Mecanizado de composites: delaminación y herramientas

La delaminación es el defecto más crítico en el mecanizado de composites. Se define como la separación de las capas que componen el laminado, provocada generalmente por fuerzas de empuje excesivas durante la entrada o salida de la herramienta de corte. Cuando la presión ejercida por la broca o fresa supera la resistencia de adhesión entre las capas de resina y fibra, el material se fractura, comprometiendo gravemente la capacidad portante del componente.

Factores que influyen en la delaminación

• Geometría de la herramienta: El uso de filos desafilados incrementa la fuerza de empuje.
• Orientación de la fibra: La disposición de las capas afecta a la facilidad con la que el material se separa.
• Parámetros de corte: Velocidades de avance elevadas suelen aumentar el riesgo de delaminación.

Para mitigar los efectos adversos del mecanizado, la elección de la herramienta es determinante. Debido a la alta abrasividad de las fibras de refuerzo, el uso de herramientas de corte recubiertas de diamante es el estándar en la industria.

Tecnologías de herramienta recomendadas

1. Diamante Policristalino (PCD): Ofrece una resistencia al desgaste excepcional, ideal para series largas en CFRP.
2. Fresas de compresión: Diseñadas con ángulos de hélice convergentes que equilibran las fuerzas de empuje, "comprimiendo" el material hacia el centro y evitando el levantamiento de las fibras en las caras superior e inferior.
3. Geometría de filo: Se prefieren filos positivos y muy afilados para reducir la fuerza de corte necesaria y evitar el sobrecalentamiento de la matriz polimérica.

Nota: La refrigeración por aire comprimido es preferible a los taladrinas líquidas para evitar la absorción de humedad por parte de la resina.

El control de los parámetros es vital para mantener la integridad superficial. Estudios técnicos han demostrado que, bajo condiciones óptimas, se pueden alcanzar rugosidades de hasta Ra 1,58 µm (fuente: Scielo, 2023).

Recomendaciones para el proceso

• Velocidad de avance: Debe mantenerse moderada para reducir el empuje axial. Un valor típico de referencia es 0,21 mm/rev en operaciones de taladrado.
• Profundidad de corte: Se recomienda no exceder 0,8 mm en pasadas de acabado para minimizar la generación de calor, que podría degradar la resina.
• Velocidad de giro: Debe ser lo suficientemente alta para cortar la fibra limpiamente, pero controlada para no quemar la matriz (la baja conductividad térmica de los composites hace que el 50% del calor sea absorbido por la herramienta).

Las empresas que realizan estas operaciones suelen clasificarse bajo el CNAE 2553 (Mecanizado de metales y otros materiales) o, en el caso de componentes específicos, bajo el CNAE 3030 (Construcción aeronáutica). Es obligatorio cumplir con la Ley 7/2022^[1], de residuos y suelos contaminados para una economía circular.

Obligaciones legales

1. Gestión de residuos: Los restos de composites mecanizados deben ser tratados como residuos industriales. Según la normativa, es imperativo separar los residuos en origen para facilitar su trazabilidad.
2. Prevención de riesgos: El polvo generado por el mecanizado de fibra de carbono es nocivo. Se exige la instalación de sistemas de aspiración de alta eficiencia en la maquina-herramienta.
3. Trazabilidad: Toda empresa debe documentar la gestión de sus residuos mediante contratos con gestores autorizados.

Para procesos de alta complejidad, como el mecanizado de grandes dimensiones, las empresas deben asegurar que la maquinaria utilizada garantice la repetibilidad necesaria para evitar el rechazo de piezas costosas.

• Ley 7/2022, de 8 de abril, de residuos y suelos contaminados para una economía circular^[1]
• ISO (Organización Internacional de Normalización) - Estándares de calidad y tolerancias^[2]
• UNE (Asociación Española de Normalización) - Normativa técnica industrial^[3]
• Seco Tools - Soluciones para el mecanizado de materiales compuestos^[4]