Cómo optimizar rendimiento y resultado
Soluciones específicas para taladrado de composites
El cada vez mayor uso de composites y composites en paquetes metálicos tiene unas consecuencias importantes para la ejecución de operaciones de corte de metales optimizadas. La gran variedad de sus propiedades, su comportamiento poco predecible y su cada vez mayor importancia como materiales en el mundo de la ingeniería, exigen que se le preste una atención de mejora continua para garantizar que las operaciones de corte se realizan de manera eficiente y que se mantiene un proceso de mecanizado competitivo
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Aunque la cantidad de mecanizado que necesitan los componentes de composite es generalmente menor que el que necesitan las piezas de metal, el mecanizado con éxito de los composites es a menudo, debido a las propiedades de estos materiales innovadores, algo difícil de conseguir. La necesidad de soluciones específicas para los composites es elevada; quizás más elevada que la que tenían los materiales de titanio cuando se introdujeron hace algunas décadas. Hoy en día, los diamantes son los mejores amigos de los operarios de mecanizado de composites. El mecanizado de composites supone fracturar (hacer añicos) la estructura de fibra del material. Como resultado, obtener cortes limpios no es fácil; es necesario un enfoque diferente en términos de herramientas y de métodos de mecanizado. Al ser unos malos conductores, el calor generado durante el mecanizado causa un problema por el riesgo que se presenta para la parte resinosa de los composites. Por tanto, los composites son unos buenos indicadores de las deficiencias del proceso de mecanizado, aún más que los metales. |
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El taladrado de agujeros es la operación más habitual en los procesos de mecanizado de las piezas y materiales de composite. Preparar la aplicación de fiadores en estructuras y componentes hechos de composites es una tarea que requiere un tiempo considerable en el sector aeroespacial. Incluso con estructuras unificadas que reducen el ensamblaje necesario, las operaciones de hacer agujeros son todavía un factor decisivo en los problemas de eficiencia, coste y seguridad. Como consecuencia, estas operaciones son el objetivo de considerables esfuerzos para mejorar el rendimiento, la calidad/coherencia y la seguridad.
El taladrado de agujeros con éxito en componentes de composites o materiales relacionados en paquetes requiere que antes se definan y se resuelvan ciertos factores. Para encontrar la herramienta y el proceso de corte más adecuado es necesario considerar lo siguiente: las propiedades del material o materiales involucrados; diámetro, profundidad y calidad del agujero; tipo de equipamiento o máquina; estabilidad de la configuración; y número de agujeros.
La necesidad de realizar agujeros redondos y limpios es una cuestión de alta seguridad en el sector aeroespacial ya que estos forman parte de uniones con fiadores que afectan a los valores de fatiga de la estructura. La herramienta de corte adecuada, aplicada de forma correcta para una operación determinada, es la clave para conseguir agujeros satisfactorios y para minimizar la contaminación por polvo durante el mecanizado.
Los indicadores de calidad observados habitualmente en el taladrado de metal no se pueden aplicar directamente al taladrado de composites, en parte porque no hay viruta y en parte porque el acabado superficial convencional puede no ser relevante.
En cambio, la calidad de los agujeros en composites se basa generalmente en cualquier grado de separación que se produzca en la capa final del material (exfoliación), así como cualquier deshilachado (astillado) de fibras residuales en el agujero. Estos problemas no se detectan directamente, por lo que presentan un reto diferente. Además, es fundamental realizar correctamente la acción de corte de la herramienta, especialmente si se tiene en cuenta que la calidad del agujero se deteriora antes de que se produzca ninguna indicación de que la herramienta sea inadecuada.
Como con la mayor parte de las herramientas, elegir la mejor combinación de geometría de filo de corte y material de la herramienta es clave para el taladrado con éxito de composites. Estos materiales tienen un carácter muy abrasivo cuando se mecanizan, debido a la dureza de las fibras. Ligado a las resinas más débiles, existe una tendencia a que las fibras se extraigan, a que se produzca una incompatibilidad elástica y a que se generen fracturas entre las capas. Esto hace que el punto de entrada del agujero, el punto de salida y las paredes laterales tengan tendencia a dañarse, lo que supondría que los componentes se rechazarían por problemas de calidad. Además, si se trata de composites en paquetes de metales como titanio o aluminio, la herramienta debe tener una capacidad de penetración alta y amplia.
