El fresado a alta velocidad no consiste en hacer girar la herramienta más rápido. Se trata de una forma diferente de aplicar carga a la fresa: una alta velocidad del husillo combinada con un contacto radial ligero y una alta velocidad de avance, lo que permite eliminar virutas pequeñas muy rápidamente en lugar de virutas grandes de forma lenta. El resultado es que la mayor parte del calor se disipa a través de la viruta, en lugar de acumularse en la herramienta o en la pieza de trabajo, razón por la cual la vida útil de la herramienta suele mejorar a velocidades más altas, en lugar de reducirse drásticamente.
Ese cambio en la carga tiene consecuencias a lo largo de todo el proceso, y lo que suele pillar desprevenidos a los usuarios es el cálculo. Un corte radial ligero hace que la viruta sea más fina, por lo que, si se aplica el mismo avance por diente que se utilizaría en un corte convencional, lo que se consigue es frotar el material en lugar de cortarlo. Esta guía aborda los parámetros, la corrección necesaria para que funcionen, la selección de la herramienta y el portaherramientas, y cómo estas elecciones se traducen en el acabado superficial de la pieza.
¿Qué caracteriza a un corte a alta velocidad?
Cualquier corte de fresado se describe mediante tres parámetros, y el fresado a alta velocidad modifica el equilibrio entre ellos, más que un valor concreto.
| Parámetro | Significado | Fresado convencional | Fresado de alta velocidad |
| Velocidad de corte (vc) | Velocidad superficial en el filo de la herramienta | Moderado | Alta |
| Avance por diente (fz) | Material que elimina cada canal por revolución | Moderado | De moderada a alta, corregida por la pérdida de densidad capilar |
| Profundidad radial (ae) | Ancho de corte a lo largo de la herramienta | A menudo, entre el 50 y el 100 por ciento del diámetro | Normalmente, entre el 5 y el 15 por ciento del diámetro |
| Profundidad axial (ap) | Profundidad de corte a lo largo del eje de la herramienta | Superficial | A menudo, la longitud total de la ranura |
Las dos últimas filas son el verdadero sello distintivo de esta técnica. Un corte de desbaste convencional realiza una penetración poco profunda pero amplia; un corte de alta velocidad, una penetración estrecha pero profunda. Al utilizar toda la longitud del canal, el desgaste se distribuye a lo largo de todo el filo de corte en lugar de concentrarse en una sola banda, y el reducido contacto radial mantiene las fuerzas de corte lo suficientemente bajas como para que una herramienta delgada pueda funcionar a velocidades de avance que, en un corte ancho, la romperían.
Los dos cálculos de los que depende todo lo demás:
Velocidad del husillo: n (rpm) = (vc × 1000) ÷ (π × D)
Velocidad de avance: vf (mm/min) = fz × número de canales × n
Donde vc es la velocidad de corte en metros por minuto y D es el diámetro de la herramienta en milímetros. Estos son el punto de partida, no el final, debido a lo que ocurre con el espesor de la viruta en un contacto radial ligero.
Reducción radial del grosor de la viruta: la corrección que la mayoría de la gente se salta
Cuando el calado radial es inferior a la mitad del diámetro de la herramienta, el espesor real de la viruta producida es menor que el avance programado por diente. El canal de corte entra y sale del material describiendo un arco poco pronunciado, por lo que nunca alcanza la profundidad de corte completa indicada.
El factor de adelgazamiento de la viruta es:
Factor de adelgazamiento de la viruta = 2 × √( (ae ÷ D) − (ae ÷ D)² )
Multiplica el avance programado por diente por ese factor y obtendrás la viruta que la herramienta está produciendo realmente. Para que la viruta recupere el espesor para el que se diseñó la herramienta, divide el avance previsto por diente por ese factor.
| Acoplamiento radial (ae) | ae ÷ D | Factor de dilución | Corrección de la alimentación |
| 50% de diámetro | 0.50 | 1.00 | No es necesario |
| 30% de diámetro | 0.30 | 0.92 | Multiplica la ración por 1,09 |
| 20% de diámetro | 0.20 | 0.80 | Multiplica la ración por 1,25 |
| 10% de diámetro | 0.10 | 0.60 | Multiplica la ración por 1,67 |
| 5% de diámetro | 0.05 | 0.44 | Multiplica la ración por 2,29 |
Por eso las trayectorias de herramienta de alta velocidad se ejecutan a velocidades de avance que, sobre el papel, parecen temerarias, pero que, de hecho, son correctas. Con un paso lateral del 10 %, una herramienta necesita aproximadamente 1,67 veces el avance nominal por diente simplemente para producir la viruta para la que fue diseñada.
