¿Qué Es Fresado HSM Y Fresado HPC?

En esta entrada vamos a hablar sobre el fresado HSM y el fresado HPC, son diferentes estrategias de mecanizado, dónde vamos a ver cuáles son sus diferencias y en que se caracterizan.

¿Qué es el fresado HSM?

El fresado HSM significa en inglés (High Speed Milling) lo que traducimos al español como fresado de alta velocidad. El fresado de alta velocidad, es una estrategia de fresado que combina, pequeñas pasadas laterales (Ae), con una alta velocidad de avance (F) y unas altas revoluciones (S). Combinamos todo esto para lograr un mayor volumen de viruta desechado en poco tiempo.

Con esta estrategia además de eliminar gran cantidad de viruta en poco tiempo, conseguimos que el calor en la herramienta se disipe más rápido.

El contacto de la herramienta de corte con la pieza es el mismo en cada pasada. Al tener la misma carga lateral, la herramienta refrigera mejor y se desgasta menos. Con el fresado HSM obtenemos una mayor productividad en menos tiempo. Esta estrategia de mecanizado se puede usar en diferentes cinemáticas de máquina, 3 ejes, 4 ejes y 5 ejes.

Para este tipo de mecanizado, se usan herramientas de paso variable y que pueden llegar a tener rompe virutas en sus filos. Con los rompe virutas, conseguimos un trabaje estable dónde no hay vibraciones y tanto el husillo del cabezal, como la herramienta no sufren durante el proceso de mecanizado.

Este tipo de estrategia es adecuada para materiales duros, que usando otros tipos de estrategias sería más complicado poder mecanizarlos.

En el siguiente video, vais a poder ver un ejemplo de lo que es un fresado HSM

Historia del fresado HSM

El fresado de alta velocidad, no es nuevo de hoy día ni mucho menos. Originalmente fue desarrollado por el inventor alemán Dr. Carl Salmon en la década de 1920. El mecanizado de alta velocidad, nació cuando su creador, se dio cuenta de que, para mecanizar una pieza de trabajo específica, el calor generado entre la herramienta y la pieza alcanzaba su punto crítico máximo en el husillo de la máquina y se dio cuenta que fue debido a la velocidad.

Este tipo de estrategia de mecanizado, en sus inicios, fue utilizado para hacer moldes que tenían unas geometrías complejas, así como otros componentes estructurales en la industria aeroespacial. El mecanizado de alta velocidad es un proceso enfocado para hacer cortes de baja presión muy rápidos, pero también muy ligeros. Estos cortes rápidos se traducen en un aumento del volumen de eliminación de material. Los softwares Cad/Cam juegan un papel fundamental en el fresado HSM, ya que cada año se superan año tras año, para obtener una alta productividad con este tipo de fresado.

¿Cuáles son las ventajas del fresado HSM?

1. Aparte de eliminar material en un corto espacio de tiempo, con el fresado HSM nos aseguramos, tanto que la máquina CNC, como la herramienta no sufren durante el proceso.
2. Los motores de la máquina CNC no tienen apenas consumo de par motor (Nm) durante el mecanizado.
3. Las herramientas sufren mucho menos, con una fresa apta para este tipo de mecanizado, podemos eliminar mucho más material que usando una estrategia de mecanizado convencional.
4. La disipación del calor, al tener menos tiempo de continuo contacto entre la pieza y la herramienta, hace que la herramienta nunca llegue al punto crítico de temperatura. Con esto conseguimos que tanto la pieza como la herramienta, se mantengan fríos durante más tiempo, en comparación con otras herramientas.

¿Cuáles son las desventajas del fresado HSM?

