Fresado en Plunge o también llamado Fresado por Inmersión

El fresado en plunge es un tipo de fresado que debemos de tener en cuenta en algunas piezas. Ya que, por su geometría o escasa potencia de la máquina, nos será de gran ayuda.

Cuando las cavidades son profundas o no podemos llegar con herramientas más cortas como fresas integrales o platos de fresar para escuadrar, necesitamos usar el fresado en plunge. El fresado en plunge se puede programar manualmente en la máquina, aunque hoy en día ya hay bastantes sistemas Cad/Cam que incorporan esta estrategia de desbaste en mecanizado.

El fresado en plunge es una estrategia ideal, cuando tenemos que realizar un desbaste de una superficie, o acabado de paredes, cuando la profundidad sea superior a 5 veces el diámetro de la herramienta. 

La idea de esta estrategia de mecanizado es desbastar en formato 3D una pieza usando herramientas planas o herramientas específicas para este tipo de mecanizado. Cuando hablamos de herramientas planas, hablamos de fresas, fresas de insertos intercambiables (platos de fresar) o platos específicos para esta estrategia de desbaste.

¿En qué consiste el fresado en plunge?

El fresado en plunge consiste en realizar un fresado axial con herramientas planas. Trabajar de igual forma que con una broca, pero con un plato de fresar o una fresa cilíndrica.

Es una estrategia dónde nos puede sacar de grandes apuros cuando tenemos herramientas muy largas, como en el caso de los desbastes de troqueles. Está estrategia de mecanizado es recomendable en desbaste, aunque si no podemos llegar a la zona donde queremos mecanizar realizando operaciones de acabado de paredes, podemos usarla como operación de acabado. 

Para que el fresado en plunge sea efectivo y no tener problemas, lo mejor es una vez que hemos profundizado con la herramienta de fresar, separarnos, volver a la cota de inicio y volver a mecanizar sobre el material; de esta forma alargamos la vida útil de la herramienta entre un 10 y un 15%. Con esta imagen lo veréis un poco mejor.

Imagen de un desbaste usando el fresado en plunge con BobCAD-CAM
Imagen de un desbaste usando el fresado en plunge con BobCAD-CAM
Imagen de los movimientos que se realiza en un fresado en plunge seaparándose de la pared
Imagen de los movimientos que se realiza en un fresado en plunge separándose de la pared

¿Cuáles son las ventajas del fresado en plunge?

El fresado en plunge está diseñado para aprovechar dos propiedades importantes del mecanizado. 

  • Mayor volumen de material desechado en poco tiempo, recordemos que taladrando es la opción más rápida para eliminar material de la pieza.
  • Mejor evacuación de la viruta en comparación con otros procesos convencionales.
  • Menor desviación de la herramienta con herramientas largas, en caso de máquinas con poca rigidez.
  • Menor tendencia a la vibración en los desbastes frente a otras estrategias de mecanizado.
  • El eje Z de las máquinas CNC es el más rígido en la mayoría de los casos, por lo tanto, conseguimos un conjunto muy robusto para este proceso, ya que trabajamos únicamente de forma axial. 
  • Podemos dejar la máquina sola sin la presencia del operario.

Consideraciones para usar el fresado en plunge

Sabiendo cuales son las principales ventajas, sabremos dónde podremos sacar mayor provecho a esta estrategia de mecanizado. Si la máquina no es muy potente, podremos aprovechar la fuerza del eje Z de la máquina para así, poder obtener un mejor rendimiento y una mayor tasa de eliminación de material.

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En el caso de máquinas más antiguas dónde se ven más involucrados los ejes X e Y, el fresado en plunge es una opción a tener en cuenta. Ya que en este tipo de máquinas, prevalecen los engranajes frente a los husillos y es por esto, que este tipo de máquinas tienen una gran potencia en el eje Z.

Considera el fresado en plunge cuando las vibraciones puedan ser un problema en estrategias de desbaste, te permitirá obtener un gran volumen de viruta en poco tiempo.  Fabricantes de herramientas como Sandvik, recomiendan el uso del desbaste en plunge cuando la longitud total de la herramienta o el saliente de esta, es superior a 4 veces su diámetro (4xD). 

Video de una estrategia de desbaste de fresado en plunge del fabricante Seco

Imagen de un fresado en plunge programado en Hypermill
Imagen de un fresado en plunge programado en Hypermill

Otra forma en que el fresado en plunge nos puede ayudar a superar las limitaciones de una máquina, es cuando la velocidad del husillo es limitada. Los avances y las velocidades del fresado en plunge son más lentos frente al mecanizado de alta velocidad (HSM).

En este caso el fresado en plunge nos puede dar un buen resultado a la hora de eliminar mayor cantidad de viruta, de esta forma podemos tener ocupadas las máquinas más antiguas del taller que apenas se usan, mientras que en las máquinas más modernas podemos ir realizando otras tareas. Obtenemos una gran producción y eficiencia del taller de mecanizado aprovechando todos los recursos.

