Los materiales compuestos están revolucionando numerosos sectores industriales, aunque su mecanizado continúa planteando grandes desafíos.

Los materiales compuestos están transformando la industria, pero su mecanizado sigue siendo un gran reto. Incluso con maquinaria avanzada y controles de proceso, el corte de fibras y resinas sigue poniendo a prueba tanto las habilidades de ingeniería como las operativas. Aquí, Liam Haglington, director de producto de fresas de metal duro macizo en Sandvik Coromant, líder mundial en herramientas de corte y soluciones de mecanizado, explica cómo el diseño avanzado de herramientas y la ingeniería de materiales están permitiendo mejorar la productividad y la fiabilidad en el fresado de materiales compuestos abrasivos.

Los materiales compuestos ligeros y de alta resistencia, como los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), se han convertido en una solución clave para numerosas aplicaciones gracias a su elevada relación rigidez-peso, su resistencia a la corrosión y la flexibilidad que ofrecen a los diseñadores.

El sector aeroespacial sigue siendo el ámbito de aplicación más exigente para los materiales compuestos. Componentes como los bastidores del fuselaje, las alas, los estabilizadores, los largueros, las costillas y las vigas del suelo son fundamentales para la integridad estructural y, a menudo, se mecanizan en entornos de alta precisión y gran volumen de producción. Los materiales compuestos son especialmente adecuados para estas estructuras aeroespaciales porque ofrecen una elevada relación rigidez-peso, una excelente resistencia a la fatiga y pueden adaptarse mediante la orientación de las fibras para proporcionar resistencia exactamente donde se necesita: propiedades que son esenciales para los componentes de fuselaje ligeros y de alto rendimiento.

Otros sectores también se benefician. Los fabricantes de automóviles utilizan el CFRP para reducir el peso. Según JEC, los materiales compuestos son «fundamentales para aplicaciones en las que la reducción del peso sigue siendo una prioridad para mejorar la eficiencia en el consumo de combustible y limitar las emisiones», y actualmente representan alrededor del 17 % de los materiales utilizados en el sector aeroespacial y el 8 % de los utilizados en transporte. En todos estos sectores, un control estable de los procesos y unas herramientas fiables se traducen directamente en un ahorro de costes.

Por qué el mecanizado de materiales compuestos es tan complicado
El mecanizado de materiales compuestos es muy diferente al de los metales. Los materiales compuestos combinan fibras rígidas y abrasivas con una matriz de resina más blanda, y cada cambio en la orientación de las fibras altera el comportamiento del material durante el corte. Aunque a simple vista el material parece homogéneo, durante el mecanizado la herramienta se enfrenta continuamente a variaciones en su comportamiento.

Este comportamiento variable genera defectos habituales para los fabricantes de compuestos: puede producirse delaminación cuando las capas se separan bajo fuerzas excesivas; aparecen fibras sin cortar o arrancadas cuando la herramienta no puede cortar el refuerzo de forma limpia; y la calidad de la superficie puede volverse irregular cuando las fibras y la resina responden de forma diferente al calor y a la presión. Todos estos problemas tienen una misma causa subyacente: el material no se comporta de manera uniforme y sus modos de fallo son impredecibles.

El efecto sobre la producción puede ser significativo. Los defectos provocan desechos, más inspecciones, reelaboraciones y la posibilidad de paradas en las líneas de producción, especialmente en entornos aeroespaciales de alta precisión donde no se puede aceptar ninguna no conformidad.

La sensibilidad al calor añade otra dificultad. Si las temperaturas aumentan, la resina se ablanda mientras que las fibras permanecen rígidas, lo que aumenta el riesgo de delaminación. Si el corte se realiza a una temperatura demasiado baja, la resina permanece frágil y se acelera el desgaste de la herramienta. Los parámetros de corte deben controlarse con precisión, pero las herramientas convencionales suelen tener dificultades para lograr el equilibrio adecuado. El resultado es un desgaste rápido, una vida útil incierta de las herramientas y una calidad reducida de los componentes.

Un mecanizado fiable depende de herramientas diseñadas para estabilizar el proceso, controlar las vibraciones y gestionar el calor. Sin este nivel de control, el mecanizado de materiales compuestos sigue siendo una tarea difícil e impredecible.

Diseño de la solución: CoroMill® Plura composite 2P350
Para satisfacer estas exigencias se necesita una herramienta diseñada no solo para cortar el material, sino también para controlar cómo se separan las fibras y cómo se produce el desgaste con el paso del tiempo. La CoroMill® Plura composite 2P350 se ha desarrollado teniendo en cuenta estos objetivos.

