Com tallar i fer forats en metall sense deixar cantells

Per què es formen les cantonades durant el tall i la perforació de metalls

Deformació per tall i flux plàstic a la vora de tall

Les escates de tall metàl·lic es formen principalment quan el material es deforma plàsticament en lloc de tallar-se netament. A mesura que l’eina entra en contacte, els metalls dúctils —com l’alumini i l’acer dolç— experimenten un desplaçament lateral en comptes d’una separació immediata, produint escates de recobriment en operacions de xapa. Les eines romes o les velocitats d’avanç inadequades agraven aquest fenomen: el material residual es plega sobre els cantells o es trenca de forma irregular, generant escates de trencament que requereixen una desburratge secundària. La duresa del material ha d’assolir un equilibri: les aleacions massa toves flueixen de manera incontrolada, mentre que els metalls extremadament durs resisteixen la deformació però es trenquen de forma imprevisible. Una geometria d’eina optimitzada atenua aquest efecte: les vores de tall afilades i els angles d’eina estrets redueixen els vectors de força laterals. Per exemple, estudis sobre el mecanitzat del llautó mostren que reduir els angles de tall disminueix la formació d’escates un 40 % respecte a eines convencionals de vora ampla.

Efectes tèrmics i capes de recast en operacions d’alta velocitat

La perforació a alta velocitat intensifica la calor per fricció, suavitzant el material adjacent a la zona de tall. Aquest ablandament tèrmic local promou una deformació plàstica excessiva, especialment als punts de sortida de la broca, cosa que resulta particularment problemàtica quan es treballen aliatges de titani, que tenen baixa conductivitat tèrmica. La calor no controlada provoca capes de recast: metall semifosat que es torna a solidificar formant escòria endurida que requereix un procés posterior mitjançant abrasius o mètodes electroquímics. Els lubrificants de refrigeració no són opcionals; la recerca de l’ASME mostra que el refrigerant en forma de boira redueix l’alçada de les vores de tall (burr) a la sortida en la perforació d’acer inoxidable un 68 % respecte a la perforació en sec. Els operaris han de fer un equilibri entre la productivitat i els llindars tèrmics: velocitats de broca excessives poden fer pujar les temperatures superficials per sobre dels 800 °C en metalls ferrosos, transformant efectes tèrmics transitoris en defectes microestructurals permanents que afecten la resistència a la fatiga.

Optimització d’eines i geometria per al tall de metalls sense vores de tall (burr)

Vores afilades, angles de desplaçament positius i optimització de l’hèlix

Les vores de tall polites i afilades penetren netament, fomentant un tall eficient en lloc d’un esquinçament. Un angle de desplaçament positiu redueix les forces de tall dirigint el flux de cargols cap amunt i lluny de la peça. Els angles d’hèlix s’han d’ajustar: més pronunciats per a aliatges més tous (per exemple, alumini) i menys pronunciats per a metalls ferrosos, assegurant una participació uniforme de les dents i evitant l’obstrucció per cargols. Aquestes geometries, combinades, tallen el material abans que es produeixi una deformació plàstica significativa, reduint substancialment el rebobinat de la vora de sortida i les escates per esquinçament.

Disseny de la punta del broca: puntes dividides respecte a puntes convencionals per a la supressió d’escates en el tall de metalls

Les broques amb punt dividit superen les puntes convencionals gràcies a la seva acció d'autocentrat i a la reducció de la força axial. La seva geometria de tall amb angle de 135° minimitza el desplaçament del material a la sortida del forat, suprimint eficaçment les vores en materials no ferrosos com l'alumini i el llautó. En les proves realitzades amb acer inoxidable AISI 304, les broques amb punt dividit van assolir una reducció del 82 % de l'alçada de la vora a la sortida respecte a les broques convencionals amb angle de 118°, cosa que s’atribueix a una càrrega axial inferior i a una acció de tall simètrica.

