Simplifique el mecanizado de chaveteros de eje con TungMeister VVFH
Un proceso más inteligente desde el drilling hasta el acabado periférico
Para el mecanizado de chaveteros de eje, los métodos comunes incluyen el rampado con una fresa de extremo o el drilling de un orificio piloto antes de mecanizar el slot con una fresa de extremo.
¿Pero es ese método de mecanizado realmente óptimo?
El rampado a menudo requiere una trayectoria de herramienta larga. El uso de brocas y fresas de extremo separadas reduce la carga en cada herramienta, pero aumenta el número de herramientas y los cambios de herramienta.
El cabezal multifuncional TungMeister VVFH es una
fresa de extremo cuadrada de tres flutes con capacidad de drilling mejorada.
Puede realizar el drilling directamente en la posición inicial, moverse lateralmente para mecanizar el interior del slot y luego proceder al shoulder milling para el acabado periférico.
En otras palabras, VVFH no es simplemente una “fresa de extremo que puede perforar”. Es una
herramienta diseñada para repensar de manera integral el proceso, las herramientas y la trayectoria de herramienta utilizados para el mecanizado de chaveteros de eje.
Lo que aprenderá en este artículo
- Por qué el mecanizado de chaveteros de eje tiende a requerir más procesos y herramientas
- Cómo VVFH conecta el drilling, el slot milling y el acabado periférico
- Tecnologías que soportan el rendimiento de drilling y slot milling de VVFH
- Cómo elegir entre un mango de alta rigidez y un mango de pinza ER integrado
- Ejemplos de application de clientes que demuestran la integración de procesos, una mayor vida útil de la herramienta y un mecanizado estable
- Condiciones de mecanizado a verificar al considerar VVFH
- Resumen
1. ¿Se han convertido los procesos convencionales de mecanizado de chaveteros de eje en la norma incuestionable?
Para los chaveteros de eje, particularmente las formas de pocket de extremo cerrado, la herramienta no puede entrar por el lateral.
Por lo tanto, el método utilizado para alcanzar la profundidad de mecanizado requerida tiene un impacto significativo en el tiempo de mecanizado y el número de herramientas necesarias.
Se utilizan comúnmente los tres métodos siguientes.
Método 1: Rampado con una fresa de extremo
La fresa de extremo entra en la pieza de trabajo en ángulo y corta gradualmente hasta la profundidad especificada.
Luego se mueve lateralmente para mecanizar el interior del slot, seguido de shoulder milling alrededor de la periferia para el acabado.
Aunque este método limita el número de cambios de herramienta, requiere una distancia de entrada suficiente para alcanzar la profundidad de mecanizado.
Para slots profundos, la trayectoria de rampado se alarga y puede impedir la reducción del tiempo de mecanizado.
Método 2: Cortes superficiales repetidos y movimientos de avance lateral
La profundidad de corte axial se establece en un valor pequeño, y el interior del slot se mecaniza mediante cortes repetidos en el eje Z y movimientos de avance lateral.
Aunque esto facilita la reducción de la carga en la herramienta, aumenta el número de pasadas.
Cuando también se incluye el acabado periférico, el tiempo de mecanizado requerido para cada chavetero tiende a ser más largo.
Método 3: Drilling de un orificio piloto y mecanizado del slot con una fresa de extremo
Se utiliza una broca para crear un orificio piloto hasta la profundidad de mecanizado requerida.
Luego se cambia la herramienta a una fresa de extremo, que mecaniza el interior del slot y realiza shoulder milling alrededor de la periferia para el acabado.
Este método reduce tanto la distancia de rampado como la carga de entrada en la fresa de extremo, pero crea los siguientes desafíos.
- Se requieren tanto una broca para orificio piloto como una fresa de extremo
- Se requieren cambios de herramienta
- Se requieren más pockets de herramientas y unidades de herramientas motorizadas
- Se requiere la gestión del offset y la vida útil de la herramienta para cada herramienta
- El inventario de herramientas y el trabajo de configuración aumentan
DILEMA
Reducir el número de herramientas aumenta la longitud de la trayectoria de la herramienta, mientras que acortar la trayectoria de la herramienta aumenta el número de herramientas
VVFH resuelve esta disyuntiva.