Ignorar esta corrección es la razón más habitual por la que las estrategias de alta velocidad no dan los resultados esperados. Realizar un corte radial ligero con un avance convencional produce una viruta tan fina que el filo roza en lugar de cortar. El roce genera calor sin eliminar material, lo que endurece la superficie en el acero inoxidable, provoca la acumulación de material en el filo en el aluminio y acorta la vida útil de la herramienta en todos los materiales.
Estrategia de trayectoria de la herramienta: la clave está en un contacto constante
Una trayectoria de ranurado convencional mantiene un avance constante a lo largo de una pared y, a continuación, describe un giro de casi 180 grados alrededor de una esquina interior. El ángulo de contacto se duplica aproximadamente justo en el momento en que la herramienta tiene menos apoyo, razón por la cual las esquinas son el punto donde se rompen las fresas.
Las trayectorias dinámicas o trocoidales resuelven este problema manteniendo constante el ángulo de contacto de la herramienta en todo momento y haciendo que la trayectoria describa una curva en las esquinas, en lugar de girar directamente hacia ellas. Dado que el contacto nunca alcanza picos, los parámetros elegidos para los tramos rectos siguen siendo válidos en todo momento, lo que permite utilizar avances agresivos de forma segura.
Conviene señalar las consecuencias prácticas:
- Siempre que sea posible, se evita el ranurado completo, ya que una ranura se acopla al 100 % a la herramienta y elimina todas las ventajas de esta técnica.
- Esta trayectoria recorre una mayor distancia, pero se tarda mucho menos tiempo, ya que las velocidades de avance son varias veces superiores.
- Las herramientas más pequeñas pueden eliminar más material que las más grandes, ya que una fresa delgada que alcance toda la profundidad de la ranura y con un avance reducido puede ofrecer mejores resultados que una fresa grande que realice pasadas anchas y poco profundas.
- El sistema de control debe estar a la altura. Estas trayectorias generan un gran número de bloques de movimiento cortos, y un sistema de control sin una previsión adecuada provocará que la máquina se quede sin datos y que el avance real caiga muy por debajo del valor programado.
Selección de herramientas
Para aluminio
El aluminio es el material clásico para el mecanizado a alta velocidad, ya que permite velocidades de corte muy elevadas y produce virutas largas y blandas que deben eliminarse. La geometría de la herramienta refleja ambos aspectos: dos o tres canales en lugar de cuatro o más, lo que deja amplios espacios entre ellos para la evacuación de virutas; ángulos de hélice elevados, en torno a los 45 grados, para expulsar las virutas del corte; un ángulo de inclinación positivo elevado; y canales pulidos para que el material no se adhiera.
La elección del recubrimiento es más importante de lo que la gente cree. El carburo pulido sin recubrimiento, el ZrN o los recubrimientos tipo diamante son adecuados para el aluminio. Los recubrimientos de nitruro de titanio y aluminio, que dan excelentes resultados en el acero, no funcionan bien en este caso porque el aluminio tiene afinidad por el aluminio del recubrimiento y se suelda a él.
Para acero y materiales endurecidos
El acero invierte la mayoría de esas decisiones. Un mayor número de ranuras —normalmente entre cuatro y seis, o incluso más— aumenta el número de aristas de corte en el material, lo cual es posible porque las virutas de acero son cortas y no requieren ranuras de evacuación amplias. Los recubrimientos como el TiAlN y el AlCrN proporcionan la barrera térmica que requiere el corte con acero de alta velocidad.