Otra opción para usar el fresado en plunge, es en el saneado de radios. Llamamos saneado de radios, cuando estamos haciendo un desbaste con una herramienta de alto avance y en las esquinas, la herramienta de fresar se estrella contra las paredes produciendo vibraciones. Si en esos radios usamos el fresado en plunge antes de comenzar el desbastado, nos evitamos las vibraciones y alargamos la vida de la herramienta.

Como último recurso podemos usar el fresado en plunge o fresado por inmersión en esquinas. Para usar esta estrategia en esquinas, tenemos que usar una herramienta de menor diámetro que el radio que queramos hacer. Conseguimos eliminar la mayor cantidad de material y dejando menos material sobrante cerca de los radios. Nos ahorramos pasadas de semiacabado si estamos haciendo un desbaste fuerte en la pieza en caso de usar estrategias (HSM). Dejamos poco material sobrante para realizar una única pasada de acabado.

Fresado en plunge de esquinas, imagen de Sandvik Coromant
Fresado en plunge de esquinas, imagen de Sandvik Coromant

¿Cuáles son las desventajas del fresado en plunge?

  • El fresado en plunge o por inmersión una de sus principales desventajas son los semicírculos resultantes que nos dejan tras el mecanizado.
  • En ocasiones con esta estrategia de mecanizado necesitamos dos pasadas para realizar el acabado, una de semidesbaste y otra de acabado. Usando otras estrategias de mecanizado con un desbaste y un acabado sería suficiente.
  • La herramienta que utilicemos para esta estrategia de mecanizado, tiene que ser de corte central, tiene que permitir entrada helicoidal o una rampa. Sobre todo, para empezar el fresado en plunge e ir arrancando el material. En el mercado existen herramientas específicas para utilizar esta estrategia de mecanizado. En la siguiente imagen podemos ver un plato de fresar en plunge del fabricante Iscar.
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Herramienta de fresado para el mecanizado en plunge del fabricante Iscar
Herramienta de fresado para el mecanizado en plunge del fabricante Iscar
  • Fresado por inmersión 2D frente a 3D. Con el fresado 2D podemos programarlo de forma manual, ya que la profundidad en Z siempre va a ser la misma para todo el mecanizado. Con el fresado 3D, necesitamos de un sistema Cad/Cam ya que la programación es más compleja.
  • El fresado por inmersión no es una estrategia de propósito general para reemplazar a otras estrategias de mecanizado. No es una estrategia favorable cuando tenemos condiciones favorables para usar otras estrategias más rápidas y que nos puedan dar mejores resultados. Solo utilizaremos este tipo de estrategia de mecanizado, cuando buscamos rigidez y una menor potencia requerida a la hora de mecanizar.

¿Qué sistemas Cad/Cam incorporan el fresado en plunge entre sus estrategias de mecanizado?

La verdad es que con los avances técnicos que disponemos hoy en día, el fresado en plunge está disponible en la mayoría de sistemas Cad/Cam. A continuación, os vamos a decir en cuales incorporan esta estrategia de mecanizado.

  • Hypermill.
  • Camworks.
  • SolidCAM.
  • Mastercam.
  • Siemens NX.
  • PowerMill.
  • BobCAD.
  • TopSolid.
  • VisualMill.
  • SurfCam.
  • OneCNC.
  • Edgecam.
  • SprutCAM.
  • GibbsCam.

Consideraciones a verificar en el sistema Cad/Cam para el fresado en plunge

Si vamos a usar está estrategia de mecanizado a menudo por el tipo de trabajo, ya sea por geometría o sea por longitud de herramienta, debemos de tener en cuenta varios aspectos.

  • ¿El sistema Cad/Cam realiza un fresado por inmersión 3D real o simplemente 2D?

Si vas a usar este tipo de fresado muy a menudo, lo mejor es que busques aquel sistema Cad/Cam, que sea capaz de realizar un desbaste en 3D real. Con un sistema Cad/Cam que solo sea capaz de programar en 2D, solo usará el mismo plano y la programación nos será más complicada, ya que deberíamos de ir programando cada nivel Z de la pieza.

  • ¿El ciclo de programación del fresado en plunge, se separa de la pared en cada retracción hasta la Z de inicio?

Está es otra cuestión importante que debes de tener en cuenta. Separarse de la pared en cada pasada, nos ayuda a evitar la vibración y aumenta la vida útil de la herramienta, sobre todo en materiales duros.

Mi sistema Cad/Cam no incorpora el fresado en plunge o el fresado por inmersión, ¿Qué puedo hacer?

Para todo hay una solución, aunque el sistema Cad/Cam que tengas no disponga del fresado en plunge o el fresado por inmersión, te vamos a dar una solución que te puede salir del paso.

