La demanda de soluciones aeroespaciales más rápidas, baratas y ecológicas es cada vez mayor, pero la fabricación de aeronaves con cero emisiones conlleva importantes retos. Si bien las emisiones de CO₂ durante el funcionamiento de los aviones han sido el principal foco de atención, el impacto del procesamiento de materiales durante las operaciones de fabricación es igualmente crucial, ya que afecta a los índices de producción, la eficiencia y el control de calidad. Afortunadamente, una solución a estos retos es aplicar correctamente el refrigerante para aumentar al máximo el rendimiento, optimizar la seguridad de los procesos y mejorar el rendimiento de las herramientas, razón por la cual el mercado de lubricantes aeroespaciales está alcanzando a una tasa prevista de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 19 % de 2022 a 2027. En este artículo, Henri Sevonen, director del segmento aeroespacial del especialista en corte de metales Sandvik Coromant, explica los beneficios del refrigerante de alta precisión y los innovadores conceptos de utillaje.
El papel de los refrigerantes en el mecanizado de componentes aeroespaciales ha experimentado una cierta evolución. Durante muchos años, los talleres de máquinas han utilizado refrigerantes mediante la colocación de tubos que inundan la zona de mecanizado, especialmente en aquellos materiales que requieren refrigerante para este proceso. Pero ahora, a través de la aplicación precisa de refrigerante a alta presión en la zona de mecanizado, existen nuevas ventajas. El acceso generalizado a esta tecnología ha sido posible gracias a la elevada capacidad de suministro de refrigerante de muchas máquinas CNC, así como a los nuevos conceptos de herramientas.
Una diferencia que se nota
Para aplicar refrigerante de una manera eficaz y que se note la diferencia, es preciso dosificarlo en chorros de gran precisión, en un volumen suficiente y con la dirección correcta. No basta simplemente con aplicar un chorro de refrigerante ni con inundar con este la zona de mecanizado. La aplicación correcta de refrigerante de gran precisión puede, por otra parte, marcar una diferencia en lo referente a la formación de viruta, la distribución térmica, el embazado del material de la pieza en el filo de corte, la integridad superficial y el desgaste de la herramienta.
Estos factores básicos del mecanizado afectan a la fabricación mediante los objetos de mejora para lograr una mayor competitividad en cuanto a productividad, vida útil de las herramientas, control y evacuación de la viruta y calidad de los componentes.
Al aplicarse correctamente, el refrigerante de precisión maximiza el volumen de mecanizado, aumenta la seguridad del proceso y mejora el rendimiento de la herramienta y la calidad del componente. Los efectos positivos se perciben incluso a bajas presiones de refrigerante, pero, cuanto mayor es la presión, más sencillo es mecanizar correctamente materiales más exigentes.
En general, la aplicación de refrigerante de precisión puede marcar una gran diferencia en el mecanizado, especialmente al trabajar con acero inoxidable y acero con bajo contenido de carbono. Sin embargo, al mecanizar materiales más exigentes, como HRSA (superaleaciones termorresistentes) y titanio, esta práctica supone un auténtico cambio de paradigma. Por este motivo, algunas innovaciones recientes han ayudado a mejorar la disponibilidad del refrigerante de alta precisión y ampliar todavía más sus posibilidades.
Refrigerante de alta presión como opción estándar
Muchas máquinas CNC modernas disponen de suministros de refrigerante a presiones de 70 a 100 bares de serie o de forma opcional, con depósitos y bombas adecuadas. Esto es suficiente para incorporar refrigerante a alta presión, lo que supone una notable diferencia en el rendimiento y en los resultados en los centros de mecanizado y de torneado, los tornos verticales y las máquinas multitarea más habituales. Un equipamiento estándar es suficiente con fácil canalización del refrigerante hacia el lugar donde se aplica el chorro.
Las herramientas modulares constituyen una base esencial para el mecanizado con refrigerante de alta precisión, en parte para garantizar los cambios rápidos de herramienta y minimizar así las paradas de la máquina, pero también para proteger las conexiones y el suministro de refrigerante de la máquina al filo de corte. El sistema modular de herramientas de cambio rápido Coromant Capto® es actualmente la base de las nuevas herramientas estándar de alta precisión con refrigerante. El sistema es ideal para usarlo como plataforma modular, está diseñado con suministro de refrigerante interior y también puede utilizarse como método de suministro de refrigerante con alta precisión. Es un método basado en normas ISO y está disponible como opción en muchas máquinas CNC con herramientas estacionarias y giratorias.
El refrigerante de precisión por arriba dirigido con exactitud a la zona de corte mejora el control de virutas y la seguridad del proceso. El refrigerante por abajo aumenta la vida útil y la productividad, en especial en aplicaciones que generan mucho calor en la plaquita.