1. El fresado HSM no es aptó para todo tipo de piezas y ni para todo tipo de máquinas. El fresado HSM no es apto para todos los materiales, este tipo de fresado se recomienda en materiales duros, aceros con un mayor porcentaje de cromo (Cr) níquel (Ni) o manganeso (Mn), materiales típicos de matricería, moldes y ferroviario entre otros. Materiales de aluminio es otro tipo de material, donde el fresado HSM se comporta estupendamente bien.
2. Para hacer un fresado HSM, necesitamos espacio tanto para que la fresa pueda moverse, como para que la evacuación de viruta no sea un problema, durante el proceso de mecanizado. No nos sirve cualquier geometría, debemos de estudiar bien en cada caso, para aplicar este tipo de fresado.
3. La máquina CNC tiene que estar preparada para ello. La máquina dónde vayamos a aplicar el fresado HSM, tiene que ser relativamente moderna, y sea capaz de llegar a la velocidad de avance máxima para realizar un fresado HSM. Si la máquina no es capaz de acelerar lo suficiente para llegar a la velocidad de avance que necesitamos, lo mejor es cambiar de estrategia, ya que no aprovecharíamos al máximo este tipo de estrategia de fresado.
4. Necesitamos disponer de un software Cad/Cam que incorpore este tipo de estrategia entre sus operaciones de mecanizado. Hoy en día los principales fabricantes, tienen este tipo de estrategia predefinida entre muchas otras. Algunos programas la pueden llamar: volumill, fresado adaptativo, imachining, entre otros.
5. Otro aspecto a destacar del fresado HSM, es que es necesario de disponer de personal capacitado para poder hacerlo. Aunque el software Cad/Cam incorpore esta estrategia de fresado, es el programador el que decide cuando ejecutarlo, cómo y dónde, es más eficaz usar esta estrategia de mecanizado.
6. Para el fresado HSM, necesitamos una máquina CNC, que tenga un motor de husillo capaz de llegar a altas revoluciones. EL fresado HSM necesita de 10.000 rpm en adelante.

¿Es el fresado HSM la solución más eficaz?

El fresado HSM es solo un tipo de fresado, que no siempre va a ser la solución más eficaz. Tenemos que atender aspectos como la altura, el espacio, el tamaño o la geometría de la pieza entre otros factores, antes de aplicar un fresado HSM. 

Los planteamientos en el mecanizado siempre son variables, y el fresado HSM es una buena solución, pero si se aplica en el sitio correcto y se cumplen unos criterios específicos para ser un mecanizado efectivo.

¿Es lo mismo un fresado HSM que un fresado trocoidal TPC?

Si, podemos decir que es lo mismo. Hoy en día los avances que hay en herramienta de corte, es brutal. Cada vez se diseñan y fabrican herramientas con diferentes geometrías, recubrimientos y materiales, que buscan mejorar la productividad en el mecanizado. La única diferencia notable entre fresado HSM y fresado trocoidal TPC, son las revoluciones de trabajo. En un fresado HSM podemos hablar desde 8000 o 10000 revoluciones por minuto (RPM) en adelante, y para un fresado TPC a no ser en materiales como en aluminio, no necesitamos de tantas revoluciones por minuto (RPM), para poder realizarlo.

Video de un fresado TPC del fabricante Garant by Hoffmann Group

¿Qué es el fresado HPC?

El fresado HPC significa en inglés (High Performance Cutting) lo que traducimos en español como fresado de alto rendimiento. Los principales fabricantes de herramientas, tienen herramientas específicicas para este tipo de fresado. Para realizar el fresado HPC es necesaria utilizar un software Cad/Cam y se busca eliminar un alto volumen de virutas en poco tiempo. Algunos controles CNC cómo Heidenhain, tienen ciclos de mecanizado para usar estrategias de mecanizado tipo HPC, tanto para ciclos de cajeras o islas como para ciclos de cajeras e islas de forma aleatoria.

En el siguiente video, podemos ver la fresa RF 100 HPC del fabricante Guhring.

¿En qué consiste el fresado HPC?

En el fresado HPC se busca una alta eliminación de volumen de virutas. Para esta estrategia de fresado, podemos llegar a usar el 100% del diámetro de corte de la fresa, siempre y cuando la profundidad no supere a 2 veces el diámetro de la fresa. Pongamos un ejemplo: para una fresa de 12 mm de diámetro, podemos realizar ranuras o cortes, con una profundidad de corte (Ap) de 24mm con una pasada lateral (Ae) de 12mm. En esta estrategia de fresado se refrigera por aire, con el aire además de enfriar tanto la fresa como el material que estamos mecanizando, apartamos la viruta de la zona de corte. Para este tipo de estrategia de fresado, las fresas que se utilizan tiene un paso de hélice más pequeño que las fresas para estrategia trocoidal. Con esto conseguimos que el corte sea estable, sin ausencia de vibraciones durante el fresado. Si no sabes lo que son las fresas de paso variable, te invitamos a que veas nuestra entrada dónde hablamos sobre cómo solucionar las vibraciones en mecanizado.

Hoy en día, muchos fabricantes de herramientas usan las siglas HPC, para llamar a las fresas de estrategia trocoidal. No existe una regla escrita sobre esto, aunque ante la duda, lo mejor es preguntar a tu técnico de aplicaciones.

