una amplia gama de materiales que se pueden mecanizar con la máquina CNC. Esto se debe a las diferentes propiedades de los materiales. Por lo tanto, existe

Ampliando los límites: Afrontamiento microscópico con aleaciones de alta temperatura y aleaciones de titanio

El Inconel 718 y el Ti-6Al-4V presentan un alto endurecimiento por acritud y baja conductividad térmica. Según la norma ISO 2296:2018 , se requiere una combinación de "recubrimiento resistente al desgaste + sustrato resistente + filo afilado", con una velocidad de corte controlada de 20 a 40 m/min.

Dureza y abrasión: la lucha entre el acero endurecido y los materiales compuestos

• Acero templado y enfriado con HRC50+: utilice una broca con ángulo de ataque negativo y un patrón de corte pequeño para evitar astillas.
• CFRP: Utilice brocas revestidas con DLC o PCD para proporcionar resistencia a la abrasión y garantizar la calidad del orificio.

A continuación se muestra una tabla de herramientas de corte recomendadas y parámetros para diferentes materiales duros:

¿Cómo decodificar y optimizar su cotización de mecanizado CNC para obtener valor a largo plazo?

Un presupuesto profesional de mecanizado CNC implica una promesa técnica. Es fundamental comprender los detalles clave para una selección acertada y obtener beneficios óptimos a largo plazo.

Cita técnica: Encontrar la promesa oculta en los números

Un presupuesto de mecanizado CNC de calidad debe incluir claramente las recomendaciones sobre el tipo y modelo de herramienta, los valores preestablecidos de S/F, el desgaste aproximado de la herramienta, entre otros detalles técnicos. De hecho, todos estos detalles constituyen la mayor garantía de calidad y precio, permitiéndole anticipar todos los riesgos potenciales del proceso de mecanizado.

Trabajar con JS Precision: convertir el riesgo en certeza mediante el desarrollo conjunto

JS Precision practica la colaboración de desarrollo conjunto , donde la comunicación se establece desde las primeras fases del proyecto. Para obtener un análisis exhaustivo gratuito sobre diseño para fabricación (DFM), ayudamos a optimizar el diseño de piezas y a simplificar su mecanizado.

Para componentes o conjuntos críticos, también podemos proporcionar mecanizado de muestras de la primera pieza para trabajos pedidos (pagados) o pedidos comprometidos (pagados). De esta manera, podemos validar conjuntamente los parámetros óptimos de la herramienta de corte para lograr la máxima eficiencia y los menores costos en el proceso de producción en masa.

¿Desea un presupuesto transparente de mecanizado CNC con compromisos técnicos? Envíe sus planos de piezas y requisitos de mecanizado, y JS Precision le proporcionará un presupuesto detallado en 24 horas, detallando claramente todas las especificaciones técnicas y el desglose de costos para que pueda tomar una decisión más informada.

Caso práctico: La vida útil de la herramienta aumentó un 300 %; JS Precision supera a la de los motores aeroespaciales en el mecanizado de agujeros profundos con Inconel 718

Desafío: “Pesadilla” de agujeros profundos de 30x de diámetro

El fabricante de piezas aeroespaciales requirió el mecanizado de orificios profundos con un diámetro de 6 mm y una profundidad de 180 mm, con una relación profundidad-diámetro de 30:1, en material de aleación de alta temperatura Inconel 718.

El método convencional empleaba brocas de carburo convencionales con una vida útil promedio de tan solo 3 agujeros. La eliminación inadecuada de viruta causaba grandes desviaciones en la ubicación de los agujeros y valores bajos de rugosidad superficial Ra, lo que contribuía a una tasa de desperdicio de hasta el 15 %, lo que ralentizaba el desarrollo del proyecto y suponía un coste de más de 2 $ para mecanizar un agujero.

El avance sistémico de JS Precision

Tras recibir la solicitud, JS Precision formó un equipo técnico para abordar los problemas:

1. Herramientas de corte especializadas: Utilizando una matriz de polvo ultrafino de carburo cementado con 10% de cobalto, junto con un ángulo de hélice alto de 38°, diseñado para una mejor eliminación de virutas, y una capa nanocompuesta de SiAlYN para una mejor resistencia al desgaste a alta temperatura y capacidad antiadherente.

2. Innovación de Procesos: La programación informática implica un proceso de ‘taladro progresivo de picoteo + retracción breve’ , donde hay un retroceso de 2mm por cada movimiento de taladro de 5mm, junto con el enfriamiento de ultra alta presión de la máquina herramienta que tiene 120Bar.

3. Cooperación con máquinas-herramientas: La elección de un centro de mecanizado CNC con un husillo rígido (desplazamiento radial <0,002 mm) y un sistema de refrigeración interno preciso para el mecanizado en cooperación con herramientas.

Resultados: Del agujero negro de costos a una producción estable

Después de introducir la nueva solución, la vida útil de la broca se elevó a más de 12 orificios (lo que muestra un aumento del 300 %), el error de posición del orificio se mantuvo por debajo de ±0,01 mm , mientras que la rugosidad de la superficie se redujo a Ra ≤ 1,6 μm.

