Fresa

Las fresas de extremo (fila central de la imagen) son herramientas que poseen dientes de corte tanto en un extremo como en los laterales. El término " fresa de extremo" se usa generalmente para referirse a fresas de fondo plano, pero también incluye fresas redondeadas (conocidas como de punta esférica ) y fresas con radio (conocidas como de punta toroidal o toroide ). Suelen estar fabricadas de acero de alta velocidad o carburo cementado y tienen una o más estrías. Son la herramienta más común en las fresadoras verticales.

Las fresas de desbaste eliminan rápidamente grandes cantidades de material. Este tipo de fresa utiliza un diente ondulado cortado en la periferia. Estos dientes ondulados actúan como múltiples filos de corte sucesivos, produciendo numerosas virutas pequeñas. Esto da como resultado un acabado superficial relativamente rugoso, pero la viruta se presenta en secciones cortas y delgadas, más fáciles de manejar que una sección más gruesa y alargada, lo que resulta en virutas más pequeñas y fáciles de eliminar. Durante el corte, varios dientes están en contacto simultáneo con la pieza de trabajo, lo que reduce las vibraciones. La rápida eliminación de material con cortes de fresado intensos se conoce a veces como desbaste . Las fresas de desbaste también se conocen como fresas de desbaste o desgarradoras.

Las fresas de punta esférica ( fila inferior de la imagen) son similares a las brocas para ranurar, pero su extremo es hemisférico . Son ideales para mecanizar formas contorneadas tridimensionales en centros de mecanizado , por ejemplo, en moldes y matrices . En el lenguaje coloquial de taller, a veces se las denomina fresas esféricas , a pesar de que este término también tiene otro significado . También se utilizan para añadir un radio entre caras perpendiculares y así reducir las concentraciones de tensión .

Una fresa de punta redondeada mecaniza una ranura con un radio de esquina intermedio entre una fresa frontal y una fresa esférica; por ejemplo, puede ser una  fresa de 20 mm de diámetro con un  radio de esquina de 2 mm. Su silueta es esencialmente un rectángulo con las esquinas truncadas (ya sea mediante un chaflán o un radio).

Las fresas planas se utilizan solas o en operaciones de fresado en serie en fresadoras manuales horizontales o universales para mecanizar rápidamente grandes superficies anchas. Han sido sustituidas por fresas frontales con puntas de carburo cementado , que se utilizan en fresadoras verticales o centros de mecanizado. ^{[ 2 ]}

La fresa de corte lateral y frontal está diseñada con dientes de corte tanto en sus laterales como en su circunferencia. Se fabrican en diferentes diámetros y anchos según la aplicación. Los dientes laterales permiten realizar cortes asimétricos (cortando solo por un lado) sin que la fresa se desvíe, como ocurriría con una sierra de ranurar o una fresa de corte longitudinal (que no tienen dientes laterales).

Las fresas de este tipo fueron las primeras que se desarrollaron. Desde la década de 1810 hasta al menos la de 1880, fueron el tipo de fresa más común, mientras que hoy en día esa distinción probablemente corresponde a las fresas frontales . Tradicionalmente, las fresas laterales y frontales de acero rápido (HSS) se utilizan para fresar ranuras y surcos.

Existen 8 fresas (excluyendo las raras de tamaño medio) que pueden cortar engranajes desde 12 dientes hasta una cremallera (de diámetro infinito).

Estas fresas son un tipo de herramienta de conformado y se utilizan en máquinas de tallado de engranajes para generar engranajes. Una sección transversal del diente de la fresa genera la forma requerida en la pieza de trabajo, una vez ajustadas las condiciones adecuadas (tamaño de la pieza en bruto). Una máquina de tallado de engranajes es una fresadora especializada.

Mientras que una fresa de engranajes interactúa con la pieza de trabajo de forma muy similar a como lo haría un engranaje acoplado (y corta la pieza progresivamente hasta que alcanza su forma final), una fresa para roscar funciona de forma muy parecida a una fresa frontal, desplazándose alrededor de la pieza de trabajo mediante una interpolación helicoidal.

Una fresa frontal es una herramienta de corte diseñada para el mecanizado frontal, a diferencia de las fresas de extremo, que se utilizan para crear cavidades. Los filos de corte de las fresas frontales siempre se ubican a lo largo de sus laterales. Por lo tanto, deben cortar siempre en dirección horizontal a una profundidad determinada, partiendo desde el exterior del material. Sus múltiples dientes distribuyen la carga de viruta y, dado que normalmente se trata de plaquitas de carburo desechables , esta combinación permite un fresado frontal muy amplio y eficiente.

Una fresa de volante se compone de un cuerpo en el que se insertan una o dos herramientas de corte . A medida que la unidad gira, las herramientas realizan cortes frontales amplios y poco profundos. Las fresas de volante son similares a las fresas frontales, ya que su propósito es el fresado frontal y sus herramientas de corte son reemplazables. Las fresas frontales son más ideales en varios aspectos (por ejemplo, rigidez, indexación de las plaquitas sin alterar el diámetro efectivo de la herramienta o la longitud de corte, capacidad de profundidad de corte), pero suelen ser costosas, mientras que las fresas de volante son muy económicas.

