Para muchas personas, este término puede parecer algo vago o impreciso. En realidad, cada empresa que ha implementado tecnología de HSM (High-Speed Machining) ha desarrollado su propia definición, adaptada a sus necesidades y experiencias específicas.
Por ejemplo, algunas lo consideran como cualquier proceso que se realiza a velocidades de husillo superiores a 20,000 rpm. Desde esta perspectiva, el fresado con micromecanizado usando un cortador de apenas 0.005 pulgadas sería automáticamente clasificado como HSM, aunque esto no captura toda la esencia de la metodología.
Otra definición común es que el HSM se refiere a cualquier técnica de mecanizado que priorice la eliminación rápida de material. Sin embargo, esto también es una visión demasiado amplia y tradicional. Por ejemplo, usar un molino de 150 caballos de fuerza con un head de 8 pulgadas para remover grandes cantidades de acero en una operación de corte convencional sería un enfoque del pasado, que no refleja la sofisticación del HSM moderno.
En realidad, el mecanizado de alta velocidad se puede entender como una técnica que se centra en realizar cortes con presiones de contacto muy bajas, pero a velocidades extremadamente altas, logrando así incrementar de manera significativa la eficiencia en la remoción de material. Esta definición ayuda a distinguir claramente entre las operaciones tradicionales y las que realmente aprovechan los principios del HSM.
El HSM no es una técnica estática, sino que opera en un espectro donde el grado de aplicación puede variar. La clave está en aprovechar al máximo ocho pilares fundamentales que garantizan el éxito en este proceso:
- Rigidez en la herramienta y la pieza de trabajo
- Equilibrado correcto de las herramientas
- Pruebas de armónicos en los cortadores
- Control preciso de la carga de la herramienta
- Adelgazamiento y optimización de los chips
- Selección adecuada de cortadores
- Comprensión profunda de los materiales
- Requisitos específicos de la máquina
Estos conceptos, que en el mecanizado convencional suelen ser considerados en menor grado, en el HSM se convierten en elementos críticos que requieren atención y perfeccionamiento constante. La puesta en práctica de estos pilares puede representar un proceso de desarrollo y ajuste en la configuración de la máquina y las herramientas.
¿Por qué el mecanizado de alta velocidad presenta desafíos?
Implementar HSM no es simplemente aumentar las revoluciones del huso y esperar que todo funcione perfectamente. La realidad es que este método exige una planificación meticulosa, ya que implica superar diversos obstáculos técnicos y operativos.
Algunos de los desafíos más comunes incluyen:
- Trabajar con diferentes tipos de metales, cuyos comportamientos ante altas RPM varían considerablemente. Algunos materiales, al calentarse, se vuelven más duros y propensos a fallar en la herramienta.
- El incremento en las velocidades aumenta la probabilidad de vibraciones o resonancias, que pueden reducir la vida útil de la herramienta y deteriorar la calidad de la pieza.
- Las fuerzas de corte se vuelven más intensas, lo que puede provocar que las herramientas se desprendan de sus portaherramientas, con consecuencias catastróficas.
- Muchas máquinas antiguas no están diseñadas para soportar las demandas del HSM, limitando su rendimiento y precisión.
- Las trayectorias de herramienta requieren algoritmos avanzados y sistemas de control sofisticados para gestionar movimientos rápidos y precisos.
- El costo de configuración y puesta a punto puede ser elevado, requiriendo inversión en herramientas, sistemas de medición, y capacitación del personal.
Por ello, muchas tiendas dudan en adoptar el HSM de inmediato, por miedo a dañar su maquinaria o a no alcanzar resultados rentables. Sin embargo, con un enfoque correcto y conocimientos adecuados, estos obstáculos pueden ser superados para obtener beneficios sustanciales en productividad y calidad.
Los ocho pilares del mecanizado de alta velocidad y su aplicación práctica
1 – Rigidez de la herramienta y la pieza de trabajo
El enemigo número uno en HSM es la vibración. La menor flexión o movimiento en la herramienta o la pieza puede generar resultados desastrosos, desde un acabado pobre hasta fallas en la herramienta o la pieza.
Para evitar esto, es fundamental asegurar que cada elemento del sistema tenga la máxima rigidez posible, incluyendo:
- La estructura del huso de la máquina
- El portaherramientas y su conexión con el huso
- Extensiones y accesorios en la herramienta
- El método de sujeción de la pieza de trabajo
- Las superficies de apoyo y las mesas de la máquina
Una conexión débil en cualquiera de estos puntos puede ser la causa de resonancias que comprometan toda la operación.