Al establecer las propiedades de los materiales involucrados, las pruebas siguen siendo un importante indicador para aplicar la mejor herramienta y datos de corte (además de las recomendaciones del proveedor). Aunque la vida de la herramienta es la principal consideración, optimizar la velocidad y la eficiencia es una cuestión competitiva cada vez más importante. Incluso con experiencia previa en el mecanizado de composites, la aparición de un composite desconocido en el taller de mecanizado necesita un enfoque nuevo. No son materiales homogéneos y su rango de maquinabilidad es mayor que el de los metales. Un composite necesita ser identificado en función de su superficie, estructura, fibras, resinas y grosor (profundidad del agujero). Con paquetes, la combinación de tipos de metal y el grosor son los factores más importantes.
Mantener un control de las dimensiones y del acabado es un factor crítico en la selección de la herramienta, junto con cuánto debe pretaladrarse el agujero para una o dos pasadas de taladro, y si se requiere escariado o no. La fiabilidad es también un factor de la herramienta en cuanto que si se rechazan componentes debido a la calidad de los agujeros, esto generalmente lleva a medidas de fabricación correctivas (los componentes caros exigen procesos seguros). El objetivo es ser productivo a base de resultados coherentes.
La capacidad y estabilidad del equipamiento, la máquina y la configuración es otro factor que tendrá influencia en la elección de la herramienta. Los medios involucrados son normalmente automáticos, de avance automático o portátiles en forma de máquina CNC, robot, máquina portátil de avance automático o herramienta manual. Las herramientas de corte generalmente están dedicadas a uno o más de estos medios. Además, las exigencias de la operación y la experiencia del operario pueden variar hasta el punto de que estas variables requieran alguna forma de compensación; todo ello se puede conseguir con la selección adecuada de la herramienta.
La cantidad de agujeros que se deben realizar es un factor de coste de la herramienta. Afecta a la elección de herramienta en la medida de que realizar una gran cantidad de agujeros en un tipo de composite debe ser una operación eficiente, con una herramienta optimizada y, a menudo, más costosa. Un bajo número de agujeros, combinado con la capacidad de hacer frente a la variación en los composites, componentes y configuraciones, apuntan a una elección de herramienta diferente.
Con estas exigencias en mente, las soluciones disponibles incluyen herramientas de carburo cementado con recubrimiento de diamante y de diamante tipo Vein. Estas vienen en versión estándar, semiestándar y personalizada.
El diamante policristalino (PCD) es un material de herramienta muy duro, idóneo para el mecanizado de composites y de materiales en paquetes. Una broca con carburo cementado como material del núcleo con filos de corte de PCD está considerada como la mejor opción para el taladrado de composites en la actualidad, cuando los niveles de calidad y la coherencia son cada vez más ajustados y se exige cada vez una mayor productividad.
El carburo ofrece la manera de reforzar la herramienta con su geometría de corte así como con el mango de la broca, con lo que se optimiza la acción de corte y se maximizan la holgura y la evacuación de material. Esto hace que las brocas hechas de carburo estén especialmente indicadas para muchas operaciones inestables que involucren herramientas manuales y empuje desigual por parte de los operadores, así como variaciones en la holgura de la guía/broca. Como tales, también son idóneas para muchas operaciones portátiles de avance automático y en máquinas que deban realizar pasadas únicas en materiales en paquetes.
El carburo y el PCD tienen diferentes limitaciones como materiales de herramientas: el carburo es robusto pero se desgasta con rapidez, mientras que el PCD es muy resistente al desgaste pero es más frágil. Sin embargo, combinados, se convierten en una solución excelente para hacer agujeros.
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| Mantener las tolerancias de las dimensiones y del acabado superficial, así como conseguir niveles satisfactorios de seguridad y productividad, son factores críticos en la selección de herramientas para composites. Las brocas recubiertas de PCD y de tecnología PCD tipo Vein de Sandvik Coromant y Precorp han sido desarrolladas como soluciones dedicadas para satisfacer diferentes aplicaciones de materiales y configuraciones. Las herramientas estándar, personalizadas o hechas a medida conforman soluciones optimizadas para diferentes exigencias del taladrado de agujeros | |
Una gama de modernas brocas estándar, personalizadas o hechas a medida con recubrimiento de PCD, está disponible en diferentes calidades y geometrías para ajustarse al material y a las condiciones de mecanizado particulares. Estas brocas también han sido desarrolladas para producir agujeros de alta calidad en composites que van de los ricos en fibra a los ricos en resinas, así como para ofrecer alternativas completas y resultar idóneas para materiales en paquetes, incluido el titanio.
