mecanizado de alta velocidad

Mecanizado de alta velocidad HSM (high speed cutting)


MARUBOGA

Balanceo

Que significa?

Objetivo del HSM



Definición original de HSM

• Historia del HSM:

La teoría sobre “Mecanizado de alta velocidad” fue desarrollada originalmente por Salomon y patentada en Alemania en 1931. La misma asume los siguientes conceptos:

– “A una cierta velocidad de corte, (5 a 10 veces superior a la veloc. de corte convencional), la temperatura sobre el filo de corte comienza a decrecer.

– Lo que permite llegar a la conclusión de que existe una posibilidad de incrementar la productividad en mecanizado con herramientas convencionales en alta velocidad.

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Representación de la Teoría de SalomónRepresentación de la Teoría de Salomón

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Que significa HSM hoyen día?

Que significa HSM hoyen día?

Las modernas investigaciones no han podido verificar la teoría de Salomón.

Por lo tanto , la definición de HSM debe basarseen otros factores.

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Cual es la definición actual de HSM?

• Elevada veloc. de corte (vc) ?.• Elevada velocidad del husillo ?.• Elevado avance ?.• Elevada velocidad y avance ?.• Mecanizado de alta productividad?.• Hay muchos mitos, muchas opiniones y una gran

confusión para llegar a definir el HSM.… pero:

• Veamos un concepto global que lo define:

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TECNOLOGIADE CORTE

materiala mecanizar

pieza amecanizar

sujeción

manipuleo

característicasespecificas

Herramientas

material dela

herramienta

geometriadel filo de

corte

diseño

procesode corte

CAD/CAM

estrategiasespecificas

control delproceso ymonitoreo

máquinaherramienta

bancada

piezas móvileslivianas

dispositivosde seguridad

controlCNC

accionamientode avance

remociónde virutas

sistema derefrigerantedispositivos de

clampeo deherramientas

husilloprincipal de

alta velocidad

RELACION ENTRE LA TECNOLOGIA DE CORTE HSM Y LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS

Desarrollo del proceso de corte y de las máquinas y herramientas

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TECNOLOGIADE CORTE

Material a mecanizar

Pieza amecanizar Herramientas

Proceso de corte Máquina

herramienta

DESARROLLO DEL PROCESO DE CORTE Y DE LAS MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS

RELACION ENTRE LA TECNOLOGIA DE CORTE HSM Y LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS SiguienteAnterior


Sujeción

Manipuleo

Características especiales


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Proceso de corte

CAD/CAM

Estrategiasespecificas

Control delproceso ymonitoreo


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Bancada

Piezas móvileslivianas

Dispositivosde seguridad

ControlCNC

Accionamientode avance

Remociónde virutas

Sistema derefrigeranteDispositivos de

clampeo deherramientas

Husilloprincipal de

alta velocidad

Máquinaherramienta


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Herramientas

Material dela

herramienta

Geometríadel filo de

corte

Diseño



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Materiala mecanizar



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Definición de HSM conclusión

• HSM no es simplemente trabajar con alta velocidad de corte.

• HSM no es necesariamente alta velocidad del husillo.• HSM se realiza con elevadas velocidades y avance

4 - 6 veces superiores a los convencionales.• HSM es un método de mecanizado de elevada

productividad aplicado a pequeños componentes y a componentes de todos los tamaños en acabado y super- acabado.

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Definición de HSM conclusión

• HSM crece en importancia a medida que los componentes requieren una forma final muy precisa.

• HSM se realiza principalmente en máquina de husillo

tamaño ISO 40 ó similares.

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Principales factores para la aplicación de HSM

• El incremento de la mayor demanda en disminuir tiempos y aumentar la eficiencia en los costos.

• Nuevos materiales y materiales templados.• Demandas por mayor calidad y productividad.• Necesidad de disminuir los tiempos de montaje.• Ciclo de vida de los productos más cortos.• Mayor velocidad en los cambios de diseño.• Tiempos muy cortos para el desarrollo de la producción. • Series cortas - Just-In-Time

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Factores principalesque justifican el uso de HSM

• Incremento de piezas multifuncionales complejas en 3D, (ej. evitar el pulido de alabes de turbinas)

• Eliminación ó disminución de costosos procesos de electroerosión, (EDM).

