Herramientas para el mecanizado de termoplásticos

El grupo Ceratizit Ibérica quiere colaborar con estas empresas de la mejor manera que sabemos, que es aportando conocimientos, soporte y tecnología para estos mecanizados. Desde nuestro buscador de herramientas https://cuttingtools.ceratizit.com/es/es.html, y usando la palabra clave plástico (Policarbonatos) podremos acceder a varias tipologías de herramientas válida para estas aplicaciones. Ahora daremos algunos consejos sobre su mecanizado.

Vamos a empezar hablando un poco de la tipología de los plásticos, hay aproximadamente 56 tipos de termoplásticos, y distintas clasificaciones, solemos usar esta clasificación:

• Estándar (con temperaturas de fusión entorno a los 100 °C): PPE, ABS, PP, PS, PA, …
• De ingeniería (con temperaturas de fusión entorno a los 150º): PET, POM, PMP, …
• De alta temperatura (funden sobre los 300 °C): PEEK, PVDF, …

Dentro de los termoplásticos estándar, encontramos el polimetil-metacrilato (PMMA), también conocido simplemente como metacrilato o por su nombre comercial más popular, Plexiglás, este plástico es el más ampliamente utilizado para mamparas o separadores de seguridad, y esto es debido a que posee unas características que hacen que sea una verdadera alternativa al vidrio; es mucho más resistente al impacto que el vidrio, y sin embargo su peso es de aproximadamente la mitad que este, puede llegar a un índice de transparencia de 0,93, algo superior incluso que el vidrio, 0,90, es un buen aislante de la temperatura y del sonido, y además se mecaniza de forma relativamente fácil, por lo que su uso está muy extendido para multitud de aplicaciones.

Las propiedades físicas y mecánicas del metacrilato influyen en su mecanizado;

- Baja conductividad térmica 0,25 W/m·K

- Resistencia a la tracción 70 N/mm²

- Alargamiento a la rotura 3% - 5%

- Resistencia al impacto

Estas propiedades provocan que las características de las herramientas utilizadas para el mecanizado de este termoplástico tengan que ser:

• Filos de corte agudos o afilados: ángulos de desprendimiento muy positivos de 15-20º, tanto en fresas de MDI como en plaquitas. Debido a la baja conductividad térmica de los plásticos en general, un filo vivo hace que no se genere tanto calor en el corte, pensando en que la resistencia a la tracción del PMMA es de aprox. 75 Mpa, un filo vivo en la herramienta no es un inconveniente y no presenta problemas de rotura en esta.
• Herramientas por lo general sin recubrimiento: los recubrimiento generan redondeo de los filos de corte y estos materiales como hemos ya visto, se trabajan mejor con filos vivos.
• Canales de evacuación o superficies de desprendimiento pulidos: lo que disminuye el rozamiento y mejora la evacuación de la viruta.

Las principales operaciones de mecanizado en plásticos son fresado, taladrado, torneado y tronzado. Para operaciones de fresado solemos emplear herramientas con un solo labio, ángulo de desprendimiento muy positivo y canales pulidos, lo que facilita la evacuación de las virutas y reduce la generación de calor, este tipo de fresas presenta dos variantes; con hélice a izquierdas y con hélice a derechas, aunque ambas variantes tienen corte a derechas, la razón de estos dos sentidos de la hélice está en la conveniencia de que la rebaba que se pueda generar durante el fresado, se forme en la parte inferior o en la parte superior de la pieza de trabajo. También las fuerzas de corte tendrán sentidos diferentes; en el caso de hélice a izquierdas, las fuerzas empujarán la pieza hacia ‘abajo’, mientras que si es a derechas será hacia ‘arriba’.

Los parámetros de corte para este material los podríamos resumir en velocidades de corte Vc relativamente altas, y avances medios. De tal forma que, por ejemplo, si nos basamos en una fresa de Ø 8 mm sin recubrimiento (ref. 50 611 080) podríamos utilizar los siguientes datos de corte de referencia:

• Vc = 150-300 m/min => aprox. 11.900 rpm
• Fz = 0,09 mm => Vf = 1.070 mm/min. (avance total)
• Ap = 8 mm
• Ae = 3 mm

Fresando PMMA se podrá trabajar con velocidades de corte Vc superiores a las señaladas, dependiendo del uso de refrigerantes y su tipo, de si la herramienta tiene o no recubrimiento y del acabado final que queramos conseguir con la fresa; velocidades altas generarán mayor calor y producirán una viruta pastosa por el efecto de fusión del material, que será más difícil de eliminar y se quedará adherida a los cantos del material, en forma de rebabas.

En el caso de taladrado las brocas de HSS son una buena opción, aunque con brocas de MDI con la geometría adecuada, podremos alcanzar parámetros de corte más altos y mayores vida de herramientas. Unas condiciones de referencia podrían ser (basándonos en una broca por ejemplo Ø 5 mm):

Broca HSS Ø5 mm de 3xØ (ref. 10 106 050)

• Vc = 35 m/min. => 2.230 rpm.
• F = 0,1mm/rev. => 223 mm/min.

Broca MDI Ø5 mm de 3xØ refrigeración interna (ref. 10 734 050)

• Vc = 100 m/min. => 6.370 rpm.
• F = 0,08 mm/rev. => 501 mm/min.

En el metracrilato, velocidades de corte mayores a 100 m/min con brocas integrales (HSS o MDI), pueden producir problemas de evacuación de la viruta por efecto de adhesión, debido al calor generado.

En torno, usaremos plaquitas con filos muy positivos, sin recubrimiento, con superficie de desprendimiento pulida y rompevirutas adaptados, p.e. tipo CCGT (70248642), unas condiciones de corte de referencia para esta plaquita de radio 0,4 mm y pensando en un buen acabado, podrían ser:

• Vc = 100-400 m/min.
• F = 0,05 – 0,1 mm/rev.
• Ap = 0,5 mm

En este material, avances muy altos pueden producir astillamientos o grietas, ya que se trata de un material cuya estructura interna lo hace relativamente frágil, por lo que tendremos que poner especial atención a los avances para no dañar este plástico acrílico.

• Una de las dificultades que presenta el metacrilato es la baja conductividad térmica, por lo que toda acción dirigida a evitar la generación de calor favorecerá su mecanizado: geometrías afiladas, velocidades de corte que permitan trabajar por debajo de la temperatura de transición vítrea, 90-100 ºC, temperatura en la que comenzarían los problemas de adherencia, mantener buena refrigeración, bien por chorro de aire, mejor si este es frío, o con el uso de taladrinas adecuadas.
• Un avance demasiado bajo podría generar un calor excesivo y un avance muy alto podría producir astillamiento o fisuras en el material.
• Hay que tener las herramientas con el material de corte adecuado; metal duro en el caso de fresas, plaquitas de torneado o fresado y brocas, y no descartar el uso del HSS para herramientas como brocas y machos.
• En caso de ser necesario el roscar con machos, siempre realizar el avellanado previo, en el caso de este plástico cobra una importancia relevante para no dañar el material, además de para optimizar la vida del macho y realizar si es posible roscado rígido. Una buena opción para este material es realizar las posibles roscas con fresas de roscar por interpolación.
• En el fresado conviene trabajar en concordancia para generar menos calor, pero no hay que descartar el fresado en oposición, si por ciertas circunstancias el material se astilla con el fresado en concordancia, por ejemplo en piezas delgadas.