2. VVFH conecta el drilling con el acabado periférico
VVFH es una fresa de extremo cuadrada de tres flutes con filos de corte centrales que permiten el drilling.
Puede realizar el drilling directamente en la dirección Z en la posición de inicio del mecanizado.
Después de alcanzar la profundidad especificada, puede moverse lateralmente para mecanizar el interior del slot.
Luego puede proceder directamente al shoulder milling alrededor de la periferia del chavetero para el acabado.
Comparación de métodos de mecanizado
Método de rampado convencional
→
Avance lateral dentro del slot
→
Acabado periférico de shoulder
Método convencional de broca y fresa de extremo
→
Cambio de herramienta
→
Mecanizado de slot con fresa de extremo
→
Acabado periférico de shoulder
Mecanizado con VVFH
→
Mecanizado lateral de slot
→
Acabado periférico de shoulder
PUNTO CLAVE
VVFH es una herramienta que transforma la trayectoria de herramienta del chavetero
El valor de VVFH no se limita a añadir capacidad de drilling a una fresa de extremo convencional.
Su mayor ventaja es la capacidad de reemplazar un proceso basado en rampado o múltiples herramientas con un
método de mecanizado continuo que consiste en drilling, avance lateral y acabado periférico.
Ejemplo de mejora del tiempo de mecanizado
Mecanizado de chavetero en un eje S45C
Rampado convencional:
240 segundos
→ Con VVFH:
75 segundos
(fuente: documentación internal)
3. Tres tecnologías que soportan el mecanizado estable con VVFH
El drilling y el mecanizado de slot difieren tanto en la dirección de la carga aplicada a la herramienta como en las condiciones bajo las cuales se evacuan los chips.
VVFH incorpora tecnologías que permiten realizar estas diferentes operaciones de mecanizado con una sola herramienta.
Característica 1: Tres filos de corte centrales para drilling
VVFH cuenta con tres filos de corte centrales.
Durante el drilling, los tres filos de corte participan en el corte, distribuyendo la carga entre ellos.
Debido a que los filos de corte permanecen funcionales en el centro de la herramienta, VVFH puede entrar directamente en la dirección Z desde la posición de inicio del mecanizado y luego pasar al avance lateral.
Característica 2: 150% de volumen de flute en comparación con el diseño convencional
Durante el drilling, la herramienta está rodeada por la pieza de trabajo, lo que hace que el espacio disponible para evacuar los chips generados sea particularmente importante.
VVFH utiliza pockets de chip grandes y proporciona
150% del volumen de flute del diseño convencional
(fuente: documentación internal del producto).
Esta estructura reduce la acumulación de chips durante el drilling y facilita una transición suave al mecanizado de avance lateral posterior.
Este gran volumen de flute no solo beneficia al drilling, sino que también
contribuye significativamente a mejorar la chip evacuation durante el mecanizado de slot completo.
En operaciones de slot completo, como el mecanizado de chaveteros, todo el diámetro de la herramienta está involucrado en el corte, produciendo un gran volumen de chips simultáneamente.
Un mayor volumen de flute dificulta la acumulación de chips dentro de los pockets y evita aumentos en la carga de corte causados por el re-corte de chips.
Esto permite un
mecanizado consistentemente estable desde el drilling hasta el mecanizado de slot.
Característica 3: Resistencia a la vibración con geometry de hélice variable
Durante el mecanizado lateral de slot, todo el diámetro de la herramienta está involucrado en el corte, lo que resulta en altas cargas de corte y una mayor tendencia a que ocurran vibraciones.
VVFH emplea un diseño de hélice variable.
Su rendimiento de chip evacuation y resistencia a la vibración soportan trayectorias de herramienta que transitan del drilling al avance lateral en el mecanizado de chaveteros y pockets.
TRES TECNOLOGÍAS
Tres filos de corte centrales × Gran volumen de flute × Hélice variable
Estas tres tecnologías trabajan juntas para permitir que una herramienta realice las dos operaciones de mecanizado diferentes de drilling y mecanizado de slot.
