Elegir la fresa adecuada antes de encender tu máquina CNC puede ser una tarea bastante compleja. Muchas variables entran en juego, como la longitud de la fresa, la geometría, el tipo de perfil, el material, mientras que se deben considerar varias compensaciones: rendimiento, coste, acabado superficial, vida útil de la herramienta,...
"¿Qué es una fresa exactamente, es como una broca?"
Es una pregunta habitual que surge, ya que las terminologías a menudo se confunden, pero la respuesta es no.
Una broca está diseñada para perforar directamente el material y crear solo agujeros, mientras que una fresa puede cortar lateralmente el material y crear ranuras o perfiles. Además, la mayoría de las fresas están diseñadas para cortar en el centro, lo que significa que también pueden perforar el material, haciéndolas mucho más versátiles que las brocas.
Este artículo tiene como objetivo explicar los fundamentos de la ciencia de las fresas mientras responde a la sencilla pregunta que podrías tener: ¿qué fresa debo usar en mi máquina CNC?
Tres factores principales influirán en tu elección:
Responder a estas preguntas te ayudará a determinar la geometría de la herramienta deseada, basándose en tu tipo de proyecto, el material a cortar y el acabado superficial deseado. Así que, sumerjámonos en la teoría y respondamos a esas preguntas más tarde con algunos ejemplos concretos.
Las principales características utilizadas para describir una fresa se ilustran a continuación.
Además de estas características geométricas, las fresas se caracterizan por su tipo, número de labios, material (y recubrimiento). Así, en un catálogo clásico, la fresa anterior se describiría como:
Cada una de estas características tiene una influencia directa en cómo se comportará la fresa durante una operación de fresado y en las posibilidades de corte en términos de rendimiento y formas.
Imagina que quieres fresar un bolsillo muy profundo dentro de una pieza alta. Necesitarás una herramienta larga para poder mecanizar el fondo sin que el mandril de tu husillo choque con el material en bruto. Por lo tanto, la longitud de tu fresa estará determinada por la profundidad a la que debe penetrar en el material. El concepto asociado a esta observación se llama “stickout”. Se define como la distancia desde el extremo del portaherramientas hasta la punta de la fresa.
Además, ten en cuenta que la profundidad de corte nunca debe exceder la longitud del labio de tu fresa. Si cortas más profundo que la longitud de los labios, las virutas no se evacuarán correctamente, se acumulará calor y corres el riesgo de dañar tu herramienta.
En este punto, podría parecer inteligente comprar fresas lo más largas posible para tener la flexibilidad de usarlas en más situaciones, ¿verdad? En realidad no es así, porque cuanto más stickout, menos rígida es una herramienta. Si sobresale demasiado y tu trabajo es demasiado exigente, las fuerzas de corte la harán doblarse, lo que se conoce como "deflexión de la herramienta".
La deflexión de la herramienta puede ser muy problemática, ya que induce:
En resumen, las fresas más cortas son más rígidas y menos caras. Así que guarda las extralargas para operaciones donde realmente las necesites.
El diámetro de tu herramienta tendrá una incidencia directa en los perfiles que puedes cortar. Digamos que quieres hacer una caja y ensamblarla usando uniones entrelazadas de 90°.
Dado que tu herramienta es un cilindro con un cierto radio, no será posible hacerlo tal cual. De hecho, la herramienta dejará un perfil circular del radio de la herramienta en cada esquina interna. Cuanto mayor sea el diámetro de tu fresa, mayor será el radio de este perfil circular. Para superar este problema, los operadores de CNC utilizan lo que se llama “dogbones”. Las esquinas dog bone describen la forma de una esquina que se extiende fuera del área de corte para crear una esquina perfecta de 90º.
Por otro lado, aumentar el diámetro de tu herramienta ofrece dos ventajas principales.
Primero, hace que tu herramienta sea más rígida, lo que te permitirá hacer cortes más profundos minimizando la deflexión de la herramienta. Mucho más rígida de hecho, ya que aumentar el diámetro en 2x aumentará su rigidez en un factor de 16x.
En segundo lugar, mejora tu MRR (Material Removal Rate) ya que la fresa puede eliminar más material por unidad de tiempo cuando se mueve dentro del material, lo que te permite optimizar ciertas operaciones y hacer el mismo trabajo más rápido.
Los labios son las ranuras espirales profundas que permiten la formación y evacuación de virutas. Son la parte de la anatomía de la fresa que crea esos bordes de corte afilados (a veces denominados “dientes”).
El número de labios en tu fresa es un parámetro crucial que depende principalmente del material que quieres cortar y de las capacidades de tu máquina. De hecho, el número de labios en tu fresa impactará:
La velocidad de avance está directamente ligada al número de labios de tu fresa: si añades labios, tendrás que aumentar la velocidad de avance, o disminuir la velocidad de rotación de tu husillo, para mantener una carga de viruta constante. Así, dependiendo de las capacidades de velocidad de tu máquina CNC y de tu husillo, podrías tener que elegir una fresa con menos/más labios.
Si no estás familiarizado con esos conceptos, te recomendamos que eches un vistazo a nuestro artículo sobre avances y velocidades.
En segundo lugar, tener más labios en una herramienta crea cortes más suaves, pero también deja menos espacio para que las virutas se evacúen. Esto puede pasarse por alto si estás cortando materiales blandos, pero no en absoluto si estás cortando aluminio, por ejemplo. La razón es que el aluminio produce virutas muy grandes en comparación con otros materiales. Así, cuando la fresa está cortando en un agujero o una ranura, sus labios proporcionan un camino crucial para que las virutas escapen.
Eso explica por qué se recomienda usar fresas de 1 o 2 labios con aluminio, ya que tienen más espacio para la evacuación de virutas que una de 4 labios, donde las virutas se atascarán progresivamente, superponiéndose a los bordes de corte de tu herramienta y haciendo que se rompa finalmente.
En resumen, menos labios son mejores para la evacuación de virutas, mientras que más labios crean un acabado superficial más suave.
Las fresas de uso general suelen tener ángulos de hélice de alrededor de 30°. Aumentar el ángulo de hélice reducirá las fuerzas de corte y la cantidad de calor y vibración generados durante el proceso de fresado. Por lo tanto, las fresas con un ángulo de hélice más alto tienden a producir un mejor acabado superficial en la pieza de trabajo.
Desafortunadamente, esto conlleva una contrapartida. La fresa será más débil y no soportará grandes profundidades de corte con altas velocidades de avance. Así que las fresas con un ángulo de hélice más bajo son más fuertes, pero ofrecen un acabado superficial menos suave.
Hay tantos tipos diferentes de fresas como operaciones de corte posibles: perfilado, contorneado, ranurado, avellanado, taladrado,... Aquí tienes un breve resumen de los principales.
A medida que tu router CNC hace girar la fresa en el sentido de las agujas del reloj, la dirección helicoidal de los labios determina si las virutas son expulsadas hacia la parte superior o inferior de la pieza de trabajo.
Las fresas de corte ascendente son las más convencionales, tirando las virutas lejos del material, lo cual es una característica muy importante para la mayoría de las operaciones de fresado en muchos materiales diferentes. Tiene una desventaja si quieres cortar materiales laminados, ya que deja un acabado superficial más pobre en la parte superior de la pieza de trabajo.
Una fresa de corte descendente tiene la ventaja de empujar las virutas hacia abajo, dejando un corte más limpio en la parte superior, pero también deshilachará el borde inferior.
Combina un corte ascendente y uno descendente y tendrás una fresa de compresión, donde los labios son de corte ascendente en la parte inferior de la longitud de la herramienta y de corte descendente en la parte superior. Esa característica las convierte en una muy buena opción para cortar contrachapado, composites y laminados. Intenta usar una para cortar una lámina de contrachapado en una sola pasada, y deberías obtener bordes más limpios en ambos lados.
Esta sección podría merecer un artículo completo, así que seamos concisos y hablemos de los dos materiales principales utilizados para fabricar herramientas de corte: HSS y carburo.
¿Valen la pena las fresas de carburo el dinero extra entonces? ¡Sí, definitivamente!
Dado que pueden funcionar mucho más rápido que el HSS, aumentarán mucho la productividad de tu máquina. También son más duraderas y tienen una vida útil más larga, lo que las hace valer la inversión.
Otra forma sencilla de aumentar el rendimiento de tus fresas es añadir un buen recubrimiento. El más común, TiAlN (nitruro de titanio y aluminio), te permitirá cortar un 25% más rápido en promedio sin gastar demasiado dinero.
Si no te importa demasiado el rendimiento, entonces elige fresas de carburo de 8mm o menos de diámetro. Considera el HSS para fresas más grandes para ahorrar dinero, cuando la rigidez de la herramienta pueda ser compensada por su mayor diámetro. Además, si estás empezando con el fresado CNC, no olvides que podrías cometer errores y romper algunas fresas antes de hacerlo bien, mejor las de HSS entonces.
Respondamos a nuestras preguntas originales con un ejemplo: Quiero fresar una pequeña bandeja de comida.
Basándome en esas observaciones:
El ejemplo anterior es bastante simple, pero ilustra cómo comprender algunos conceptos clave puede guiar tus decisiones y ayudarte a mejorar rápidamente la calidad de las piezas que mecanizas. También te ayudará mucho a prolongar la vida útil de tus herramientas y a optimizar la producción de tu máquina cuando el rendimiento importa.
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