Mecanizado de Alta Velocidad (MAV)

Ventajas

• Menor fuerza de corte.
• Baja temperatura de corte y generación de calor.
• Menor coeficiente de rozamiento general.
• Menor coeficiente de rozamiento viruta-herramienta.
• Mayor vida útil de la herramienta.
• Reducción del tiempo de mecanizado y del coste global.
• Mayor precisión de contornos.
• Mejor calidad superficial.
• Tolerancias dimensionales más precisas.

Material de la Herramienta en MAV

El material de la herramienta para MAV debe cumplir los siguientes requisitos:

• Ser suficientemente duro para resistir el desgaste y la deformación, pero también tenaz para resistir cortes intermitentes e inclusiones en el material.
• Ser químicamente inerte en relación al material de la pieza de trabajo.
• Ser químicamente estable para resistir la oxidación y evitar la formación de filo recrecido y el desgaste prematuro.

Motores Lineales

Un motor lineal es un motor eléctrico que posee su estator y su rotor «distribuidos» de forma tal que, en vez de producir un torque (rotación), produce una fuerza lineal en el sentido de su longitud.

Ventajas

• Mayores velocidades (hasta 300 m/min).
• Mayores aceleraciones.
• Menores niveles de vibración.

Desventajas

• Requieren sistemas eficientes de disipación del calor.
• Necesidad de un controlador electrónico para mantener la estabilidad.
• Coste elevado.

Control Numérico (CNC)

Características

• Tiempo de ciclo del servoaccionamiento: Tiempo que transcurre entre cada medida de posición.
• Tiempo de proceso en bloque: Mínimo tiempo que transcurre entre la ejecución de dos bloques del programa de CNC.
• Look-Ahead (Anticipación): El procesador del CNC evalúa por adelantado los cambios en los movimientos de los ejes para optimizar la trayectoria y la velocidad.
• Control de aceleraciones: Gestión precisa de las rampas de aceleración y deceleración.
• Capacidad de almacenamiento: Uso de Ethernet y arquitecturas basadas en PC que proporcionan discos duros con capacidades de almacenamiento de gigabytes.
• Interpolación polinómica (NURBS): Las NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) son entidades matemáticas que definen exactamente una curva o superficie a partir de varios puntos de control, permitiendo trayectorias más suaves y precisas.

Máquina Herramienta en Mecanizado de Alta Velocidad

Necesidades Funcionales

• Velocidad de corte (Vc) y velocidad angular del cabezal: Vc depende de la herramienta y del material a mecanizar, mientras que la velocidad angular máxima depende de la máquina.
• Avance por diente y velocidad de avance: En el mecanizado de alta velocidad, las velocidades de avance han de aumentar significativamente. Este factor afecta de forma directa la dinámica de los ejes y la estructura de la máquina. El avance por diente viene determinado por la herramienta y el material a cortar.
• Relación tiempo de corte y tiempo de maniobra: Se busca disminuir tanto el tiempo efectivo de mecanizado como el tiempo empleado en maniobras (no productivo). Factores clave que influyen en los tiempos de maniobra:
  • Aceleración/desaceleración del cabezal.
  • Tiempo de cambio de herramienta.
  • Avance en rápido y aceleraciones/desaceleraciones de los ejes (responsables de aumentar o disminuir el tiempo de posicionamiento).
  • Tiempo de cambio de palet: En máquinas de alta producción, los tiempos de preparación de piezas se minimizan usando sistemas automáticos de cambio de palet.
• Rigidez y Amortiguación: Fundamentales para la precisión y estabilidad del proceso.
  • Rigidez Estática: Capacidad de la estructura para resistir deformaciones bajo cargas constantes (peso propio de la estructura, peso de la pieza, utillajes, peso de la herramienta).
  • Rigidez Dinámica: Capacidad de la estructura para resistir y amortiguar vibraciones bajo cargas variables con alta frecuencia (fuerzas generadas durante el proceso de corte).