4. Selección del mango adecuado para maximizar el rendimiento de VVFH
En el mecanizado de chaveteros de eje, es importante no solo seleccionar el cabezal VVFH adecuado, sino también asegurar una rigidez suficiente en todo el conjunto de la herramienta, incluido el mango.
Durante el mecanizado de slot completo y el shoulder milling periférico, se aplican cargas radiales a la herramienta.
Como principio básico, el conjunto de la herramienta debe ser
lo más corto y grueso posible.
Mango de alta rigidez VSSD
VSSD utiliza un mango recto que es de mayor diámetro que la rosca de conexión del cabezal, aumentando la rigidez de todo el conjunto de la herramienta.
Reduce la deflexión de la herramienta en applications sujetas a altas cargas radiales, como el mecanizado de chaveteros de slot completo y el mecanizado de slots largos.
En una prueba internal de mecanizado de slot, demostró
un mecanizado sin vibraciones hasta tres veces la profundidad de corte de la fresa de extremo sólida utilizada para la comparación.
Applications donde VSSD es efectivo:
- Mecanizado de chaveteros de slot completo
- Mecanizado de slots largos
- Mecanizado de alta carga de materiales como el acero SCM
- Applications que experimentan vibración o deflexión de la herramienta
- Applications con dimensiones inestables durante el acabado periférico de shoulder
Mango de pinza ER integrado VER
Este mango es efectivo en entornos que utilizan pinzas ER del lado de la máquina, incluyendo tornos, máquinas multitarea y tornos automáticos tipo suizo.
Su diseño compatible con pinza ER integrada acorta el voladizo de la herramienta.
Ayuda a suprimir la deflexión y la vibración en entornos donde la rigidez es difícil de mantener, como unidades de herramientas motorizadas y máquinas compactas.
Compatible con ER11, ER16, ER20 y ER25.
Guías de selección de mango
| Se requiere un voladizo corto en un torno o máquina multitarea | Mango de pinza integrado VER |
|---|---|
| Se requiere mayor rigidez contra cargas radiales durante el mecanizado de slot | Mango de alta rigidez VSSD |
| No hay interferencia y se puede usar un mango de mayor diámetro | Priorice la configuración más corta y gruesa posible |
5. Ejemplos de application de clientes
Los siguientes ejemplos de application de clientes demuestran las capacidades de VVFH.
Vea cómo VVFH logró mejoras en la
integración de procesos, la vida útil de la herramienta y la estabilidad del mecanizado.
Caso 1
Eje de motor EV SCM440: Seis veces más componentes al cambiar de una fresa de extremo HSS
Detalles de la application
- Componente: Eje de motor para sistemas de propulsión de vehículos eléctricos e híbridos
- Material de la pieza de trabajo: SCM440, 27–35 HRC
- Máquina: Torno / suministro de external coolant
- Operación: Mecanizado de chavetero con un ancho de slot de 10 mm, longitud de slot de 400 mm y profundidad de 4.5 mm
Desafíos
- La fresa de extremo HSS existente tenía una vida útil corta y requería reemplazo después de mecanizar cinco componentes
- El modo de falla fue la fractura del filo de corte, lo que creó la necesidad de una mayor vida útil de la herramienta
- La longitud del slot de 400 mm resultó en una larga distancia de mecanizado
Comparación de condiciones de corte
| Fresa de extremo HSS convencional | VVFH + VSSD | |
|---|---|---|
| Herramienta y mango | Fresa de extremo HSS ø8, 2 flutes | VVFH0800S03R04S05 VSSD10L055S05-S |
| Material y grade del cabezal | HSS recubierto | Carburo AH715 |
| Velocidad de corte Vc | 23 m/min | 23 m/min |
| Profundidad de corte ap | 4.5 mm | 4.5 mm |
| Avance | 45 mm/min | 45 mm/min |
| Voladizo | 20 mm | 20 mm |
| Componentes mecanizados por cabezal | 5 componentes | 30 componentes, 6 veces más |
| Modo de falla | Fractura del filo de corte | Desgaste del flanco |
| Calidad de la superficie | Equivalente a la herramienta convencional | Buena |
| Estabilidad de la herramienta | Equivalente a la herramienta convencional | Buena |
PUNTO CLAVE
La construcción de carburo y un mango de alta rigidez cambiaron el modo de falla de fractura a desgaste estable
La fresa de extremo HSS se reemplazó con un cabezal VVFH de carburo AH715 manteniendo la misma velocidad de corte, profundidad de corte y avance.