El acero para herramientas templado con una dureza superior a unos 45 HRC se mecaniza a alta velocidad con una presión de contacto muy ligera, lo que constituye la base del fresado de materiales duros en la fabricación de matrices y moldes. Se trata de una aplicación legítima de alta velocidad, pero los parámetros son conservadores en comparación con el aluminio y las herramientas son especializadas.
Portapuntas, excentricidad y saliente
La mejor cuchilla en un soporte de mala calidad no rendirá como debería, y hay dos factores que lo determinan.
La excentricidad es el primer factor. Si una herramienta presenta una excentricidad de 10 micrómetros mientras corta a 0,05 mm por diente, una de las ranuras soporta una carga considerablemente mayor que las demás. La vida útil de la herramienta se reduce, el acabado se resiente y el avance efectivo por diente ya no es el que prevé el programa. Los portaherramientas de ajuste por contracción y los hidráulicos suelen presentar una excentricidad mucho menor que los portaherramientas de pinza estándar, y a altas velocidades del husillo, el grado de equilibrado de todo el conjunto también empieza a ser importante.
La proyección es el segundo factor, y es el que lo determina todo. La flexión de la herramienta aumenta con el cubo de la longitud que sobresale del portaherramientas, por lo que una herramienta que sobresale el doble se flexiona aproximadamente ocho veces más bajo la misma carga. La regla práctica es utilizar la herramienta más corta que permita alcanzar el punto de trabajo y, cuando el alcance sea inevitable, utilizar una herramienta con cuello que mantenga un diámetro de vástago grande cerca del portaherramientas.
Estrategia de evacuación de virutas y refrigerante
A altas velocidades de arranque de material, el volumen de virutas generadas es elevado, y volver a cortarlas resulta destructivo. Una viruta que se corta dos veces se endurece por deformación, daña el filo y deja marcas en la superficie.
En el aluminio, el aire comprimido o la lubricación con cantidad mínima suelen ofrecer mejores resultados que la refrigeración por inundación. Las virutas necesitan ser expulsadas más que refrigeradas, y la refrigeración por inundación en una herramienta de metal duro que entra y sale del corte miles de veces por minuto provoca ciclos térmicos que pueden agrietar el filo. En el acero, el refrigerante desempeña un papel más importante en el control de la temperatura en la zona de corte, y el suministro a través de la herramienta resulta muy útil en cavidades profundas a las que el refrigerante externo simplemente no puede llegar.
La orientación de la pieza también es importante. Un hueco profundo mecanizado con la abertura hacia arriba acumula virutas; si se mecaniza la misma característica en una configuración girada, las virutas caen libremente. Esta es una de las varias razones por las que el mecanizado multieje puede mejorar los resultados más allá de la simple reducción de las configuraciones, una ventaja que se aborda en nuestra comparación de Mecanizado CNC de 5 y 3 ejes.
Control de la vibración y la deflexión
El vibrado es una oscilación autosostenida entre la herramienta y la pieza de trabajo. Arruina el acabado, rompe los filos y, por lo general, se le achaca a la máquina cuando la causa es el montaje de la herramienta o los parámetros.
Las medidas eficaces, ordenadas aproximadamente por importancia:
- Reducir la saliente. Dado que la deflexión varía proporcionalmente al cubo de la longitud, este es casi siempre el cambio que ofrece mayor efecto de palanca.
- Cambia la velocidad del husillo en lugar de reducirla automáticamente. La estabilidad no es lineal, y hay rangos de velocidad en los que un corte resulta estable a una velocidad mayor que aquella a la que se producen vibraciones.
- Utiliza fresas de hélice variable o de paso variable. Una distribución irregular de las ranuras altera la regeneración que mantiene la vibración.
- Reduce el contacto radial en lugar del axial. Los cortes radiales más ligeros reducen la fuerza al tiempo que mantienen un alto ritmo de arranque de material, lo cual es precisamente el principio de la fresado de alta velocidad.
- Mejora la sujeción de la pieza. Una pieza que se mueve o vibra es una fuente de vibraciones tanto como una herramienta larga.