La mayoría de las fresas de corte tienen un cuerpo central cilíndrico que aloja una sola herramienta. Generalmente se trata de una herramienta de torneado estándar para giro a la izquierda, sujeta con un ángulo de entre 30 y 60 grados. Las fresas de corte con dos herramientas no tienen un nombre oficial, pero se las suele denominar fresas de corte dobles, fresas de corte de doble extremo o barras de corte. Este último nombre indica que suelen consistir en una barra de acero con una herramienta de corte fijada en cada extremo. A menudo, estas herramientas se montan perpendicularmente al eje principal de la barra, y la geometría de corte se obtiene mediante una herramienta de torneado estándar para giro a la derecha.

Las fresas de corte convencionales (de una sola herramienta, con un diámetro de corte generalmente inferior a 100  mm) se venden ampliamente en los catálogos de herramientas para maquinistas. Las barras de corte rara vez se comercializan; suelen ser fabricadas por el propio usuario. Las barras de corte son quizás un poco más peligrosas de usar que las fresas de extremo y las fresas de corte convencionales debido a su mayor oscilación. Como dijo un maquinista, usar una barra de corte es como "usar una cortadora de césped sin la plataforma" ^{[ 3 ]} , es decir, la fresa oscilante expuesta representa una gran oportunidad para atrapar herramientas manuales cercanas, trapos, dedos, etc. Sin embargo, dado que un maquinista nunca puede ser descuidado impunemente cerca de fresas o piezas de trabajo giratorias, esto simplemente significa usar el mismo cuidado de siempre, pero con un riesgo ligeramente mayor. Las barras de corte bien hechas, en manos concienzudas, brindan años de servicio sin problemas y rentable para el refrentado de grandes piezas de trabajo poligonales, como bloques de matrices/moldes.

Las fresas Woodruff se utilizan para cortar la ranura de la llave Woodruff .

Las fresas huecas, más conocidas como fresas de corte, son esencialmente fresas de extremo con el filo hacia afuera. Tienen forma de tubo (pero con paredes más gruesas) y sus filos de corte se encuentran en la superficie interior. Originalmente se utilizaban en tornos revólver y máquinas de tornear como alternativa al torneado con una herramienta de caja , o en fresadoras o taladros para el acabado de salientes cilíndricos (como muñones ). Las fresas huecas se pueden utilizar en tornos CNC modernos y máquinas de tipo suizo . Una ventaja de usar una fresa hueca indexable y ajustable en una máquina de tipo suizo es la posibilidad de reemplazar varias herramientas. Al realizar múltiples operaciones en una sola pasada, la máquina no necesita otras herramientas, ya que puede acomodarlas en la zona de trabajo, lo que mejora la productividad.

Las fresas huecas más avanzadas utilizan plaquitas de carburo indexables para el corte, aunque todavía se utilizan cuchillas tradicionales de acero de alta velocidad y con punta de carburo.

El fresado cóncavo ofrece una ventaja sobre otros métodos de corte, ya que permite realizar múltiples operaciones. Una fresa cóncava puede reducir el diámetro de una pieza y, además, realizar el refrentado , el centrado y el chaflán en una sola pasada.

Las fresas huecas ofrecen ventajas sobre las herramientas de un solo punto. Sus múltiples cuchillas permiten duplicar la velocidad de avance y lograr una concentricidad más precisa. El número de cuchillas puede variar entre 3 y 8. Para el desbaste (reducción de diámetro significativa), se requieren más cuchillas.

El trepanado también es posible con una fresa hueca. Se pueden utilizar cuchillas especiales en una fresa hueca para trepanar diámetros, formas y ranuras anulares.

La interpolación tampoco es necesaria al utilizar un molino hueco; esto puede resultar en una reducción significativa del tiempo de producción.

Con una fresa hueca es posible obtener radios esféricos tanto convexos como cóncavos. Las múltiples cuchillas de la fresa hueca permiten producir este radio manteniendo una tolerancia estricta.

Un uso común de la fresa hueca es la preparación para el roscado. La fresa hueca puede crear un diámetro de pre-roscado uniforme rápidamente, lo que mejora la productividad.

Una fresa hueca ajustable es una herramienta versátil, ya que el cambio de cuchillas permite obtener una amplia gama de geometrías posibles.

Aunque existen muchos tipos diferentes de fresas, comprender la formación de virutas es fundamental para el uso de cualquiera de ellas. A medida que la fresa gira, el material a cortar se introduce en ella, y cada diente desprende una pequeña viruta. Lograr el tamaño correcto de la viruta es de vital importancia. El tamaño de esta viruta depende de varias variables.