También se utilizó un mango de alta rigidez VSSD.
Como resultado,
el modo de falla cambió de fractura repentina del filo de corte a desgaste estable del flanco,
y el número de componentes mecanizados aumentó de cinco a 30.
La calidad de la superficie también mejoró.
Caso 2
Chavetero de eje SCM420/430: Reducido de tres procesos a dos y de tres herramientas a una
Detalles de la application
- Componente: Eje, mecanizado de chavetero en bruto
- Material de la pieza de trabajo: SCM420 / SCM430
- Máquina: Centro de torneado con husillo motorizado
- Ancho de chavetero: 8 / 10 / 12 / 16 mm
Desafíos con el método convencional de tres procesos
- 1. Drilling de orificio piloto con una broca plana
- 2. Mecanizado de slot en bruto con una fresa de extremo de desbaste de cuatro flutes
- 3. Acabado periférico con una fresa de extremo de acabado de cuatro flutes
- Se requerían tres herramientas, lo que resultaba en una considerable carga de trabajo de cambio y gestión de herramientas
Condiciones de mecanizado con VVFH
- Drilling: Vc = 60 m/min, fz = 0.03 mm/t
- Mecanizado lateral de slot: ap = 3.5 mm, Vc = 100 m/min, fz = 0.07 mm/t
- Buenos resultados tanto en drilling como en mecanizado de avance lateral
Resultados de mejora
| Convencional | VVFH + VSSD | |
|---|---|---|
| Herramienta y mango | Fresa de desbaste ø9, 4 flutes | VVFH1000S03R04S06 AH715 VSSD12L065S06-S |
| Avance por diente fz | 0.05 mm/t | 0.07 mm/t |
| Voladizo | 20 mm | 15 mm |
| Tasa de remoción de material | 22.28 cm³/min | 23.4 cm³/min |
| Número de procesos | 3 procesos | 2 procesos, desbaste + acabado |
| Número de herramientas requeridas | 3 herramientas | 1 herramienta |
| Calidad de la superficie | Inferior | Buena |
| Estabilidad de la herramienta | — | Buena |
PUNTO CLAVE
Drilling y mecanizado en bruto consolidados en una única herramienta VVFH
Mientras se mantenía el proceso de acabado periférico,
la broca plana y la fresa de desbaste se consolidaron en una única herramienta VVFH.
El número de procesos se redujo de tres a dos, y el número de herramientas requeridas se redujo de tres a una.
El voladizo también se acortó de 20 mm a 15 mm, lo que permitió un avance mayor al tiempo que mejoraba la calidad de la superficie.
Caso 3
Chavetero de eje S45C: Mecanizado de un solo proceso y mayor vida útil de la herramienta logrados simultáneamente
Detalles de la application
- Componente: Eje para un motor diésel
- Material de la pieza de trabajo: S45C
- Máquina: Torno con husillo motorizado / suministro de external coolant
- Operación: Mecanizado de chavetero ø8, 5 mm de profundidad de corte y 58 mm de longitud de mecanizado
Desafío
- El método convencional consistía en dos procesos: drilling de orificio piloto con una broca ø8, seguido de mecanizado de slot con una fresa de extremo ø8 de la competencia
- Se requería una mayor productividad mediante la integración de procesos
Comparación de condiciones de corte
| Herramienta convencional de la competencia | VVFH + VSSD | |
|---|---|---|
| Herramienta y mango | Fresa de extremo ø8, 4 flutes | VVFH0800S03R04S05 VSSD10L055S05-S |
| Grado | AlCrN | AH715 |
| Velocidad de corte Vc | 60 m/min | 60 m/min |
| Profundidad de corte ap | 5 mm | 5 mm |
| Avance por diente fz | 0.01 mm/t | 0.03 mm/t |
| Avance | 95 mm/min | 215 mm/min |
| Piezas mecanizadas por cabezal | 126 piezas | 160 piezas |
| Tasa de remoción de material | 3.82 cm³/min | 8.59 cm³/min |
| Número de procesos | 2 procesos, drilling + mecanizado de slot | Consolidado en 1 proceso |
| Calidad de la superficie | Buena | Buena |
PUNTO CLAVE
Optimizar el avance en lugar de simplemente reducirlo
VVFH, con su capacidad de drilling, se propuso para integrar los procesos.
