¿Qué es el fresado? Explicaciones detalladas de métodos, tipos, características y máquinas de corte

¿Qué es el fresado?

El fresado es un método de mecanizado en el que partes de la pieza de trabajo se cortan o eliminan con una herramienta de fresado que gira a alta velocidad. Primero, repasemos los conceptos básicos del fresado.

Principios de fresado

En el fresado, se aplica un herramienta de fresado giratorio a la pieza de trabajo para cortarla. El fresado también se llama "corte interrumpido" porque la herramienta de corte entra en contacto repetidamente y luego rompe el contacto con la pieza de trabajo.

Las piezas de trabajo de forma cuadrada, redonda, en forma de caja y muchas otras pueden mecanizarse utilizando diversas técnicas de corte, como el planeado y el ranurado. Los productos tridimensionales también pueden fabricarse utilizando herramientas mecánicas con ejes móviles tridimensionales.

Diferencia entre fresado y torneado

En el torneado, la pieza de trabajo se fija al husillo y se gira mientras que la herramienta de corte se mantiene fija y se presiona contra él para cortar la pieza de trabajo a cualquier forma deseada. Debido a que cuenta con una pieza de trabajo giratoria, el torneado es adecuado principalmente para fabricar piezas cilíndricas y cortar diámetros interiores.

¿Cuál es la diferencia entre el término japonés fresado "frase" y fresado?

El término japonés fresado "frase" puede traducirse como "Fresado" en los países de habla inglesa. "Fresado" (o milling) tiene su origen en el verbo "moler" o "triturar", dando lugar a los términos para un molino de café (coffee mill) y molino de pimienta (pepper mill) en inglés. Por ello, "fresado" se usa como sinónimo de fresado "frase" y a la que realiza el fresado, una máquina de fresado "frase" en japonés, se llama "máquina fresadora" (milling machine) en inglés.

¿Cuál es la diferencia entre fresado y mecanizado?

"Mecanizado" es un término general para métodos de corte que utilizan un centro de mecanizado. Un centro de mecanizado es una máquina-herramienta, equipada con diversas funciones como Control Numérico (NC) y cambiadores automáticos de herramienta, basada en una máquina de fresado NC. Por lo tanto, en un sentido amplio, el mecanizado puede considerarse un componente del fresado.

Condiciones básicas de corte para fresado

Para el fresado, es necesario ajustar adecuadamente las condiciones de y las herramientas de corte según los detalles del proceso. En esta sección explicaremos las condiciones de corte para el fresado.

Velocidad de corte y velocidad de rotación de la herramienta

La velocidad de corte es la velocidad a la que la herramienta de fresado entra en contacto con la pieza de trabajo. En general, la velocidad de corte se establece según varios factores como el tipo y dureza del material de la pieza de trabajo y el material de la herramienta de corte. Aunque velocidades de corte más rápidas aumentan la eficiencia, también incrementan el desgaste de la herramienta y reducen la precisión del mecanizado. La velocidad de corte se expresa mediante la siguiente fórmula.

Fórmula de cálculo para la velocidad de corte: V (m/min) = π × D × N / 1.000
π: pi
D: diámetro exterior de herramienta de fresado (mm)
N: velocidad rotacional de la herramienta (min^-1)

Por ejemplo, si una herramienta de 10 mm de diámetro gira 1.000 veces por minuto, la velocidad de corte puede calcularse como V = π × 10 mm × 1000 vueltas/min ÷ 1000 = 31,4 m/min.

Profundidad de corte

La profundidad de corte se refiere a la longitud de la parte de la herramienta de fresado que entra en contacto con la pieza de trabajo en la dirección axial de la herramienta. Aunque una mayor profundidad de corte acorta el tiempo de mecanizado, genera una mayor resistencia por fricción, lo que provoca desgaste y calentamiento de la herramienta.

La profundidad de corte se utiliza al calcular la velocidad de eliminación del material (Q).