Las paredes delgadas requieren un enfoque específico. Mecanizarlas por capas axiales, dejando el material de soporte hasta la pasada final y realizando un corte de acabado ligero a lo largo de toda la altura evita que la pared se desvíe alejándose de la fresa y rebote hacia atrás, por detrás de ella.
Conversión de los parámetros en el acabado superficial que has especificado
El acabado superficial de una superficie fresada depende tanto de la geometría como de la velocidad. Hay cuatro factores determinantes:
- El avance lateral en la pasada final, que determina la altura de las crestas que quedan entre pasadas. En una fresa de punta esférica, reducir a la mitad el avance lateral reduce la altura teórica de la cúspide aproximadamente en un factor de cuatro.
- Avance por diente, que determina la separación entre las marcas de avance en la dirección de desplazamiento.
- Radio de esquina o radio de punta, que suaviza el perfil y mejora el acabado para un avance determinado.
- La excentricidad y la vibración, que prevalecen sobre todo lo anterior. Ni siquiera un cálculo perfecto del paso puede corregir una superficie marcada causada por un conjunto desequilibrado.
Dos aspectos prácticos. El fresado ascendente ofrece un mejor acabado que el fresado convencional en una configuración rígida, ya que la viruta es más gruesa al principio y más fina al final, en lugar de rozar al entrar. Además, una pasada de repaso —es decir, la repetición de la pasada final a la misma profundidad nominal— elimina el material que queda tras la desviación de la herramienta en el primer intento.
También conviene diferenciar entre el acabado y la tolerancia, ya que se especifican y se cotizan por separado. Una pieza puede presentar una dimensión ajustada con una superficie rugosa, o bien tener un acabado fino en una cara con una tolerancia holgada. Nuestras guías sobre Tolerancias de las piezas CNC y en opciones de acabado superficial explicar cómo especificar cada uno de ellos sin tener que pagar por el otro innecesariamente.
¿Qué materiales son adecuados para el fresado a alta velocidad?
| Material | Velocidad de corte típica del carburo | Idoneidad para altas velocidades | Nota |
| Aluminio 6061 y 7075 | De 300 a más de 1 000 m/min | Excelente | El material de referencia para alta velocidad |
| Latón y aleaciones de cobre | De 200 a 400 m/min | Bien | El cobre requiere herramientas afiladas para evitar que se formen rebabas |
| Acero blando y de fácil mecanizado | De 120 a 250 m/min | Bien | Más fresas, de carburo recubierto |
| Acero inoxidable 304 y 316 | De 80 a 180 m/min | Moderado | El material se endurece si la viruta es demasiado fina |
| Acero para herramientas templado | De 80 a 150 m/min | Especializado | Fresado duro con contacto muy ligero |
| Ti-6Al-4V | De 30 a 60 m/min | Pobre | El calor se acumula en los bordes, por lo que la velocidad se ve limitada |
El titanio merece una mención especial porque a menudo se malinterpreta. Su conductividad térmica es tan baja que el calor se concentra en el filo de corte en lugar de disiparse a través de la viruta, lo que elimina el mecanismo fundamental que permite el mecanizado de alta velocidad. El titanio se mecaniza con un avance elevado y un contacto intenso a baja velocidad, lo que se acerca bastante a la estrategia opuesta.
Nuestra visión general de qué aleaciones utilizar y cómo se mecanizan abarca una visión más amplia de los materiales, incluyendo las implicaciones en cuanto a costes y vida útil de las herramientas.
Opciones de diseño que permiten a un proveedor fabricar tu pieza a gran velocidad
- El radio de las esquinas internas debe ser mayor que el radio de la herramienta, no igual a él. Un radio de esquina que coincida exactamente con el de la fresa obliga a la herramienta a rodearla por completo y a detenerse. Si se deja un margen de aproximadamente un 20 % más, la máquina puede atravesar la esquina a la velocidad de avance.
- Siempre que el diseño lo permita, mantén la profundidad de los huecos dentro de unos pocos diámetros de la herramienta. Los huecos profundos obligan a utilizar herramientas largas, y la deflexión aumenta considerablemente con la longitud de la herramienta.
