Mecanizado de carburo cementado con recubrimiento de diamantefresas de punta esférica micro

Con las herramientas y máquinas herramienta adecuadas, el fresado de materiales duros, como el acero para herramientas D-2 con una dureza HRC60, no resulta difícil. Sin embargo, no es tan sencillo fresar materiales más duros, como las aleaciones duras. Estos materiales generalmente solo se obtienen mediante rectificado o mecanizado por descarga eléctrica.

Con la introducción de las fresas de extremo de punta esférica micro de la serie UDCB de Union Tool Inc., mucho ha cambiado. "Makino cree que el desarrollo de esta herramienta es importante, quizás tan importante como la introducción del fresado de materiales duros a mediados de la década de 1990", dice John Bradford, jefe de investigación y desarrollo de microfabricación en Makino. En el pasado, la tasa de éxito del fresado de piezas de aleación dura con fresas de aleación dura era de solo el 10% al 20%.

En IMTS 2012, Muye District demostró el uso de UDCB con un diámetro de 1 mm para el fresado basto y fino de punzones de carburo cementado con fresas de punta esférica micrométricas con una dureza de al menos HRA93 en su centro de micromecanizado IQ300 (figuras 1 y 2). Después de 38 minutos de mecanizado, el desgaste de la herramienta fue de solo 1,8 μm. Si la pieza de trabajo se mecaniza por descarga eléctrica, se necesitan al menos cuatro horas (incluida la programación del electrodo, el mecanizado del electrodo y el mecanizado por descarga eléctrica de la pieza de trabajo). "Es necesario procesar al menos tres electrodos de cobre-tungsteno. En la mayoría de los casos, hay que procesar cuatro electrodos si se quiere mantener una precisión de 5 μm o mejor", dijo Bradford.

Figura 1. Fresas de extremo de microbola con recubrimiento de diamante udcb.

Figura 2. Punzones de carburo.

Para el fresado de múltiples piezas con una profundidad de 2200 mm, se utilizó una velocidad de husillo de 30 000 rpm y una velocidad de avance de 300 mm/min para las fresas de extremo de punta esférica de doble filo Udcb, y la carga de viruta por cuchilla fue de 10 m. Las fresas de extremo de punta esférica se sujetaron en el portaherramientas de carga en caliente MST Uno, y el error máximo de salto de diámetro de la certificación de fábrica fue de 600 nm.

El diámetro de las fresas de punta esférica de doble filo Udcb, desarrolladas por la empresa de herramientas conjuntas, es de 0,2 a 6 mm. Según Jonathan Hay, vicepresidente sénior de ventas y marketing de la empresa, los recubrimientos de diamante depositados mediante CVD de filamento caliente con un espesor superior a 10 μm ofrecen una buena durabilidad en condiciones de procesamiento controladas con precisión y minimizan el efecto del radio de las esquinas. En comparación con la CVD de plasma, la CVD de filamento caliente permite depositar recubrimientos más uniformes en superficies de formas complejas.

La dureza del recubrimiento de diamante en las fresas de punta esférica UDCB es de aproximadamente 100 GPa (9000 HV), muy similar a la del diamante monocristalino. Además, gracias a un control preciso de la interfaz, la adhesión entre el recubrimiento de diamante y el sustrato es muy fuerte.

Debido a que la fuerza de corte del fresado de aleación dura es aproximadamente 2 veces mayor que la del fresado de acero para herramientas D-2 (HRC60), para minimizar la vibración, es necesario utilizar una máquina herramienta de alta rigidez cuando se utilizan fresas de extremo de punta esférica micro UDCB y cortar gradualmente la pieza de trabajo con una herramienta de avance en espiral. Durante la demostración de mecanizado en la feria comercial IMTS, Makino utilizó una 1° ángulo espiral y redujo la velocidad de avance en un 90% cuando la fresa cortó la pieza de trabajo.

«Hemos comprobado que el avance por tornillo sin fin es más fiable porque la fuerza de corte es más uniforme», afirma Hay, quien señala que el avance se puede mantener constante durante todo el proceso de corte. Las fresas de punta esférica UDCB utilizan una ranura espiral estándar para mejorar la rigidez de la herramienta. Las fuerzas de corte uniformes ayudan a evitar daños en piezas muy frágiles, sustratos de herramientas y recubrimientos.

Muino utiliza aire a presión para eliminar las virutas y enfriar la interfaz herramienta/pieza durante una demostración de mecanizado. Hay afirma que este método es superior al enfriamiento por pulverización con fluido de corte a base de agua y al enfriamiento con niebla de aceite. "Si se enfría con niebla de aceite, puede formarse una pequeña masa de aceite que contiene virutas de carburo cementado. El soplado continuo de aire es más fiable y respetuoso con el medio ambiente".

Como se mencionó anteriormente, si bien los troqueles de aleación dura y otras piezas de trabajo de dureza similar pueden mecanizarse mediante rectificado, los tipos de características (especialmente las microcaracterísticas) que se pueden mecanizar están limitados por la capacidad de la muela de diamante para alcanzar o penetrar en dichas características. Si bien existen otras herramientas ultraduras, como las de PCBN y PCD, estas pueden costar hasta cuatro veces más que las fresas de punta esférica micro UDCB (entre 534,50 y 674,50 dólares, según el diámetro), y estas herramientas de corte, en el proceso, prácticamente no se desgastan gradualmente. "Es muy difícil fabricar una herramienta con PCBN", afirma Hay. "Los materiales PCD carecen de anisotropía (los materiales anisotrópicos tienen propiedades diferentes medidas en distintas direcciones), por lo que tienden a romperse".

Bradford comentó que le sorprendió un poco la reacción de los visitantes durante la demostración: "No pueden creer lo que ven. Los fabricantes de herramientas de carburo cementado van a tener herramientas nuevas. Es un avance tecnológico histórico".