• Necesidad de mecanizar piezas cada vez más exigentes

(ej. Piezas de paredes delgadas) • Sustitución del costoso proceso de acabado y pulido de

matrices en forma manual• Fuerte desarrollo de las características y equipamiento de

las máquinas herramientas, controles, CAD/CAM• Desarrollo de los sistemas de sujeción de herramientas

y materiales para las herramientas de corte.

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Características actuales de piezas donde se aplica el HSM

• Matrices y Moldes: Tamaño máximo económico de la pieza a mecanizar para HSM,:400 x 400 x 150

• Operaciones a realizar: semidesbaste, semi acabado y acabado .

• Rango de diámetros de herramientas : entre 1 y 20 mm, ~ 90%. son fresas de metal duro sólido de punta plana y esféricas . Algunas veces se realiza el semidesbastes con fresas toroidales y de punta esférica con insertos.

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Características actuales de piezas donde se aplica el HSM

• Se aplica el HSM a matrices preferiblemente no muy profundas.

• El volumen de material a ser removido debe ser limitado.

• Las máquinas deben ser rígidas, de pequeño tamaño, y controles avanzados.

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Características del HSM(continuación)

• En desbaste y semi acabado de bloques de lado mayor a 400 mm., es más conveniente utilizar el mecanizado y herramientas convencionales. Esto se debe a que permite un mayor índice de remoción de virutas.

• En el caso de grandes matrices y moldes, el acabado y super acabado debería efectuarse mediante HSM si ello fuera posible. Esto provee mayor productividad y mejora la calidad.

• En acabado en HSM, el avance es 4 a 6 veces superior al convencional.• El tiempo dedicado al pulido manual puede a menudo

disminuirse entre un 60-100%

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Ventajas con HSM• Elevada productividad.

– Disminución de los costos de producción.• Menor temperatura en los filos de la herramienta.

– Mayor velocidad de corte-• Bajas fuerzas de corte.

– Deflexión de la herramienta resulta pequeña y consistente.• Calidad superficial obtenible extremadamente buena: Ra 0,2• Mecanizado de paredes delgadas.• Mayor precisión geométrica.• Posibilidad de mecanizar aceros templados• Menor rebaba en las piezas.

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Rango de velocidades de corte en mecanizado de alta velocidad (HSM)

zona de transición

HSM

Plásticos reforzados

Aluminio y aleaciones

Aleaciones de Cu

Fundición

Acero de baja aleaciónrecocido y normalAcero templado 45 a 62HRcTitanio

Aleaciones de base niquel

10 100 1000 10000

Vc (m/min)

Tiempo de contactoy conducción del calor

Avance más rápido que la propagación del calorAvance más rápido que la propagación del calor

En el fresado convencional hay mayor tiempo para En el fresado convencional hay mayor tiempo para la propagación del calorla propagación del calor

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En HSM , elegir insertos que soporten elevada temperatura sobre los filos

Temperatura de filos

1000

800

600

400

TiAlN TiCN TiN No recubierto

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Influencia del run-out sobre la vida de la

herramienta

0.02 0.04 0.06 0.08

Vid

a d

e fi

los

en

%

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Productividad,Q (mm3/min)

Técnica HSM• Pequeña profundidad radial• Pequeña profundidad axial• Elevada velocidad de corte.• Elevado avance por diente.Elevado índice de remoción de virutasEjemplo:• Q=ap xae x vf = ap x ae x fz x n x zn =

= 0.10 x 0.10 x 0.10 x 20000 x 2 = 40 mm3/min

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La seguridad es necesariaen HSM.

• Utilizar máquinas con dispositivos de seguridad incluidos.• Evitar grandes voladizos.• No utilizar herramientas y adaptadores de gran peso• Controlar las herramientas para verificar fisuras por fatiga.• Utilizar herramientas que tengan grabadas la máxima RPM

admisibles.• No utilizar herramientas de acero rápido.

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Algunas desventajas del HSM.

Rápido desgaste de; guías de bancada , rodamientos de husillos y tornillos de bolas recirculantes.

Mayores costos de mantenimiento. Requiere mayores conocimientos específicos de procesos,

equipos de programación e interface para transmisión de datos

Es más difícil encontrar personal con conocimientos avanzados.

Demanda largo período de “prueba y error” Errores humanos, errores de hardware o software tienen

consecuencias mayores ! Requiere un muy buen proceso de planificación , “hay que

alimentar la máquina”. Mayores medidas de seguridad.

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