Prevención de vibraciones en herramientas de fresado

La vibración es un temblor relativo que se genera continuamente entre las herramientas y la pieza de trabajo durante el mecanizado, y se divide en "vibración forzada" y "vibración auto inducida".
Las vibraciones forzadas en el fresado son causadas por una vibración amplificada que es básicamente incrementada por la generación periódica de impactos intermitentes y resistencia al corte entre el filo y la pieza de trabajo.
Por otro lado, las vibraciones auto inducidas ocurren espontáneamente una vez que las condiciones particulares son alcanzadas, por el comportamiento dinámico, si la rigidez de la máquina y la herramienta es escasa.

*Labios helicoidales irregulares, paso diferencial, y curva variable

En primer lugar, la medida para prevenir la vibración forzada es cambiar la frecuencia del impacto intermitente a un paso "no-periódico" desde un paso "periódico". En el caso del filo periférico de la herramienta de fresado, se refiere al diseño de una geometría de filo de corte con labios helicoidales irregulares de ángulos helicoidales desiguales para lograr un paso "no-periódico". Si la cantidad de labios es par, sea de 2 o 4 labios, los mismos están diseñados con dos tipos de ángulos helicoidales diferentes (labios helicoidales irregulares) y constituyen un paso diferencial observado desde la parte inferior del filo de corte. Esta geometría resulta en un paso no-periódico del impacto intermitente y resistencia al corte durante el mecanizado y puede prevenir vibraciones. La Figura 1 y Figura 2 muestran ejemplos de labios helicoidales irregulares y paso diferencial de la fresa plana de Mitsubishi VFMHV.

En el mecanizado en aleación de titanio con un voladizo de 5D, la fresa VFMHV logra una excelente terminación superficial, superior a las fresas convencionales gracias al control de vibraciones por los ángulos helicoidales irregulares y el paso diferencial.
Más aún, la aspereza superficial luego de realizar el fresado de una cavidad en acero inoxidable fue comparada tal como puede observarse en la Figura 3 ya que la superficie mecanizada tiende a deteriorarse por el incremento en el contacto entre el filo y la pieza de trabajo. Como resultado, a diferencia de las fresas integrales que causan astillamiento y una terminación superficial pobre, luego de un mecanizado de vibración intensa, la fresa VFMHV logró una excelente terminación superficial por el efecto de los labios helicoidales irregulares y paso diferencial.
Hasta este momento hemos visto las medidas para prevenir la vibración en fresas de punta plana y con radio de esquina. A continuación, veremos las fresas esféricas y su aplicación con referencia a la vibración.
El diseño para control de vibración desde la parte inferior de la fresa esférica puede observarse en la figura 4.
Los ángulos de paso del filo de corte están divididos de forma irregular (paso diferencial), y la curva del filo de corte está formada con una geometría irregular (curva variable) sin perder la exactitud R de la fresa esférica. Este diseño único permite generar impactos no-periódicos y resistencia al corte durante el mecanizado. Particularmente, en la fresa esférica, el mecanizado es conducido al utilizar no sólo el filo periférico sino también el punto central del filo cuando la velocidad de corte es baja.
Por ello, el sector que realiza el corte en el filo será diferente en el mecanizado de superficies curvas; en las cuales la curva variable será muy efectiva.
De acuerdo a la evaluación de desempeño de la Figura 5, en el mecanizado en acero inoxidable, la nueva fresa esférica logra un mecanizado estable sin generar vibración.

*Nueva superficie lisa Tecnología superficial “ZEROμ”

Con referencia a la serie Smart Miracle, para nuevos materiales de difícil corte, se ha incrementado la resistencia ante vibraciones gracias a la tecnología superficial "ZEROµ" que puede reducir, no sólo el coeficiente de desgaste sino también la resistencia al corte. La característica de este tratamiento superficial puede observarse en la Figura 6.

*Fresas de cabezas intercambiables "iMX"

En segundo lugar, una medida para prevenir la vibración auto inducida es mejorar la rigidez de la herramienta.
La fresa de cabeza intercambiable iMX, que puede ser observada en la Figura 7, está diseñada en base a la fresa Smart Miracle con control de vibraciones; el cuerpo es de carburo cementado de alta rigidez.
La cabeza y piezas del cuerpo de carburo son ajustadas por una junta especial con tornillo de acero y está diseñada como una herramienta mono-block con doble cara de contacto de "carburo + carburo".
El mecanismo de ajuste mejora el control de vibración y permite incrementar el voladizo para un mecanizado profundo.

*Fresa R con insertos de alto avance "AJX"

La fresa AJX, ver Figura 8, es una herramienta diseñada con el concepto de que la resistencia al corte sea aplicada en dirección al eje de la misma. Esto ayuda a evitar vibraciones generadas por deformación de la herramienta, ubica la resistencia al corte en dirección axial.
Esto ayuda a evitar vibraciones por deformación de la herramienta. Aún durante un mecanizado profundo y de alto avance, con gran voladizo, la fresa AJX logra un mecanizado estable sin generar vibración.
De este modo, se ha delineado las medidas para prevenir la vibración forzada y vibración auto inducida en herramientas de fresado. Mitsubishi Materials Corporation, se dedica de manera continua al desarrollo de nuevos productos y modos de mecanizado cuyo objetivo es una eficiencia superior no sólo para mejorar la productividad y lograr productos de calidad sino también para incrementar la calidad en las superficies mecanizadas.

 

tech01

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Figura 1. Ángulos helicoidales irregulares Figura 2. Paso diferencial
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Figura 3. Comparación de superficies mecanizadas en área de esquina de la cavidad.
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Figura 4. Paso diferencial del filo periférico y geometría de curva variable en fresa esférica.
  vf42
  Figura 5. Cointrol de vibración en fresa esférica.
  smartmiracle
Figura 6. Superficie de la fresa SMART MIRACLE
imxhrad
Figura 7. Cabezal de fresa iMX
ajxinsert
Figura 8. Diseño de filo de insertos de fresa de alto avance AJX.