Fórmula de cálculo para la tasa de eliminación de virutas: Q (cm³/min) = ap x ae x F / 1.000
AP: Profundidad de corte (mm)
AE: Ancho de corte (mm)
F: tasa de avance por minuto (mm/min)

Velocidad de avance de mesa/pieza de trabajo

La tasa de avance se refiere a la velocidad con la que la herramienta se mueve sobre la pieza de trabajo. Esta velocidad varía en función del tipo y dureza del material que se está mecanizando, así como del tipo de herramienta utilizada. La fórmula general es la siguiente:

Fórmula de cálculo para la velocidad de avance de la mesa: F (mm/min) = f × z × N
F: Avance por diente (mm)
z: Número de dientes
N: Velocidad rotacional de la herramienta (min^-1)

Por ejemplo, si una herramienta con 4 dientes se alimenta a 0,05 mm por diente y la velocidad de rotación de la herramienta es de 1.000 vueltas/min, la velocidad de avance es de 4 × 0,05 mm × 1.000 vueltas/min = 200 mm/min.

Dirección de rotación de la herramienta

Existen dos tipos de dirección de rotación de la herramienta: corte ascendente y corte descendente. Las condiciones de corte variarán según la dirección que se utilice.

El upcut o corte ascendente es un método de mecanizado en el que la dirección de rotación de la herramienta de corte y la dirección de avance de la mesa son opuestas. La cantidad de material cortada por la herramienta comienza desde el mínimo hasta el máximo. Como corta a fondo, el acabado superficial resultante es bueno, pero la herramienta se desgasta rápidamente.
El downcut o corte descendente es un método de mecanizado en el que la dirección de rotación de la herramienta de corte y la dirección de avance de la mesa van en la misma dirección. La cantidad de material cortada por la herramienta comienza desde el máximo y llega al mínimo. Por ello, el desgaste por fricción de la herramienta es relativamente lento, lo que resulta en una vida útil más larga de la herramienta.
Para centros de mecanizado y otras máquinas-herramienta, generalmente se recomienda el corte descendente, ya que proporciona una vida útil de la herramienta más larga y menos vibraciones durante el corte.

Principales máquinas herramienta utilizadas para el fresado

Se utilizan varios tipos de máquinas-herramienta para el fresado. A continuación presentaremos las principales máquinas para este proceso.

Máquina de fresado universal

Una máquina de fresado universal es una máquina-herramienta para realizar operaciones de mecanizado manualmente. Una característica importante de estas máquinas-herramienta es que la habilidad y experiencia del operador afectan enormemente la precisión del mecanizado, ya que los cortes de fresado se realizan ajustando manualmente la posición de la herramienta. Son menos costosos que las máquinas controladas por computadora y se pueden realizar mecanizados sencillos de inmediato, lo que los hace adecuados para la producción de lotes pequeños y prototipos.

Máquinas de fresado NC

Una máquina fresadora NC es una máquina-herramienta que utiliza tecnología de Control Numérico para realizar el fresado. Son más caras que las fresadoras universales y requieren conocimientos de programación, pero son capaces de manejar incluso mecanizados complejos y de alta precisión. Dado que la posición de la herramienta se controla automáticamente según comandos programados, son adecuadas para la producción continua y en masa.

Centros de mecanizado

Un centro de mecanizado es una máquina-herramienta que combina la función de un cambiador automático de herramientas (ATC, por sus siglas en inglés) con una máquina de fresado NC. Además del fresado, pueden automatizar tareas como el barrenado y machuelado, permitiendo el corte de diversas formas sin intervención humana.

Máquina de corte de engranajes NC

Una máquina cortadora de engranajes NC es una máquina-herramienta diseñada específicamente para fabricar engranajes en fresado. Los engranajes de alta precisión pueden fabricarse programando la forma, tamaño, número de dientes y otras condiciones del engranaje en la computadora. Como los engranajes son necesarios en una amplia variedad de campos, incluyendo la industria automotriz y de maquinaria, las máquinas de corte de engranajes NC se utilizan ampliamente como máquinas-herramienta que sostienen a la industria manufacturera en Japón.

Tipos de herramientas utilizadas en el fresado

En el fresado se utilizan diversas herramientas. Las fresas de careado y acabado, entre otras, son ampliamente utilizadas. A continuación explicaremos los tipos de herramientas de fresado.

Fresa de careado

Una fresa de careado es una herramienta cilíndrica con múltiples dientes en los bordes exteriores llamados puntas, y se utiliza para cortar suavemente la superficie de una pieza de trabajo. Es una de las herramientas más utilizadas en el fresado.