La tasa de desperdicio se ha reducido a menos del 2%, el costo del procesamiento de un solo orificio se ha reducido a 0,8 dólares estadounidenses, el costo total del procesamiento de una sola pieza se ha reducido en un 45% y el ciclo de entrega del proyecto se ha acortado en un 30%.

¿Desea replicar resultados similares de reducción de costos y mejora de la eficiencia? Contacte con JS Precision , comparta sus desafíos de mecanizado y le brindaremos soluciones de proceso personalizadas para ayudarle a superar los obstáculos técnicos y asegurar una rentabilidad estable.

Figura 3 Mecanizado CNC de componentes de aviación con agujeros profundos

Preguntas frecuentes

P1: Al mecanizar acero endurecido (HRC 60 y superior), ¿qué característica de la broca debe ser la más importante?

Lo más importante es la tenacidad al impacto. Debido a la altísima dureza del acero templado, el filo de la herramienta se somete a grandes fuerzas durante el corte, lo que lo hace propenso a romperse. Por lo tanto, es recomendable priorizar brocas de aleación dura con diseños de filo de corte robustos (como biselado) y sustratos de alta tenacidad, en lugar de simplemente buscar la dureza.

P2: ¿Es realmente necesaria la refrigeración interna a alta presión (>70 bar)? ¿No funciona el refrigerante convencional?

Desempeña un papel fundamental en el mecanizado CNC de agujeros profundos y materiales difíciles de mecanizar . El enfriamiento por vertido normal no penetra en la zona de corte, por lo que no puede enfriar ni eliminar adecuadamente las virutas metálicas. El enfriamiento interno a alta presión llega a la punta de corte, fragmentando las virutas y disipando rápidamente el calor, prolongando considerablemente la vida útil de la herramienta.

P3: ¿Cómo determinar si una broca debe reafilarse o desecharse?

Básicamente, examine dos características. Primero, si el valor VB del desgaste uniforme en el flanco es superior a 0,3 mm y si hay microvirutas en el borde. El reafilado de brocas de carburo es muy costoso, por lo que desecharlas directamente resulta más económico cuando se desechan.

P4: ¿El color del recubrimiento (dorado, negro, violeta azulado) representa el nivel de rendimiento?

El color del recubrimiento está relacionado con la composición, pero no representa directamente su rendimiento . Un ejemplo sería el AlTiN: negro violáceo, el AlCrN: negro grisáceo, y el dorado podría ser un recubrimiento de TiN. El rendimiento real depende de la composición, la estructura, el espesor y otros indicadores clave del recubrimiento.

P5: ¿Puede JS Precision recomendar parámetros de corte para mi material específico?

Por supuesto. JS Precision cuenta con una completa base de datos de materiales para mecanizado CNC. Según el tipo de material del cliente y las condiciones de la máquina herramienta, podemos proporcionar parámetros de corte optimizados y probados que se pueden adoptar directamente.

P6: ¿Es necesario comprar brocas especiales costosas para materiales especiales durante la producción de prueba de lotes pequeños?

Sí, lo es. Las herramientas inadecuadas generan más desperdicio, pérdida de tiempo y desgaste de las máquinas herramienta. Estos costos son mucho mayores que los de las brocas especiales y se han convertido en una inversión importante para garantizar el éxito de la producción de prueba en lotes pequeños.

Q7: ¿Cómo monitorear la vida útil de la herramienta en la producción en masa?

Implemente el Control Estadístico de Procesos (CEP) para controlar el número de agujeros perforados en todas las máquinas herramienta CNC. De esta manera, se monitorizan los cambios en la fuerza de corte o en el rendimiento de la potencia del husillo para predecir los cambios de herramienta y evitar averías repentinas en la máquina.

Q8: ¿Su cotización incluye los costos de herramientas?

En la cotización de mecanizado CNC de JS Precision, se suele diferenciar entre los costos de servicio de mecanizado y los costos de consumo de herramientas. Para proyectos a largo plazo, es posible ofrecer un precio integral que incluya las herramientas.

Resumen

El mayor problema del mecanizado CNC de materiales duros nunca ha sido la cuestión de "seleccionar una herramienta más dura", sino el establecimiento de un sistema científico que combina materiales, herramientas, máquinas herramienta y parámetros.

Aunque la variación en la vida útil de las herramientas de mecanizado CNC parece insignificante, puede causar una variación de más del 30 % en los costos totales. Solo eligiendo el método adecuado podemos reducir realmente los costos y aumentar la eficiencia.

JS Precision, con base en su experiencia y datos, puede ayudarle con las dificultades de mecanizado en materiales exóticos como aleaciones de titanio, aleaciones de alta temperatura y otros materiales exóticos. Ya sea que necesite seleccionar brocas CNC o solicitar presupuestos de mecanizado CNC, estamos aquí para ayudarle.

Si le preocupan problemas como fallas prematuras de herramientas y costos elevados , le recomendamos contactar a JS Precision de inmediato. Envíe los planos de sus piezas y los detalles de los materiales para obtener un presupuesto completo de mecanizado CNC con nuestra experiencia.