La característica diferencial de la 2P350 es su innovador mecanismo de doble corte. A diferencia de las fresas convencionales, corta las fibras de forma limpia en lugar de desgarrarlas. El mecanismo funciona con un movimiento similar al de unas tijeras que une dos filos de corte para levantar y cortar las fibras de forma controlada. Un filo guía las fibras mientras que el otro las corta, lo que mantiene estable el laminado y ayuda a evitar la delaminación. Esta acción coordinada también equilibra la carga de corte, lo que reduce la vibración y da lugar a un proceso de mecanizado más uniforme y predecible.

La geometría de la herramienta está optimizada para ofrecer una alta productividad. Los grandes volúmenes de las ranuras garantizan una evacuación eficaz del polvo y las fibras sueltas generadas durante el corte. Su rápida eliminación reduce el riesgo de recorte y ayuda a mantener el corte estable y limpio. Ya sea para ranurar, fresar en rampa o cantear, la 2P350 realiza desde el desbaste hasta el acabado en una sola configuración. La menor vibración y la acción de corte uniforme también hacen que el taller sea más silencioso y cómodo.

La fresa CoroMill® Plura composite 2P350 mantiene un comportamiento de corte constante en una amplia gama de condiciones, lo que permite a los fabricantes mantener una calidad constante independientemente de las variaciones en la pieza de trabajo o en el portaherramientas. El mecanismo de corte controlado mejora el rendimiento en operaciones complejas, lo que resulta especialmente valioso en entornos de producción automatizada sin supervisión continua. El comportamiento predecible de la herramienta y la reducción de las vibraciones disminuyen la probabilidad de un desgaste repentino de la misma, lo que permite una producción continua y reduce la dependencia de la experiencia del operario.

La importancia del grado O2AD
Sin embargo, la geometría por sí sola no es suficiente en aplicaciones con compuestos abrasivos. La fiabilidad de los filos también debe soportar la exposición continua a las fibras de refuerzo, y ahí es donde cobra importancia el grado O2AD.

El grado O2AD combina ingeniería de materiales avanzada con un recubrimiento de diamante de gran espesor y alta adhesión, obtenido mediante deposición química en fase de vapor. El sustrato diseñado a medida garantiza una unión óptima entre la capa de diamante y el cuerpo de la herramienta, lo que evita la delaminación prematura del recubrimiento y prolonga la vida útil de la herramienta.

Las pruebas de campo y internas demuestran que la vida útil de la herramienta se ha duplicado aproximadamente en comparación con el grado O12M anterior. En un caso del sector aeroespacial relacionado con un componente del ala de un avión mecanizado en seco con vacío en un pórtico de 5 ejes, el grado O2AD ofreció una mejora del 100 % en la vida útil de la herramienta en comparación con el O12M en las mismas condiciones de corte. El patrón de desgaste es predecible y progresivo, lo que da a los fabricantes la confianza necesaria para aumentar los parámetros de corte, al tiempo que se reducen los desechos y los cambios de herramienta. Esto se traduce en un ahorro tangible de costes gracias a unos márgenes de corte más amplios, una reducción del inventario de herramientas y un menor tiempo de inactividad.

Al combinar la resistencia de este recubrimiento de diamante con un sustrato estable, la calidad O2AD aborda directamente los principales retos del fresado de materiales compuestos. La calidad constante del filo mantiene unas fuerzas de corte estables, favorece una baja vibración y crea un proceso de mecanizado más predecible. Los fabricantes pueden lograr cortes más limpios, una vida útil de la herramienta más constante y resultados más fiables en materiales compuestos abrasivos.

La fresa CoroMill® Plura composite 2P350 con grado O2AD es más que una simple herramienta de fresado. Aborda el desgaste abrasivo, el riesgo de delaminación, la sensibilidad térmica y las vibraciones, al tiempo que permite obtener piezas de alta calidad con un rendimiento constante, independientemente de su complejidad o variabilidad. Desde el sector aeroespacial hasta el automovilístico, pasando por la defensa, el sector espacial y las aplicaciones marítimas, la 2P350 ayuda a los fabricantes a aumentar la productividad, proteger la integridad de las piezas y controlar los costes. Para los fabricantes que trabajan con materiales especialmente difíciles de mecanizar, el CoroMill® Plura composite 2P350 marca un nuevo estándar en el mecanizado eficiente y fiable de materiales compuestos.

En conjunto, estos avances demuestran hasta qué punto la evolución de la geometría de corte y de los materiales de herramienta está transformando el mecanizado de materiales compuestos. La delaminación, la variabilidad de las fibras y la sensibilidad al calor siempre formarán parte del trabajo con estos materiales; sin embargo, la tecnología adecuada puede superar estas barreras y garantizar operaciones estables y predecibles.