Fresa de acabado

Una fresa de acabado tiene dientes de corte en los extremos y laterales de la herramienta, y se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo mecanizado de ranuras, corte lateral y de agujeros. Tiene forma de taladro y puede mecanizar una área más pequeña en comparación con una fresa de careado, lo que la hace adecuada para mecanizar formas complejas y detalles finos.

Ranurador

Un ranurador es una herramienta para crear ranuras en la superficie de una pieza de trabajo. Tiene un cortador en forma de disco en la punta. El disco tiene dientes afilados en su circunferencia, que se utilizan para trazar y cortar la pieza de trabajo para crear ranuras. Existen varios tipos de ranuradores según su forma, incluyendo la fresadora en T y la cortadora de cola de milano.

Fresa plana

Una fresa plana es una herramienta utilizada principalmente para mecanizar superficies planas. Tiene dientes en los laterales de una herramienta cilíndrica y generalmente se utiliza acoplado a una fresa horizontal. Puede cortar uniformemente una gran superficie, lo que lo hace adecuado para acabar la superficie de piezas grandes y piezas que requieren planitud.

Tipos de fresado

El fresado tiene una amplia gama de aplicaciones y una variedad de métodos de mecanizado. En esta sección, presentaremos los principales métodos de fresado, como el planeado, el corte lateral y el mecanizado escalonado.

Planeado

El fresado plano es un método de mecanizado que corta la superficie de un material de manera uniforme para dejarlo plano, utilizando herramientas como fresas de careado y fresas de acabado. Se utiliza para crear la superficie de referencia de una pieza o para cortar un material a un espesor especificado.

Corte lateral

El corte lateral es un método de mecanizado de los laterales de una pieza de trabajo, y se utiliza para ajustar la longitud y anchura de la pieza. Una fresa se utiliza generalmente para cortar, donde los dientes de la herramienta se mueven sobre los laterales de la pieza de trabajo trazando el perimetro.

Mecanizado escalonado

El mecanizado escalonado es un método de corte para crear niveles en partes de la pieza de trabajo. Se utiliza para crear superficies o escalones irregulares en las piezas, con herramientas que varían según la forma de la esquina, como la esquina con radio (esquina R en forma de arco) o la esquina con chaflán (esquina en forma de C).

Ranurado

El mecanizado de ranuras se utiliza para mecanizar ranuras y muescas, utilizando herramientas como fresas de acabado y fresas de ranuras. Existen varios tipos de ranurados, incluyendo el mecanizado en T, donde se realiza una ranura con fondo en forma de T en la parte plana de la pieza de trabajo, y el mecanizado en cola de milano, que crea una ranura triangular.

Barrenado

El barrenado es la técnica para taladrar agujeros en una pieza de trabajo, y se utiliza para mecanizar agujeros para pernos y tornillos. Hacer que el interior de un agujero tenga una forma para acomodar un tornillo se llama roscado, alisar una superficie se llama escariado, y ensanchar la parte superior de un agujero para que el cabezal de un perno pueda encajar se llama avellanado.

Mecanizado 3D

El mecanizado 3D es una tecnología avanzada para realizar mecanizado controlando simultáneamente tres ejes: X/Y/Z. Es adecuado para piezas con formas tridimensionales y superficies curvas, y generalmente se utiliza en combinación con un sistema CAD/CAM.

Ejemplos de Fresado

¿Cómo se realiza realmente el fresado en la fabricación? En esta sección, veremos algunos ejemplos de fresado.

Mecanizado multicara

El mecanizado multicara se refiere al mecanizado de múltiples superficies de una pieza de trabajo. Los ejemplos típicos son el mecanizado de 6, 5 y 4 caras. Al realizar mecanizado multicara con una fresadora universal, la pieza de trabajo se vuelve a montar cada vez que se termina una superficie. En cambio, los centros de mecanizado y las máquinas multitarea pueden realizar mecanizado multicara sin necesidad de cargar y descargar la pieza de trabajo.

Mecanizado hexagonal

El mecanizado hexagonal es un método para mecanizar los laterales de una pieza de trabajo o parte de los lados en una forma hexagonal. Se utiliza para fijar piezas como tornillos y tuercas.

