Los materiales compuestos están cambiando la industria, pero su procesamiento sigue siendo un gran desafío. Incluso con máquinas avanzadas y procesos de control, el mecanizado de fibras y resinas representa un gran reto para ingenieros y operadores. Liam Haglington, gerente de producto para fresadoras de carburo sólido en Sandvik Coromant, explica cómo un diseño de herramienta avanzado y una moderna tecnología de materiales ayudan a las empresas manufactureras a superar los límites del mecanizado de materiales compuestos abrasivos.
Materiales compuestos ligeros y de alta resistencia, como los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), permiten un rendimiento inigualable y se destacan por una excelente relación entre rigidez y peso, así como por su resistencia a la corrosión y flexibilidad de diseño. Todos estos son factores cruciales para una construcción ligera exitosa.
La aviación y el espacio siguen siendo el sector más exigente para los materiales compuestos. Componentes como la estructura del fuselaje, las alas, los estabilizadores, los largueros, las costillas y los travesaños son cruciales para la integridad estructural, y a menudo se procesan en grandes series con alta precisión. Los materiales compuestos son particularmente adecuados para esto, ya que ofrecen una alta relación rigidez-peso y una excelente resistencia a la fatiga del material. Gracias a la orientación de las fibras, pueden ajustarse para proporcionar resistencia exactamente donde se necesita. Todas estas son propiedades que son esenciales para componentes de avión ligeros y de alto rendimiento.
Pero otras industrias también se benefician. Los fabricantes de automóviles utilizan CFRP para reducir el peso y aumentar la eficiencia. Según JEC, los materiales compuestos son 'cruciales para aplicaciones donde la reducción de peso es fundamental para mejorar la eficiencia del combustible y limitar las emisiones de gases de efecto invernadero'. Ahora representan alrededor del 17 por ciento de los materiales utilizados en la aviación y el 8 por ciento de los materiales utilizados en el sector del transporte. En todos estos ámbitos, un control de proceso estable y herramientas confiables conducen directamente a ahorros de costos y mayor seguridad en la producción.
Por qué el mecanizado de materiales compuestos es tan desafiante
El mecanizado de materiales compuestos difiere significativamente del de los metales, ya que combina fibras rígidas y abrasivas con una matriz de resina más blanda. Incluso un pequeño cambio en la orientación de las fibras puede alterar significativamente el comportamiento del material durante el mecanizado. Lo que parece uniforme en la superficie es un entorno en constante cambio para la herramienta.
Este comportamiento cambiante lleva a las empresas manufactureras que procesan materiales compuestos a los defectos conocidos:
• Delaminación: Las capas se separan bajo fuerzas excesivas.
• Pueden aparecer fibras no cortadas o extraídas si la herramienta no puede cortar la refuerzo de manera limpia.
• La calidad de la superficie puede volverse desigual si las fibras y la resina reaccionan de manera diferente al calor y la presión.
Todos estos problemas tienen la misma causa subyacente. El material no se comporta de manera consistente, lo que hace que sus posibilidades de fallo sean impredecibles.
El impacto en la producción puede ser significativo. Los errores conducen a desperdicios, más controles, retrabajos y paradas de producción, especialmente en entornos de alta precisión en la aviación, donde las desviaciones no son aceptables.
A esto se suma la mayor sensibilidad al calor, que complica aún más las cosas. A temperaturas más altas, la resina se ablanda, mientras que las fibras permanecen rígidas. Esto aumenta el riesgo de delaminación o deshilachado. Si el corte está demasiado frío, la resina permanece quebradiza y el desgaste de la herramienta se acelera. Por lo tanto, los parámetros de corte deben ser controlados con gran precisión, pero las herramientas convencionales a menudo tienen dificultades para encontrar el equilibrio adecuado. El resultado son un desgaste más rápido, tiempos de vida inciertos y una calidad de componente reducida.
Un mecanizado confiable depende de herramientas que estabilicen el proceso, controlen las vibraciones y gestionen el desarrollo del calor. Sin este control, el mecanizado de materiales compuestos sigue siendo una tarea desafiante e impredecible.
Solución: CoroMill Plura Composite 2P350
Para cumplir con estos requisitos, se necesita una herramienta que no solo corte el material, sino que también controle cómo se separan las fibras y cómo se desarrolla el desgaste con el tiempo. Con base en estos criterios, se desarrolló el CoroMill Plura Composite 2P350.