Inicialmente se produjo chipping del filo de corte al mecanizar con el mismo avance bajo utilizado para la herramienta de la competencia.
Sin embargo, al
optimizar el avance al valor recomendado de fz = 0.03 mm/t,
el número de piezas mecanizadas aumentó de 126 a 160.
La tasa de remoción de material se duplicó con creces, lo que permitió
tanto la integración de procesos como una mayor vida útil de la herramienta
y resultó en un cambio exitoso de herramienta.
Lo que los tres casos tienen en común
Revisar el proceso, el mango y las condiciones de corte juntos en lugar de simplemente reemplazar la herramienta
En los tres casos, la fresa de extremo existente no fue simplemente reemplazada por VVFH.
Los resultados se lograron combinando un
cambio de material de HSS a carburo,
una rigidez mejorada de la herramienta con un mango de alta rigidez VSSD,
un voladizo de herramienta más corto,
y
condiciones de avance adecuadas para VVFH.
Juntas, estas medidas permitieron tanto la integración de procesos como una mayor vida útil de la herramienta.
6. Utilice diferentes condiciones para drilling, mecanizado de slot y acabado periférico
VVFH puede realizar múltiples operaciones de mecanizado con una sola herramienta, pero esto no significa que cada operación deba usar las mismas condiciones de corte.
Es importante establecer condiciones adecuadas para cada operación de mecanizado.
Barrenado
- Velocidad de corte durante el drilling
- Avance en el eje Z
- Profundidad de drilling
- Si se requiere avance por picoteo
- Suministro de coolant
- Condiciones de chip evacuation
Mecanizado de slot
- Avance por diente
- Profundidad de corte axial
- Ancho de slot
- Longitud de mecanizado
- Condiciones de chip evacuation
- Vibración o ruido anormal
- Condición de daño de la herramienta
Acabado periférico de shoulder
- Margen de acabado periférico
- Profundidad de corte radial
- Avance por diente
- Ancho de chavetero
- Dimensiones del shoulder
- corner radius requerido
- Condición de la superficie mecanizada
IMPORTANTE
Establezca condiciones óptimas para cada operación de mecanizado
La dirección y magnitud de la carga aplicada a la herramienta difieren entre drilling, mecanizado de slot y acabado periférico.
El rendimiento de VVFH se puede maximizar
estableciendo las condiciones de corte individualmente para cada operación.
Resumen: VVFH cambia el enfoque convencional del mecanizado de chaveteros de eje
Este artículo presentó los desafíos del mecanizado de chaveteros de eje y las soluciones proporcionadas por TungMeister VVFH.
Los puntos clave se resumen a continuación.
- El mecanizado de chaveteros de eje presenta un dilema de “número de herramientas versus longitud de trayectoria de herramienta”:
el rampado, el mecanizado con broca y fresa de extremo, y el corte superficial repetido tienen ventajas y desventajas. - VVFH conecta el drilling, el mecanizado de slot y el acabado periférico con una sola herramienta:
tres filos de corte centrales permiten la entrada directa en el eje Z seguida de avance lateral. - Tres tecnologías permiten un mecanizado estable:
tres filos de corte centrales, 150% de volumen de flute y geometry de hélice variable. - La selección del mango afecta directamente el rendimiento:
elija entre el mango de alta rigidez VSSD y el mango de pinza integrado VER según la application. - Optimice las condiciones de corte para cada operación de mecanizado:
establezca condiciones individuales para drilling, mecanizado de slot y acabado periférico. - Probado en applications de clientes:
los resultados incluyen una reducción del 69% en el tiempo de mecanizado, vibración reducida, menos herramientas y menos cambios de herramienta. - El diseño de cabezal reemplazable reduce los costos operativos:
el mango se puede reutilizar.
Si busca mejorar su proceso de mecanizado de chaveteros de eje, lo invitamos a probar VVFH.