  • Realizar una cuadricula de agujeros con el software CAD, dentro del contorno si queremos hacer una cajera o fuera de el si vamos a realizar una isla.
  • Asegúrate de dejar espacio suficiente para realizar la pasada de acabado, recuerda que en el desbaste nos van a quedar los semicírculos.
  • Una vez que tenemos la cuadricula definida creamos el programa, podemos recoger los puntos dónde están los agujeros para realizar un ciclo de taladrado, por ejemplo.
  • Otro truco ya que algunos controles no permiten regular la velocidad de salida en el ciclo de taladrado, es usando el ciclo de escariado. Usamos una velocidad de avance de perforación y una velocidad de avance de salida distinta.
  • Otra opción para programarlo es realizar una subrutina con los puntos marcados, usando distintas velocidades de avance y llamando a la subrutina en cada punto.
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A continuación, os vamos a mostrar unas imágenes de un 2D, de cómo sería la programación del fresado en plunge en un sistema CAD.

  • Como vemos en la imagen, lo primero que tenemos que hacer es un contorno 2D con una separación del contorno final, para realizar la pasada de acabado. Tenemos que realizar una equidistancia hacia el interior si queremos hacer una cajera, que es el que vamos a realizar en este post. Si, por el contrario, queremos realizar una isla del contorno, tendremos que hacer la equidistancia hacia el exterior del contorno.
Contorno 2D para realizar el fresado en plunge, con una equidistancia del contorno final.
Contorno 2D para realizar el fresado en plunge, con una equidistancia del contorno final.

 

  • Una vez que hayamos dibujado el contorno 2D, con la separación para la pasada de acabado, tenemos que dibujar un circulo que sea tangente al contorno y sea del diámetro de la herramienta que vayamos a utilizar para realizar el fresado por inmersión.
Imagen del circulo tangente al contorno para realizar nuestro fresado en plunge.
Imagen del circulo tangente al contorno para realizar nuestro fresado en plunge.

 

  • Ya una vez que tenemos creado el circulo tangente, de la herramienta que vamos a utilizar para nuestro fresado en plunge, ahora tenemos que crear una matriz de agujeros para nuestro contorno.
Matriz de agujeros en ejes X e Y para realizar nuestro contorno con un fresado en plunge
Matriz de agujeros en ejes X e Y para realizar nuestro contorno con un fresado en plunge

Cómo veis en la imagen, al hacer la matriz lineal en los ejes X e Y, los agujeros nos sobresalen del contorno que queremos mecanizar. Tenemos que recortar los círculos que sobresalen del contorno.

  • En la imagen ya hemos recortado los agujeros sobrantes, pero vemos que siguen saliendo del contorno que queremos programar.
Imagen con los círculos ya cortados que salian del contorno que tenemos predefinido para realizar el fresado en plunge.
Imagen con los círculos ya cortados que salían del contorno que tenemos predefinido para realizar el fresado en plunge.

Todavía vemos que los círculos siguen saliendo del contorno, además, están justo tangentes a la pasada de acabado. Tenemos que modificar la distancia tanto en eje X como en eje Y para poder realizarlo correctamente.

  • En la siguiente imagen ya lo tenemos corregido, como podéis ver en los círculos amarillos. Todavía, quedaría reordenar los agujeros de la zona inferior, pero con la ilustración os hacéis una ligera idea de cómo sería el proceso para hacer un fresado en plunge con un sistema CAD 2D.
Imagen del dibujo CAD 2D con los círculos ya corregidos, para realizar un fresado en plunge.
Imagen del dibujo CAD 2D con los círculos ya corregidos, para realizar un fresado en plunge.

Cómo podéis ver, está sería la forma de realizar un fresado en plunge usando un sistema CAD 2D. Realizar un boceto como este nos puede llevar uno 10-15 minutos aproximadamente, pero nos permite realizar un fresado en plunge, aunque nuestro sistema Cad/Cam no lo incorpore. Recogemos los puntos del boceto y realizamos un programa de CNC como hemos explicado anteriormente.

 

Hace años cuando los sistemas Cad/Cam no eran tan habituales en los talleres de mecanizado, el fresado en plunge se usaba bastante en fresadoras convencionales. Se usaban brocas helicoidales HSS para realizar vaciados en piezas. En la imagen vamos a ver cómo sería el resultado que se obtiene usando el fresado en plunge con brocas HSS.

Para usar brocas de acero rápido HSS para el fresado en plunge, los agujeros tienen que estar separados, de lo contrario la broca se nos doblaría o flexaría pudiendo llegar a romper y quedarían los agujeros descentrados. 

Cajera realizada con brocas HSS usando la estrategia de fresado en plunge
Cajera realizada con brocas HSS usando la estrategia de fresado en plunge

Resumen

Bueno llegamos al final de este artículo, dónde hemos explicado en profundidad todo sobre el fresado en plunge. Una estrategia a tener en cuenta, sobre todo en piezas de tamaño medio o grande dónde el acceso a ciertas zonas es complicado, donde el fresado en plunge nos será de gran utilidad. Esperamos que os haya resultado interesante este proceso y nos vemos en la próxima.

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