Control dels paràmetres del procés per minimitzar les vores en el mecanitzat de metalls

Compromís entre velocitat d’alimentació, velocitat de rotació (RPM) i profunditat de tall (dades per a l’acer inoxidable AISI 304 i l’alumini 6061-T6)

Equilibrar la velocitat d’alimentació, la velocitat de rotació (RPM) i la profunditat de tall és fonamental per controlar la formació de vores. Cada paràmetre afecta directament la mecànica de les tensions de tall a la interfície eina–material. Les investigacions realitzades amb acer inoxidable AISI 304 i alumini 6061-T6 revelen patrons de comportament diferents:

Per a l’acer inoxidable AISI 304 :
Les velocitats d’alimentació més elevades milloren l’eficiència, però concentren la deformació per tall als punts de sortida de l’eina. Quan es combinen amb velocitats insuficients (<80 m/min) —fins i tot en condicions riques en refrigerant— això fomenta el flux lateral del material i la formació de rebaves de sortida superiors a 0,3 mm en el 40 % dels casos. Per contra, les velocitats d’alimentació molt baixes (<0,15 mm/rev) redueixen les forces de tall, però allarguen el temps de contacte entre l’eina i el material, provocant un enduriment tèrmic de les capes properes a la superfície i augmentant el risc de recast.

Per a l’alumini 6061-T6 :
Velocitats superiors a 300 m/min produeixen cargols més fins i redueixen significativament la mida de les rebaves d’entrada gràcies a una separació eficient del material. No obstant això, sense una fixació rígida, aquestes velocitats amplifiquen les vibracions de la peça treballada. Les passes més profundes (>1,5× el diàmetre de l’eina) exigeixen velocitats d’alimentació més baixes (<0,12 mm/rev) per evitar la sobrecàrrega de cargols i la formació de rebaves laterals al llarg dels marges de la ranura.

La validació al camp confirma que l’optimització de l’estabilitat dinàmica Holder-Muller (HMDS) permet passes més profundes mantenint una operació lliure de vibracions, fins i tot amb velocitats d’alimentació reduïdes un 25%. La gestió precisa de la càrrega de tall —mitjançant cargols d’alimentació digitals i una rigidesa millorada de la màquina— redueix en un 70 % els incidents observats de vores trencades en perforacions d’AISI 304. En aliatges de titani, on els ajustos d’alimentació segueixen tendències no lineals, la monitorització en temps real de les emissions acústiques proporciona una correcció d’errors eficaç.

Fixació d’ajuda i tècniques de preparació de vores

Plaques de suport, bisellats a la cara de sortida i estratègies de subjectió

Un suport adequat de la peça i una preparació estratègica de les vores redueixen significativament les vores trencades generades durant el mecanitzat. Tres tècniques contrastades asseguren sortides més netes:

• Plaques de suport proporcionen un suport rígid per darrere dels materials tous, evitant les vores trencades causades per la deformació
• Bisellats a la cara de sortida actuen com a ranures guia per a l’emergència de la broca o la fresa, permetent una evacuació controlada de les cargoles
• Força de subjectió distribuïda minimitza les irregularitats causades per les vibracions, estabilitzant l’engranatge de l’eina

La integració d’aquests mètodes ha reduït fins a un 65 % les operacions secundàries de desbavejat, alhora que millora la precisió dimensional, especialment en aplicacions amb xapa metàl·lica i perfils extrusionats.

FAQ

Què són les escates de tall en metall?

Les escates de tall en metall són vores rugoses o prominències que es formen sobre els materials durant el mecanitzat o el perforat degut a forces com la deformació plàstica, condicions de tall inadequades i efectes tèrmics.

Com es pot minimitzar la formació d’escates?

La formació d’escates es pot minimitzar mitjançant l’ús d’eines afilades, l’optimització dels angles de tall, l’aplicació de lubrificants refrigerants i el control de les velocitats d’avanç i de rotació.

Quin paper juguen els efectes tèrmics en la formació d’escates?

Els efectes tèrmics aboven el material durant les operacions a alta velocitat, augmentant la deformació plàstica i les capes de recast, cosa que amplifica la formació d’escates, especialment en materials com les aleacions de titani.

Per què les broques de punta partida són millors per suprimir les escates?

Les broques de punt separat redueixen la força d'empenta i el desplaçament del material gràcies a la seva acció d'autocentratge i a la geometria de la vora de tall de 135°, cosa que provoca menys rebaves a la sortida.

Quin paper juguen les fixacions en la reducció de la formació de rebaves?

Una fixació adequada i de suport, com ara l’ús de plaques de suport, bisellats al costat de sortida i sujeció distribuïda, minimitza les vibracions i la deformació del material, reduint significativament la formació de rebaves.