Mecanizado helicoidal

El mecanizado helicoidal es una técnica de mecanizado en la que la herramienta se mueve en un camino circular o elíptico para cortar en los ejes X/Y y en dirección positiva o negativa en el eje Z. El término helicoidal en el mecanizado helicoidal puede traducirse a la palabra japonesa para "forma de espiral." Literalmente, el mecanizado helicoidal se caracteriza por cortar gradualmente la pieza de trabajo a lo largo de un camino en espiral.

Mecanizado de socavados

El socavado es una técnica de mecanizado que sirve para crear un hueco en una esquina cuando no se puede mecanizar un ángulo de pasador (ángulo afilado). Al rectificar superficies interiores, puede permanecer material en las esquinas si hay una ranura. Se realiza el socavado en las esquinas para evitar que estas secciones queden curvas.

Características y ventajas del fresado

El fresado es conocido por su capacidad para mecanizar con gran precisión en una amplia variedad de usos, entre otras características. En esta sección, presentaremos las ventajas del fresado.

Capaz de mecanizar con alta precisión

Una característica principal del fresado es que es muy preciso. En particular, las máquinas de fresado NC y los centros de mecanizado pueden realizar este proceso bajo Control Computarizado, lo que permite mantener una alta productividad minimizando las variaciones en el producto.

Capaz de mecanizar una variedad de formas

Como hemos visto, existen numerosas técnicas de mecanizado en el fresado. Cualquier forma puede mecanizarse de forma flexible usando herramientas de fresado. La alta flexibilidad y libertad son las características que definen al fresado. Las máquinas-herramienta capaces de mecanizado en 5 ejes también pueden realizar cortes tridimensionales complejos.

Reduce los pasos de mecanizado y aumenta la eficiencia del trabajo

Con las máquinas de fresado NC y los centros de mecanizado, los procesos son dirigidos por un programa. Por lo tanto, el trabajo de producción puede automatizarse una vez creado un programa. Los centros de mecanizado también pueden cambiar las herramientas de corte automáticamente, lo que permite reducir significativamente la tarea de cambiar de herramienta.

¿Cuáles son las desventajas y precauciones a tomar en el fresado?

Aunque el fresado tiene muchas ventajas, también deben tomarse algunas precauciones. Vamos a revisar las desventajas del fresado y las precauciones con el mecanizado.

Algunas formas no pueden mecanizarse

El fresado es versátil y capaz de mecanizar una amplia variedad de formas, pero no aplica para todo. Por ejemplo, el fresado no puede mecanizar el interior de una esquina en un ángulo de pasador. Como la herramienta gira, inevitablemente crea un radio de esquina (esquina en un arco circular).

Las herramientas y accesorios adecuados para el material son esenciales

En el fresado las herramientas y accesorios deben seleccionarse correctamente para adaptarse al material que se va a mecanizar. Una selección o método incorrecto de herramienta puede resultar en un fallo en la máquina, a que la pieza de trabajo se desplace o, en el peor de los casos, a un accidente. Por estas razones, es fundamental realizar el mecanizado de forma segura y eficiente al fresar, teniendo en cuenta el proceso de trabajo, la compatibilidad de la pieza de trabajo y las herramientas, y otros factores.

Hacia una fabricación más eficiente para pequeñas y medianas empresas

Debido a la escasez de mano de obra, la industria manufacturera necesita transformarse para reducir la mano de obra y aumentar la productividad. ¿Cómo pueden las empresas manufactureras abordar este problema?

Afrontando la dificultad de conseguir trabajadores cualificados

Las habilidades y la experiencia de los trabajadores cualificados forman el núcleo de la fabricación de productos. Perder estos factores tendrá un impacto directo en la calidad. Por ello, un número creciente de empresas está abordando el urgente problema de la escasez de mano de obra ampliando el periodo de empleo de trabajadores cualificados o reincorporándolos, entre otras medidas.

Promoción de la automatización

Con el desarrollo de los avances tecnológicos en máquinas-herramienta, muchas empresas están solucionando su escasez de personal mediante inversiones de capital. Como ya hemos visto, los procesos intensivos en mano de obra pueden simplificarse y mejorar la productividad adoptando centros de mecanizado y máquinas multitarea. Además, la automatización puede ayudar a reducir la carga de trabajo de los empleados, permitiendo que los recursos se asignen a trabajos más creativos y de alto valor. Una inversión de capital tan agresiva resultará en un crecimiento sostenible para la empresa.