2 – Equilibrado de herramientas
El equilibrio correcto de las herramientas es vital. En operaciones de HSM, frecuencias de rotación elevadas como 20,000 rpm o más requieren que las herramientas estén equilibradas con precisión, generalmente con calificaciones de 10,000 rpm o superiores.
El desequilibrio puede generar vibraciones que desgastan rápidamente los cojinetes del huso, reducen la vida útil de la herramienta y afectan la calidad del acabado final. La inversión en equipos de equilibrado, aunque significativa, se amortiza en mayor durabilidad y rendimiento.
3 – Pruebas de armónicos en los cortadores
Antes de usar una herramienta en condiciones de alta velocidad, es recomendable realizar pruebas de armónicos para detectar resonancias potenciales. Sistemas especializados, como Blue Swarf, permiten identificar la frecuencia exacta en la que la herramienta vibra de manera destructiva y ajustar las RPM en consecuencia, asegurando un funcionamiento estable y seguro.
4 – Control de carga de la herramienta
Una carga constante y controlada es esencial para evitar vibraciones y roturas. Esto implica gestionar cuidadosamente las trayectorias, evitando entradas o salidas abruptas, y usando técnicas como el corte en arco o molienda trocoidal para reducir impactos en esquinas y transiciones.
5 – Adelgazamiento de chips
El tamaño de los chips generados durante el corte afecta directamente la disipación de calor y la estabilidad del proceso. Tecnologías como la molienda de cáscara permiten obtener chips muy delgados, que se dispersan rápidamente y mantienen la temperatura bajo control, especialmente en materiales difíciles como titanio, Inconel o acero inoxidable.
6 – Selección adecuada de cortadores
El diseño del cortador debe adaptarse a la aplicación y material. Para aluminio, se prefiere una geometría con vanguardia ligeramente redondeada que mejora la estabilidad y la vida útil. En materiales duros como titanio o Inconel, se utilizan cortadores con múltiples flautas (6 a 10), con diámetros de núcleo grandes que ofrecen mayor resistencia y capacidad de carga.
7 – Comprensión profunda de los materiales
Conocer el comportamiento de cada material ante altas velocidades es fundamental. Mientras que el aluminio permite velocidades elevadas con cargas moderadas, los metales exóticos requieren técnicas específicas y una selección cuidadosa de herramientas y parámetros para evitar el sobrecalentamiento y la fractura.
8 – Requisitos de la máquina
Para maximizar los beneficios del HSM, se necesita una máquina que soporte altas velocidades y aceleraciones rápidas. Características clave incluyen un control con capacidad de predicción y bloqueamiento anticipado, motores con suficiente RPM y torque, y una estructura robusta que resista las cargas dinámicas.
Una prueba sencilla para evaluar si una máquina es adecuada consiste en diseñar una trayectoria que exija movimientos rápidos y precisos, y medir la capacidad de la máquina para mantener la precisión y velocidad sin vibraciones excesivas. La inversión en maquinaria moderna y bien equilibrada es fundamental para garantizar el éxito en HSM.
Preguntas frecuentes relacionadas
¿Qué diferencia existe entre HSM y la molienda de alta eficiencia (HEM)?
El HSM se centra en alcanzar altas velocidades y tasas de eliminación de material mediante cortes rápidos y ligeros, optimizando la productividad y calidad. La molienda de alta eficiencia, en cambio, busca maximizar la eliminación del material a través de técnicas de corte específicas y geometrías de herramientas diseñadas para ello. Aunque los términos a veces se usan indistintamente, HSM generalmente enfatiza la velocidad y la precisión, mientras que HEM enfatiza la eficiencia en la remoción de material.
¿Qué técnicas específicas se emplean en el mecanizado de alta velocidad?
- Adelgazamiento de chips mediante geometrías y parámetros adecuados
- Utilización de pruebas de armónicos para evitar resonancias
- Control preciso de la carga de la herramienta y trayectorias optimizadas
- Aplicación de técnicas de fresado de cáscara y trocoidal para reducir cargas y disipar calor
- Selección de herramientas con geometrías y recubrimientos especializados para cada material
- Reforzamiento de la rigidez del sistema y utilización de máquinas de alto rendimiento
Estas técnicas, aplicadas en conjunto, permiten alcanzar los objetivos de productividad y calidad que caracterizan al HSM.