- Utiliza radios y diámetros de orificio estándar para poder emplear las herramientas disponibles con los parámetros óptimos.
- Evita, en la medida de lo posible, las paredes altas y delgadas; y, cuando sean necesarias, indícalo en el plano para que el plan de proceso pueda prever un mecanizado con soporte.
- Mantén una profundidad uniforme en el suelo dentro de cada cavidad, de modo que una sola herramienta pueda terminar toda la pieza.
- Especifica el acabado fino solo en aquellos lugares donde sea funcional o visible. Las pasadas de acabado son lentas, y aplicarlas en todas partes supone una pérdida de tiempo sin aportar ningún valor añadido.
Lo que lo hace posible es enviar un plano junto con el modelo, ya que solo el plano indica qué elementos son funcionales. Nuestro Guía sobre el proceso de mecanizado CNC explica paso a paso cómo una pieza pasa del CAD a ser un componente acabado y en qué momentos se toman estas decisiones.
Aplicación de esto a una pieza real
Los parámetros que figuran en cualquier tabla son un punto de partida, no una respuesta definitiva. Los valores reales dependen de la herramienta concreta, del portaherramientas, de la rigidez del montaje, de la máquina y de la geometría que se va a cortar. Lo que se aplica a todos los trabajos es el razonamiento: mantener un contacto radial ligero, utilizar toda la longitud del canal, corregir el avance para reducir el grosor de las virutas, mantener la herramienta corta y dejar que las virutas salgan.
Yicen Precision lleva a cabo fresado multieje, junto con torneado, electroerosión por hilo, taladrado y rectificado de precisión, utilizando más de 300 máquinas en Shenzhen. Trabaja con 50 o más materiales, con tolerancias de más o menos 0,005 mm, e incluye de serie la inspección mediante máquina de medición por coordenadas (CMM) con informes de primer artículo. Nuestros ingenieros revisan la geometría antes de elaborar el presupuesto y señalan los radios de las esquinas, las secciones de las paredes y las profundidades que determinarán el tiempo de ciclo de su pieza. Envíe un modelo a Precisión Yicen para recibir comentarios sobre el diseño orientado a la fabricabilidad, o consultar nuestro Servicios de fresado CNC para conocer toda la gama de prestaciones.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es el fresado CNC de alta velocidad?
R: Una estrategia que combina una alta velocidad del husillo con un contacto radial ligero y un avance elevado, normalmente a toda la profundidad de la ranura. Las virutas pequeñas se eliminan muy rápidamente, por lo que la mayor parte del calor se disipa a través de la viruta en lugar de penetrar en la herramienta o en la pieza de trabajo.
P: ¿Qué es el adelgazamiento radial de la viruta y por qué es importante?
R: Por debajo del medio diámetro de contacto radial, la viruta real es más fina que el avance programado por diente. Si no se corrige el avance al alza, la herramienta roza en lugar de cortar, lo que genera calor, acorta la vida útil de la herramienta y empeora el acabado.
P: ¿El fresado a alta velocidad desgasta las herramientas más rápido?
R: Normalmente ocurre lo contrario, cuando los parámetros son correctos. Un contacto radial ligero reduce la fuerza de corte, la profundidad total de la ranura distribuye el desgaste a lo largo del filo y el calor se disipa a través de la viruta. La vida útil de la herramienta suele mejorar en comparación con los cortes convencionales intensivos.
P: ¿Se puede mecanizar el titanio a alta velocidad?
R: No en el mismo sentido. El titanio es un mal conductor del calor, por lo que este se concentra en el filo de corte en lugar de disiparse a través de la viruta. El titanio se mecaniza a bajas velocidades de corte con una mayor presión de corte, lo que supone un enfoque casi opuesto.
P: ¿Qué factor influye más en el acabado de la superficie fresada?
R: El avance por paso y el avance por diente determinan el acabado teórico, pero la excentricidad y la vibración prevalecen sobre ambos. Una herramienta corta en un portaherramientas de baja excentricidad ofrecerá un mejor acabado que un conjunto más largo, independientemente de lo cuidadosamente que se haya calculado el avance por paso.
