1
Los operadores conocen la escena: las virutas se acumulan en un bolsillo de 50 mm de profundidad, las virutas recortes se sueldan, la herramienta se rompe, la alarma del husillo suena. La baja densidad y la alta conductividad térmica del aluminio hacen que las virutas sean pegajosas; las esquinas estrechas y las salientes largas las atrapan. Las reglas empíricas existentes (flautas abiertas, refrigerante por inundación) fallan cuando los bolsillos superan 3 veces el diámetro de la herramienta. Este estudio cuantifica el efecto combinado de la geometría de la herramienta, la presión del refrigerante y la cinemática de la trayectoria de la herramienta en la evacuación de virutas en condiciones de producción de 2025.
2 Métodos de investigación
2.1 Diseño de experimentos
Factorial completo 2³ con puntos centrales (n = 11).
Factores:
• A: Ángulo de hélice: 38° (bajo), 45° (alto).
• B: Presión del refrigerante: 40 bar (bajo), 80 bar (alto).
• C: Estrategia de trayectoria: trocoide adaptativo vs. raster convencional.
2.2 Pieza de trabajo y máquina
Bloques 7075-T6, 120 × 80 × 60 mm, bolsillos de 10 mm de ancho × 50 mm de profundidad. Haas VF-4SS, husillo de 12 k HSK-63, refrigerante Blaser Vasco 7000.
2.3 Adquisición de datos
• Tiempo de residencia de la viruta: cámara de alta velocidad a 5000 fps, rastreada mediante virutas teñidas.
• Desgaste de la herramienta: microscopio óptico, VB ≤0,2 mm al final de la vida útil.
• Rugosidad superficial: Mahr Perthometer M400, corte de 0,8 mm.
2.4 Paquete de reproducibilidad
Código G, lista de herramientas y dibujos de boquillas de refrigerante archivados en github.com/pft/chip-evac-2025.
3 Resultados y análisis
La Figura 1 muestra el gráfico de Pareto de los efectos estandarizados; el ángulo de hélice y la presión del refrigerante dominan (p < 0,01). La Tabla 1 resume las métricas clave:Tabla 1 Resultados experimentales (media, n = 3)
Conjunto de parámetros | Residencia de virutas (s) | Vida útil de la herramienta (min) | Ra (µm)
38°, 40 bar, raster | 4,8 | 22 | 1,3
45°, 80 bar, trocoide | 2,8 | 45 | 0,55
Mejora | –42 % | +105 % | –58 %
La Figura 2 traza los vectores de velocidad de las virutas; la hélice de 45° genera un componente de velocidad axial ascendente de 1,8 m/s frente a 0,9 m/s para 38°, lo que explica una evacuación más rápida.
4 Discusión
4.1 Mecanismo
Una hélice más alta aumenta el ángulo de ataque efectivo, adelgazando las virutas y reduciendo la adhesión. El refrigerante de 80 bar proporciona un flujo de masa 3 veces mayor; la simulación CFD (ver Apéndice A) muestra que la energía cinética turbulenta en la base del bolsillo aumenta de 12 J/kg a 38 J/kg, suficiente para levantar virutas de 200 µm. Las trayectorias trocoidales mantienen un contacto constante, evitando el empaquetamiento de virutas que se observa en las esquinas del raster.
4.2 Limitaciones
Pruebas limitadas al aluminio 7075; las aleaciones de titanio pueden requerir asistencia criogénica. Los bolsillos con una relación profundidad-ancho >8:1 mostraron ocasionalmente represamiento de virutas incluso en configuraciones óptimas.
4.3 Implicaciones prácticas
Los talleres pueden adaptar las máquinas existentes con fresas de extremo de carburo de hélice alta y paso variable y boquillas de refrigerante programables por <$2000 por husillo, con un retorno de la inversión en 3 meses basado en el ahorro de la vida útil de la herramienta.
5 Conclusión
Las fresas de hélice alta, el refrigerante a través de la herramienta de 80 bar y las trayectorias trocoidales forman un paquete eficaz y transferible que reduce drásticamente el tiempo de residencia de las virutas y duplica la vida útil de la herramienta en el fresado de aluminio de bolsillo profundo. El trabajo futuro debería extender la matriz al titanio y explorar la extracción por vacío en proceso para relaciones de aspecto superiores a 8:1.
¡Su mensaje debe tener entre 20 y 3.000 caracteres!