Velocidad de corte superficial (V _c )

Esta es la velocidad a la que cada diente corta el material mientras la herramienta gira. Se mide en metros por minuto en los países que utilizan el sistema métrico o en pies superficiales por minuto (SFM) en Estados Unidos. Los valores típicos de velocidad de corte oscilan entre 10 m/min y 60 m/min para algunos aceros, y entre 100 m/min y 600 m/min para el aluminio. No debe confundirse con la velocidad de avance. Este valor también se conoce como «velocidad tangencial».

Velocidad del husillo (S)

Esta es la velocidad de rotación de la herramienta y se mide en revoluciones por minuto (rpm). Los valores típicos oscilan entre cientos y decenas de miles de rpm.

Diámetro de la herramienta (D)

Número de dientes (z)

Alimentación por diente (F _z )

Esta es la distancia que el material se introduce en la fresa a medida que cada diente gira. Este valor representa el tamaño del corte más profundo que realizará el diente. Los valores típicos podrían ser 0,1 mm/diente o 1 mm/diente.

Velocidad de alimentación (F)

Esta es la velocidad a la que el material se introduce en la cortadora. Los valores típicos oscilan entre 20 mm/min y 5000 mm/min.

Profundidad de corte

Esta es la profundidad a la que se introduce la herramienta bajo la superficie del material que se está cortando (no se muestra en el diagrama). Esta será la altura de la viruta producida. Normalmente, la profundidad de corte será menor o igual al diámetro de la herramienta de corte.

El maquinista necesita tres valores: S , F y Profundidad para decidir cómo cortar un nuevo material con una nueva herramienta. Sin embargo, probablemente el fabricante de la herramienta le proporcionará los valores de _Vc y Fz. A partir de estos _, S y F se pueden calcular:

Una fresa puede cortar en dos direcciones, a veces conocidas como convencionales o ascendentes , y en sentido ascendente o descendente .

• Fresado convencional (izquierda): El espesor de la viruta comienza en cero y aumenta hasta alcanzar el máximo. El corte es tan ligero al principio que la herramienta no corta, sino que se desliza sobre la superficie del material, hasta que se acumula suficiente presión y el diente se engancha repentinamente y comienza a cortar. Esto deforma el material (en el punto A del diagrama, izquierda), endureciéndolo y desafilando la herramienta. El deslizamiento y el agarre dan como resultado un acabado deficiente en el material.
• Fresado en concordancia (derecha): Cada diente entra en contacto con el material en un punto definido, y el ancho de corte comienza en el máximo y disminuye hasta cero. Las virutas se depositan detrás de la fresa, lo que facilita su eliminación. El diente no roza con el material, por lo que la vida útil de la herramienta puede ser mayor. Sin embargo, el fresado en concordancia puede aplicar cargas mayores a la máquina, por lo que no se recomienda para fresadoras antiguas o que no estén en buen estado. Este tipo de fresado se utiliza principalmente en fresadoras con eliminador de holgura .

La ubicación de la herramienta de corte se refiere a dónde colocarla para lograr el contorno (geometría) deseado de la pieza, dado que su tamaño es distinto de cero. El ejemplo más común es la compensación del radio de corte (CRC) para fresas de extremo , donde la línea central de la herramienta se desplaza de la posición objetivo mediante un vector cuya distancia es igual al radio de la herramienta y cuya dirección está determinada por las interpretaciones izquierda/derecha, ascenso/convencional y arriba/abajo . En la mayoría de las implementaciones de código G , son las instrucciones G40 a G42 las que controlan la CRC (G40 cancela, G41 izquierda/ascenso, G42 derecha/convencional). El operador de CNC o el maquinista introducen los valores del radio de cada herramienta en el registro de desplazamiento y los ajustan durante la producción para mantener las dimensiones finales dentro de la tolerancia . La ubicación de la herramienta de corte para el contorneado 3D en fresado de 3, 4 o 5 ejes con una fresa de extremo de bola se gestiona fácilmente mediante software CAM en lugar de programación manual. Normalmente, la salida vectorial de la CAM se procesa posteriormente en código G mediante un programa de postprocesamiento diseñado específicamente para el modelo de control CNC. Algunos controles CNC de última generación aceptan la salida vectorial directamente y realizan la conversión a entradas de servo internamente.

Otra cualidad importante de la fresa a considerar es su capacidad para manejar las virutas generadas durante el proceso de corte. Si las virutas no se eliminan con la misma rapidez con la que se producen, las ranuras se obstruirán e impedirán que la herramienta corte de manera eficiente, lo que provocará vibraciones, desgaste y sobrecalentamiento. Varios factores afectan la eliminación de virutas, incluyendo la profundidad y el ángulo de las ranuras, el tamaño y la forma de las virutas, el flujo del refrigerante y el material circundante. Si bien puede ser difícil de predecir, un buen operario estará atento a la acumulación de virutas y ajustará las condiciones de fresado si la observa.