Refrigerante de precisión para torneado
Las herramientas de torneado con refrigerante de precisión están equipadas para producir chorros precisos de refrigerante con flujo laminar paralelo. Los chorros provocan una cuña hidráulica entre la plaquita y la viruta, que modifica la forma de la viruta y el flujo y reduce la temperatura en la zona de mecanizado. El uso de boquillas montadas cerca del filo que proyectan con precisión los chorros de alta velocidad fuerza a las virutas a separarse de la cara de la plaquita, las enfría y las rompe en fragmentos de menor longitud, lo que ayuda a evacuarlas.
Se han observado ventajas en las operaciones de acabado a menores presiones, incluso de niveles hasta diez bares en materiales como el acero, el acero inoxidable, el aluminio, el titanio y las HRSA. Además de la mayor seguridad que aporta la mejora del control de virutas, el refrigerante de precisión puede comportar una mejora considerable de la vida útil de la herramienta y aumentar el potencial de alcanzar una mayor velocidad de corte. Al aplicar refrigerante de precisión, es posible prolongar la vida útil de la herramienta en hasta el 50 %.
La velocidad de corte influye en la temperatura y, por tanto, en el desgaste de la herramienta, mucho más que cualquier otro factor. Incrementar la velocidad de corte en el titanio fuera del rango de maquinabilidad más limitado reduce drásticamente la vida útil de la herramienta.Pero cuando se aumenta el avance en una escala similar, lo habitual es una reducción menor de la vida útil de la herramienta.
Por este motivo, el avance suele ser un buen punto de partida para optimizar las velocidades de arranque de metal con un perjuicio mínimo sobre la vida útil de la herramienta. No obstante, un alto avance no es siempre una opción en estas máquinas debido a las mayores fuerzas de corte y a cómo afecta en el control de virutas.
Torneado de un disco de turbina de HRSA
El refrigerante de precisión puede desempeñar un papel clave en el mecanizado de materiales ISO S. Los efectos del refrigerante de precisión pueden, por tanto, suponer el incremento potencial del rendimiento a través de mayores velocidades de corte, pero sin experimentar el incremento habitual en la temperatura y la consiguiente reducción de la vida útil de la herramienta. Existe un efecto de refrigeración claro sin mayores fuerzas de corte vinculadas a avances más elevados. Para los materiales con clasificación ISO S, es posible alcanzar un incremento del 20 por ciento en la velocidad de corte, manteniendo la misma longitud de corte.
El torneado interno también es un ámbito en el que el refrigerante de precisión puede desempeñar un papel importante para ayudar a garantizar una buena formación de viruta, así como para mejorar las propiedades de cizallamiento en materiales exigentes, como el titanio. En este sentido, el concepto aporta una mayor seguridad y una vida útil más prolongada en las operaciones de mandrinado. Al mecanizar orificios relativamente grandes y profundos con barras de mandrinar, como por ejemplo en piezas de trenes de aterrizaje, las herramientas modulares tanto en la parte trasera como en la delantera de la herramienta pueden ser muy ventajosas.
La posibilidad de cambiar el pequeño cabezal de corte en la barra sujeta aporta rapidez y comodidad, con la flexibilidad de poder realizar varios cortes con un reglaje único. CoroTurn® SL combina barras para mandrinar antivibratorias con bloqueo dentado de los cabezales para mandrinar orificios más grandes con profundidades de diez veces el diámetro; además, está equipada con funciones de refrigeración de precisión.
La variación de la integridad superficial de los componentes se ve influida por la temperatura y por las fuerzas generadas durante el mecanizado. Es evidente que el refrigerante es clave en el control de la temperatura, por lo que el refrigerante de precisión ha demostrado unos resultados superficiales más fiables. Las boquillas de las herramientas se orientan directamente a la parte de la plaquita que se encuentra en contacto con la superficie acabada. Como las boquillas no son ajustables, se suprime una gran cantidad de variables, lo que se traduce en un proceso de mecanizado más seguro y consistente.
Optimización de operaciones correctamente definidas
Gracias a la capacidad de forzar una cuña de líquido en la zona de mecanizado, especialmente en operaciones clasificadas como mecanizado medio o torneado de acabado, es más fácil controlar el grosor de las virutas y la cuña de líquido resulta más fácil de aplicar que en las operaciones de desbaste.
La aplicación del mecanizado con refrigerante de alta precisión no debe entenderse como un medio para compensar las carencias debidas a otros factores de la aplicación, como el uso de plaquitas inadecuadas, inestabilidad o datos de corte incorrectos. El refrigerante de precisión actúa como factor optimizador cuando las operaciones están correctamente definidas. El concepto ofrece una vía para lograr ciclos más cortos, una calidad superior y más consistente de los componentes y una mayor seguridad de los procesos de torneado y fresado.