El núcleo del 2P350 es su exclusivo mecanismo de doble corte. A diferencia de las fresadoras de mango convencionales, corta las fibras de manera limpia en lugar de desgarrarlas. El mecanismo funciona según el principio de cizallamiento: dos bordes de corte se acercan para levantar y cortar las fibras de manera controlada. Una cuchilla guía las fibras mientras que la otra las corta. Esto mantiene el laminado estable y previene la delaminación. Además, este movimiento coordinado equilibra la carga de corte, lo que reduce las vibraciones y permite un proceso de mecanizado más uniforme y predecible.
La geometría de la herramienta está diseñada para una alta productividad. Grandes canales de viruta aseguran una efectiva extracción de polvo y fibras sueltas que se generan durante el proceso de mecanizado. Al eliminarlas rápidamente, se reduce el riesgo de recortes y el corte se mantiene estable y limpio. Ya sea fresado de ranuras, inmersión en ángulo o fresado de bordes, el 2P350 realiza todos los pasos de trabajo desde el desbaste hasta el acabado en una sola sujeción. Menores vibraciones y un corte uniforme también contribuyen a un entorno de trabajo más tranquilo y agradable en la fabricación.
El CoroMill Plura Composite 2P350 mantiene su comportamiento de corte bajo una variedad de condiciones. Esto permite a las empresas manufactureras garantizar una calidad constante, independientemente de las variaciones en las piezas de trabajo o en los portaherramientas. El mecanismo de corte controlado también mejora el rendimiento en mecanizados complejos. Esto es especialmente importante en la fabricación no tripulada o automatizada, donde no son posibles intervenciones manuales. El comportamiento predecible de la herramienta y las menores vibraciones reducen la probabilidad de un desgaste repentino de la herramienta, permiten una producción continua y reducen la dependencia de la experiencia del operador.
La capacidad de O2AD
Sin embargo, en aplicaciones con materiales compuestos abrasivos, la geometría por sí sola no es suficiente. Los bordes de corte también deben resistir la constante exposición a fibras de refuerzo, para lo cual la variedad O2AD es ideal.
La variedad O2AD combina tecnología de materiales avanzada con un recubrimiento CVD grueso y de alta adherencia. El sustrato a medida garantiza una conexión óptima entre la capa de diamante y el cuerpo de la herramienta, previene el despegue prematuro del recubrimiento y, por lo tanto, prolonga la vida útil de la herramienta.
Las pruebas ya han demostrado que la vida útil en comparación con la variedad anterior O12M se duplica aproximadamente. En un caso de aplicación concreto en la industria de la aviación, donde un componente de un ala de avión fue procesado en seco en una máquina portal de 5 ejes bajo vacío, se logró con la variedad O2AD un aumento de la vida útil del 100 por ciento en comparación con O12M bajo las mismas condiciones de corte. El comportamiento de desgaste es predecible y ocurre de manera gradual, lo que aumenta la confianza en aumentar los parámetros de corte y al mismo tiempo reducir el desperdicio y la cantidad de cambios de herramienta. Esto conduce a ahorros de costos tangibles a través de ventanas de procesamiento más largas, un inventario de herramientas reducido y menos tiempos de inactividad.
La variedad O2AD combina la resistencia del recubrimiento de diamante con un sustrato estable. Esto aborda directamente los principales desafíos al fresar materiales compuestos. Una calidad constante de los bordes de corte asegura fuerzas de corte constantes, reduce las vibraciones y permite una mejor previsibilidad del proceso de mecanizado. Las empresas de fabricación pueden lograr cortes más limpios, una vida útil más uniforme y resultados más confiables en materiales compuestos abrasivos.
Conclusión
El CoroMill Plura Composite 2P350 con la variedad O2AD maneja el desgaste abrasivo, el riesgo de delaminación, la sensibilidad al calor y las vibraciones. Esto permite la fabricación de componentes de alta calidad con un rendimiento constante, independientemente de su complejidad o variabilidad. Así, el 2P350 ayuda a las empresas de la aviación, la industria automotriz, así como en los sectores de defensa, aplicaciones espaciales y marítimas, a aumentar su productividad, proteger la integridad del componente y controlar sus costos. Abre nuevas oportunidades en el área del fresado de alto rendimiento confiable de materiales compuestos para aquellos que enfrentan el desafío de la dificultad de mecanizado.
En un contexto más amplio, estos avances muestran cómo los desarrollos en geometría y tecnología de materiales redefinen las posibilidades del mecanizado de materiales compuestos. La delaminación, la variabilidad de las fibras y la sensibilidad al calor son factores que siempre deben tenerse en cuenta al trabajar con estos materiales, pero la tecnología adecuada puede superar estos desafíos y garantizar una operación estable y predecible.
Contacto:
