Quan es tracta del tall de metall, hi ha bàsicament tres factors clau que determinen com funcionen les coses: la velocitat de tall, que és bàsicament la rapidesa amb què es mou la superfície on l'eina es troba amb la peça; la velocitat d'avanç, és a dir, quant avança l'eina durant cada revolució; i la profunditat de tall, que es refereix a la profunditat amb què s'endinsa l'eina en el material. Tanmateix, aquests no són factors independents. Canvieu un paràmetre i els altres es veuen afectats immediatament. Prenguem la velocitat d'avanç, per exemple. Si algú intenta augmentar la velocitat d'avanç sense ajustar res més, probablement haurà de reduir la profunditat de tall. En cas contrari, l'eina es sobrecarrega i comença a vibrar o a fer soroll, cosa que ningú vol que passi al taller.
Quan augmenten les velocitats de tall, es genera més calor, cosa que desgasta les eines més ràpidament, tret que es facin ajustaments a la velocitat d'avanç o a la profunditat de tall. Per exemple, quan es treballa amb materials d'acer endurit, augmentar l'avanç al voltant d'un 20% sovint significa reduir la profunditat de tall al voltant d'un 15% si volem evitar que les eines de tall fallin prematurament. Aprofundir massa en el material augmenta els problemes de vibració, i impulsar velocitats massa altes en aliatges resistents com l'Inconel 718 pot provocar que es formin esquerdes a causa de l'acumulació excessiva de calor. Trobar l'equilibri adequat entre tots aquests factors és el que fa que el mecanitzat sigui un èxit, perquè fer aquesta barreja incorrecta comporta mals resultats, pèrdua de temps i costoses substitucions d'eines més endavant.
Els fabricants apliquen models empírics com l'equació de vida útil de Taylor ( VT n = C ) per guiar les decisions, on V és la velocitat de tall, T és la vida útil de l'eina, i C i n són constants específiques del material i de l'eina. Per exemple, reduir la velocitat en un 30% pot duplicar la vida útil de l'eina en el fresat de titani. Els inconvenients clau inclouen:
| Objectiu | Ajust de paràmetres | Risc de compromís |
|---|---|---|
| Major productivitat | ↑ Velocitat d'avanç / ↓ Profunditat | Fractura de l'eina, mal acabat |
| Cost més baix | ↓ Velocitat de tall | Augment del temps de mecanitzat |
| Acabat superficial més fi | ↓ Avanç / ↑ Velocitat | Taxa d'eliminació de material reduïda |
La selecció de paràmetres basada en dades prioritza les restriccions de l'aplicació: els components aeroespacials exigeixen toleràncies ajustades (afavorint els avanços moderats), mentre que les passades de desbast maximitzen la profunditat de tall. Aquest enfocament sistemàtic elimina les proves i errors innecessàries, millorant tant l'eficiència operativa com la qualitat de la peça.
Les característiques dels materials estableixen límits importants a l'hora de tallar metalls de manera segura i eficient. Prenguem l'acer al carboni com l'AISI 1045, que normalment oscil·la entre 15 i 25 a l'escala de duresa de Rockwell. Amb eines de carbur, els operadors generalment poden aconseguir velocitats de tall d'entre 120 i 250 metres per minut. Les coses es tornen força diferents quan es treballa amb superaliatges a base de níquel com l'Inconel 718, que se situen al voltant de 35 a 45 a l'escala de duresa. Aquests materials exigeixen velocitats molt més lentes, sovint inferiors a 30 metres per minut, perquè tendeixen a endurir-se ràpidament i posen una gran tensió a les eines de tall. El que fa que tot això sigui possible són diferències fonamentals en com es comporten aquests materials a nivell molecular durant els processos de mecanitzat.
| Propietat del Material | Acer AISI 1045 | Inconel 718 |
|---|---|---|
| Conductivitat tèrmica | Alt (51 W/m·K) | Baix (11,4 W/m·K) |
| Tendència a l'enduriment del treball | Moderat | Severe |
| Rang de velocitat òptim | 150 ± 30 m/min | 20 ± 5 m/min |
Superar els rangs de velocitat recomanats accelera el desgast del flanc, fins a un 300% en aliatges durs, segons ASM International. La selecció conservadora de la velocitat continua sent essencial per gestionar la generació de calor i preservar la integritat de l'eina.
La geometria de la peça de treball limita les profunditats de tall assolibles (DOC). Una xapa d'acer inoxidable de 0,5 mm pot requerir una DOC ≤ 0,1 mm per evitar la deflexió, mentre que una placa d'alumini de 50 mm pot tolerar fins a 5 mm de DOC. Tres factors mecànics dominen l'estabilitat:
Per exemple, aconseguir la tolerància IT7 en una peça de titani de 10 mm normalment requereix un DOC < 1,5 mm. Els estudis de camp indiquen que una selecció incorrecta de DOC contribueix al 72% de les fallades prematures de les plaquetes en el mecanitzat de paret fina (Journal of Materials Processing Technology, 2023).
L'equació clàssica de la vida útil de l'eina de Taylor (VTn = C) encara té importància, tot i que la manera com l'apliquem ha canviat força amb les millors eines disponibles avui dia. Els nous recobriments com el nitrur d'alumini i titani (TiAlN) permeten als maquinistes treballar a velocitats molt més ràpides quan treballen amb acers endurits, al voltant de 45 a 65 metres per minut, alhora que eviten que les eines es desgastin massa ràpidament. Quan els fabricants combinen aquests recobriments moderns amb models tradicionals, poden reduir les despeses en eines en un 30% quan produeixen grans quantitats. El que fa que això realment funcioni és que l'estabilitat tèrmica d'aquests recobriments ajuda a prevenir problemes d'enganxament en el mecanitzat de materials aeroespacials. Així doncs, malgrat tots els avenços, els principis bàsics de Taylor continuen guiant les pràctiques de mecanitzat del món real en diverses indústries.
Una gestió tèrmica eficaç es basa en un subministrament de refrigerant dirigit:
La selecció òptima del refrigerant equilibra la viscositat i la conductivitat tèrmica, no només per suprimir els pics de temperatura, sinó també per evitar l'enduriment superficial i mantenir acabats Ra ≤ 0,8 µm.
Els paràmetres principals en el tall de metalls són la velocitat de tall, la velocitat d'avanç i la profunditat de tall. Cadascun d'aquests influeix en l'altre, de manera que els canvis en un poden afectar els altres.
Equilibrar aquests factors és crucial, ja que uns ajustaments inadequats poden provocar problemes com el desgast de l'eina, la vibració o un mal acabat superficial, que poden afectar la qualitat i l'eficiència generals del procés de mecanitzat.
Diferents materials, com l'acer AISI 1045 enfront de l'Inconel 718, es comporten de manera diferent en condicions de mecanitzat. La seva composició, duresa i propietats tèrmiques dicten una configuració adequada de velocitat, avanç i profunditat per a un tall segur i eficient.
La vida útil de l'eina es pot allargar optimitzant els paràmetres de tall i utilitzant plaquetes recobertes avançades. L'aplicació de versions modernes de models empírics com l'equació de vida útil de l'eina de Taylor pot guiar millors pràctiques de mecanitzat.
EN