Máquinas con Estructura Paralela

Ventajas

• Estructura conceptualmente simple.
• Menor inercia de las partes móviles.
• Menor coste relativo en comparación con estructuras serie de similar capacidad dinámica.
• Menor peso de los carros móviles, lo que permite dinámicas de aceleraciones muy elevadas.

Desventajas

• Volumen de trabajo a menudo irregular y de difícil acceso.
• Gran tamaño relativo de la máquina para un volumen de trabajo dado.
• Complejidad en la cinemática y dificultad en la puesta a punto.
• Dificultad intrínseca en la compensación de errores geométricos.

Aplicaciones del Mecanizado de Alta Velocidad por Material

Aleaciones de Aluminio (Al)

• Permiten velocidades de corte muy elevadas, cercanas a 2000 m/min.
• El proceso de corte tiende a ser casi adiabático (el calor se evacúa principalmente con la viruta).

Aleaciones Aeronáuticas

• Tipos: Principalmente aleaciones de forja (con aleantes como Cu, Si, Mg, Sn, Zn).
• Maquinabilidad: Generalmente sencilla.
• Problema común: Tendencia a la adhesión del material en la herramienta (filo recrecido).
• Materiales de corte recomendados: Acero rápido (HSS) y metal duro (carburo de tungsteno), a menudo con recubrimientos específicos.

Aleaciones para Automoción

• Tipos: Principalmente aleaciones de fundición (con Silicio como aleante principal).
• Maquinabilidad: Baja debido a la abrasividad del Silicio.

Aceros Templados para Moldes y Matrices

• Desafíos: Geometrías complejas y la elevada dureza del acero templado ( > 45 HRC).
• Herramientas recomendadas: Materiales de herramienta muy duros y resistentes al calor:
  • Metal duro con recubrimientos avanzados (ej. TiAlN, AlCrN).
  • Nitruro de boro cúbico (CBN).
• Factores influyentes en la precisión dimensional y superficial:
  • Precisión intrínseca de la máquina herramienta.
  • Precisión en la geometría (especialmente esférica en fresas de bola) de la herramienta.
  • Calidad y precisión del montaje de la fresa en el cono portaherramientas y del cono en el husillo.
  • Flexión de la herramienta durante el proceso, especialmente con herramientas largas y delgadas.

Aleaciones de Titanio

• Características problemáticas: Baja conductividad térmica, que concentra el calor en la zona de corte (puede generar viruta segmentada y bandas de cortante adiabático).
• Maquinabilidad: Baja debido a los siguientes factores:
  • Elevada reactividad química a alta temperatura: Provoca difusión y migración de material de la herramienta a la viruta, resultando en desgaste de cráter.
  • Desgaste de cráter próximo al filo: Puede originar también un rápido desgaste de flanco (incidencia).
  • Formación de viruta delgada con un ángulo de cizallado elevado.
  • Zona de contacto herramienta-viruta pequeña: Genera altas presiones y temperaturas localizadas en el filo de la herramienta, que puede romperse rápidamente.
  • Módulo de elasticidad relativamente bajo: Puede causar problemas de vibración y flexibilidad en piezas de pared delgada (típico en el sector aeronáutico).
  • Sensibilidad a la integridad superficial: La resistencia a la fatiga del componente final es muy dependiente del posible deterioro superficial inducido durante el mecanizado.

Superaleaciones

• Composición: Principalmente aleaciones con base Níquel (Ni) y Cobalto (Co) (ej. Inconel, Hastelloy, Waspaloy).
• Aplicaciones: Componentes críticos de motores aeronáuticos y turbinas de gas (zonas calientes).
• Propiedades destacadas:
  • Elevada resistencia mecánica a alta temperatura (mantienen propiedades por encima de 600°C).
  • Elevada resistencia a la corrosión y oxidación.
  • Elevada tenacidad y resistencia a la fatiga térmica y mecánica.
• Maquinabilidad: Muy baja debido a su alta resistencia, endurecimiento por deformación y baja conductividad térmica.