Nosotros tenemos que decir, que hemos trabajado en máquina CNC con fresas HPC y los resultados fueron excelentes. Hace años al fresado HPC se le denominaba fresado trocoidal, ahora al fresado trocoidal se le llama TPC (Trochoidal Performance Cutting). Existen grandes diferencias entre HPC y TPC aunque ante la duda, lo mejor es preguntar a tu técnico de aplicaciones. Cada marca, puede tener una denominación distinta para cada tipo de fresado. Nosotros el fresado HPC, lo conocemos como lo describimos en este artículo.

¿Qué ventajas tiene el fresado HPC?

1. El fresado HPC, permite operaciones de desbaste y acabado usando la misma herramienta.
2. Cortes estables, sin ausencia de vibraciones.
3. Recomendable para desbastes y ranuras que no superen 2 veces el diámetro de corte de la fresa.
4. Recomendable para materiales duros, el fresado HPC es apto para materiales inoxidables y aceros aleados entre otros.
5. No necesitamos de una máquina de alta velocidad para este tipo de fresado.
6. Se puede realizar en diversas cinemáticas de máquinas CNC: 3 ejes, 4 ejes y 5 ejes.

¿Qué desventajas tiene el fresado HPC?

1. Con el fresado HPC, el consumo de potencia es mayor frente a otras estrategias de fresado. Si la máquina no tiene una potencia media/alta, puede que no funcione está estrategia de fresado como se espera. 
2. Para realizar el fresado HPC, necesitamos que el portaherramientas sea robusto. Se recomiendo pinzas de gran apriete APC o portaherramientas tipo Weldon cómo mínimo. Por el contrario, se desaconseja el uso de portaherramientas térmicos.
3. Aplicaciones muy concretas. Cada herramienta para su tipo de operación, si usamos una fresa HPC para otro tipo de mecanizado que no sea el recomendable, estaremos tirando el dinero literalmente hablando.
4. Para programar un fresado HPC, necesitamos usar un software Cad/Cam, aunque con algunos controles CNC, podremos programarlo desde la propia máquina CNC.

Aplicaciones del fresado HPC

1. Desbaste y acabado de ranuras, dónde no superen 2 veces el diámetro de corte de la fresa.
2. Desbaste de perfiles que no superen 2 veces el diámetro de corte.
3. Piezas dónde queremos realizar un corte de forma en el material y no supere 2 veces el diámetro de corte. Un ejemplo podría ser, reducir el perfil de un ángulo de 90º, perfiles calibrados de pequeños espesores, etc.
4. El fresado HPC se aplica en todos los sectores conocidos en el mecanizado, tal vez en automoción, maquinaria y aeroespacial sean dónde más provecho podríamos sacar a este tipo de fresado.

¿Es lo mismo el fresado HPC qué el fresado HSM?

No es lo mismo, con el fresado HPC se busca una mayor productividad en profundidades pequeñas, con unas cargas laterales (Ae), que pueden llegar al 100% del diámetro de corte de la herramienta. Las cargas laterales (Ae) pueden ser variables y es un fresado más agresivo que el fresado HSM.

El fresado HSM es un fresado más rápido, dónde se busca una tasa de volumen de viruta alto y constante. Es un fresado más constante y menos agresivo en comparación con el fresado HPC. Podemos decir que el fresado HSM es lo mismo que el fresado con estrategia trocoidal.

Resumen

El fresado con estrategia trocoidal, hoy en día algunos fabricantes lo llaman TPC (Trochoidal Performance Cutting). La forma de llamar a cada tipo de fresado, no hay nada escrito ni una nomenclatura ISO para denominarlo. Para poder aplicar cualquier estrategia de fresado, tenemos que atender a los números de volumen de viruta extraído, una vez vistos los números, tenemos que ver si es factible o no ese tipo de fresado. Puede haber impedimentos por geometría, voladizo de herramienta, espacio, rigidez de la pieza, rigidez de la herramienta, etc.

Son muchos los factores a la hora de elegir una estrategia u otra. Al igual que los planteamientos de piezas pueden ser distintos para llegar a realizar la misma pieza. Lo mejor que podemos hacer es analizar cada situación y elegir el que mejor rendimiento nos pueda dar. Esperamos que os haya gustado esta entrada y nos vemos en la siguiente, un saludo.