Dos brocas estándar ofrecen opciones para optimizar las operaciones en máquinas y configuraciones portátiles. La selección depende del carácter del composite particular, con diferentes geometrías de corte y calidades de PCD. La broca CoroDrill 854 es la más idónea para materiales ricos en fibra, ya que minimiza la tendencia al deshilachado del agujero. Esta broca dispone de salientes en la periferia para cortar mejor las fibras, de modo que se evita el astillado. También es adecuada para materiales de combinaciones en paquetes de composites y aluminio.
La broca CoroDrill 856 ha sido desarrollada para especializarse en el corte de composites ricos en resinas. Su geometría de corte de doble ángulo proporciona la capacidad para hacer entradas y salidas más suaves, con lo que se reduce la tendencia a la exfoliación. Esta broca también es adecuada para el taladrado en composites de capas de vidrio. En caso de necesitarse una optimización adicional, es posible realizar pequeñas modificaciones personalizadas de las propiedades.
La semiestandarización es el camino a seguir para una broca completa que sea adecuada para composites y para materiales en paquetes de aluminio, tales como aquellos a los que se añade una protección frente a los rayos para materiales aeroespaciales. La versatilidad conseguida con opciones semiestándar de esta broca, principalmente para materiales ricos en fibra, proporciona un gran potencial para convertirse en la solución de mejores prácticas para numerosas aplicaciones.
La tecnología tipo Vein, para integrar PCD en el carburo, es una técnica avanzada basada en un proceso patentado desarrollado a mediados de los años ochenta. Hace un uso óptimo de un filo de corte duro y resistente al desgaste en un mango de broca de gran tenacidad. La broca de carburo está equipada con un filo de PCD, soldado en una ranura situada alejada de la punta de la broca, lo que crea una unión de gran resistencia. A continuación se rectifica la geometría final, con lo que se deja el filo protegido en cierto modo por la parte de carburo de la broca.
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| Brocas de PCD tipo Vein como ésta para el taladrado de avance automático hacen un uso óptimo de un filo de corte duro y resistente al desgaste en un mango de broca de gran tenacidad. La tecnología permite rectificar diferentes geometrías de herramienta para adecuar, y por tanto optimizar, el rendimiento y los resultados en composites y materiales en paquetes |
El proceso permite diferentes geometrías de corte que eran poco prácticas o incluso imposibles de conseguir con procesos convencionales de PCD-bit. La tecnología tipo Vein también permite flexibilidad en el diseño de herramientas para hacer frente a factores como configuraciones menos rígidas o aplicaciones estables de alto volumen con agujeros de precisión. Una broca PCD tipo Vein se diseña generalmente para una solución en una configuración automática. Proporciona una geometría de corte afilada que sigue siendo penetrante en los composites más abrasivos.
Parte de este diseño exclusivo puede incluir el fortalecimiento de la esquina de la herramienta para permitir mayores velocidades de corte, en combinación con unos límites de entrada y salida más ajustados.
Como alternativa se pueden diseñar brocas PCD tipo Vein para composites en paquetes de metales. Como tal, la broca puede disponer de micro rectificadoras en áreas concentradas de gran tensión, lo que ofrece una mayor capacidad para permanecer afilada durante la larga vida de la herramienta. El filo de la herramienta corta las fibras del composite con una fuerza de empuje baja, lo que tiene como resultado una mínima rotura de fibras, exfoliación y rebaba de salida en el metal de los paquetes.
Como conclusión, las herramientas de corte específicas son críticas para realizar con éxito agujeros en composites y componentes en paquetes. La exigencia de calidad, coherencia en los componentes, larga vida de herramienta, seguridad, cero desperdicios y cortos tiempos de producción requiere una tecnología de herramientas basada en un historial de experiencia y amplios recursos de I+D.
SANDVIK COROMANT y Precorp, como innovadores y proveedores establecidos de herramientas de corte y soluciones para el mecanizado de composites, han unido sus fuerzas para producir productos de vanguardia compartiendo marca. La gama de herramientas de carburo-PCD estándar y personalizadas proporcionan respuestas a los retos presentados por un amplio abanico de materiales composite que se utilizan en la actualidad.
SANDVIK COROMANT IBÉRICA
tel. 91 6605100
www.sandvik.coromant.com/es