Fresado de cavidades CNC
En 30 segundos El fresado de cavidades CNC es la operación de arranque de viruta que genera bolsillos, cajeras y vaciados cerrados en una pieza, con paredes laterales y fondo definidos por el programa. Es una de las operaciones más frecuentes en la fabricación de moldes, cuerpos de válvulas, bloques hidráulicos, carcasas y componentes estructurales. Sus particularidades frente al fresado periférico son la acumulación de viruta en el interior de la cavidad, la mayor longitud en voladizo de la herramienta y la necesidad de una estrategia de entrada al material —rampa, hélice o taladrado previo— ya que la fresa no puede entrar verticalmente a velocidad de fresado.
Contenido
- Definición y tipos de cavidad
- Estrategias de entrada al material
- Estrategias de desbaste: trochoidal y convencional
- Estrategias de acabado de paredes y fondo
- Selección de herramienta y relación L/D
- Errores frecuentes en fresado de cavidades
- Preguntas frecuentes
- Fuentes
Definición y tipos de cavidad en fresado CNC
Una cavidad fresada es un vaciado cerrado en una pieza con paredes verticales o inclinadas, fondo plano o conformado, y radios de esquina interiores limitados por el diámetro de la herramienta. Se clasifican por su geometría en cajeras rectangulares (las más comunes), cavidades circulares, formas libres (freeform pockets) y cavidades multinivel (con islotes o cotas de fondo distintas). La relación entre la profundidad de la cavidad y el diámetro de la herramienta (L/D) es el parámetro que más condiciona la estrategia de mecanizado.
Parámetros geométricos que definen una cavidad
Antes de programar el mecanizado de una cavidad, el programador debe identificar cuatro parámetros geométricos clave: la profundidad total (Z), el radio de esquina interior mínimo (que determina el diámetro máximo de la herramienta de acabado), la inclinación de las paredes (vertical o con ángulo de desmoldeo), y la presencia de islotes —zonas de material que permanecen tras el vaciado—. Cada uno de estos parámetros condiciona la estrategia de desbaste, el número de pasadas y la selección de herramientas [1][2].
Cavidades en moldes y matrices
El fresado de cavidades es la operación central en la fabricación de moldes de inyección de plástico y matrices de estampación. En estos casos, las cavidades definen la forma de la pieza moldeada o estampada, por lo que los requisitos de tolerancia dimensional y acabado superficial son especialmente estrictos: tolerancias de IT6–IT7 en superficies funcionales y Ra 0,4–0,8 µm en las zonas de sellado o superficie visible de la pieza. Asimismo, en moldes de inyección las paredes suelen tener un ángulo de desmoldeo de 0,5–3° que complica la estrategia de acabado porque la herramienta debe seguir una trayectoria inclinada respecto al eje Z [3].
Estrategias de entrada al material en fresado de cavidades
Existen tres estrategias principales para que la herramienta entre al material en una cavidad: rampa lineal (la fresa avanza en diagonal Z mientras avanza en XY), hélice (la fresa desciende en espiral circular) y taladrado previo (un taladro abre un agujero de entrada y la fresa entra en vertical). La hélice es la más extendida porque distribuye uniformemente las fuerzas de corte y preserva el filo de la herramienta.
Entrada en hélice: la más recomendada
La entrada en hélice es la estrategia preferida en fresado de cavidades porque la herramienta no necesita actuar como taladradora —operación para la que no está diseñada la fresa estándar— y las fuerzas de corte se distribuyen uniformemente a lo largo de una trayectoria circular. El diámetro de la hélice debe ser aproximadamente el 60–80 % del diámetro de la fresa, y el ángulo de bajada (helix angle) habitual es de 1–3° por revolución para aluminio y 0,5–1° para acero [1][4]. Para cavidades muy pequeñas donde la hélice no cabe geométricamente, la rampa lineal es la alternativa, aunque genera un desgaste asimétrico en el filo.
Taladrado previo: cuándo es necesario
El taladrado previo es necesario cuando el material o la geometría de la cavidad no permiten ninguna de las otras estrategias: por ejemplo, en materiales muy duros donde el ángulo de bajada necesario para la hélice es demasiado pequeño y haría la operación antieconómica, o cuando la cavidad tiene una relación L/D muy alta que obliga a usar una fresa de diámetro reducido incapaz de realizar una hélice suficiente. En estos casos, un taladro de diámetro ligeramente menor al de la fresa abre un punto de entrada vertical y la fresa entra en movimiento horizontal directamente desde ese punto [2].
Estrategias de desbaste en fresado de cavidades CNC
Las dos estrategias principales de desbaste en cavidades son el fresado en zigzag (bidireccional, alta tasa de arranque pero fuerzas variables) y el fresado trochoidal (ángulo de contacto constante y bajo, menor calor y menor desgaste de herramienta). Para cavidades en aluminio y acero de baja-media dureza, el fresado trochoidal permite profundidades axiales de 1–3×Dc con tiempos de ciclo un 30–50 % inferiores al fresado convencional en ciertas geometrías.
Fresado trochoidal: ventajas en cavidades profundas
El fresado trochoidal (también llamado high-efficiency milling o HEM) utiliza trayectorias circulares de pequeño diámetro que mantienen el ángulo de contacto entre herramienta y material en valores bajos y constantes (típicamente 15–30 %). Esto reduce drásticamente el calor generado en el filo y permite usar profundidades axiales (ap) de 1–3 veces el diámetro de corte, frente al 0,2–0,5× Dc del fresado convencional. En cavidades profundas, el resultado es una reducción significativa del número de pasadas necesarias para alcanzar la profundidad total [4][5].
Comparativa de estrategias de desbaste
| Estrategia | ap típica | ae típica | Ventaja principal | Limitación |
|---|---|---|---|---|
| Zigzag convencional | 0,3–0,5×Dc | 60–80 % Dc | Sencillo de programar, cobertura completa | Fuerzas variables, mayor calor, más desgaste |
| Fresado trochoidal (HEM) | 1–3×Dc | 5–20 % Dc | Menor calor, mayor vida de herramienta, válido en materiales duros | Requiere CAM con soporte HEM, mayor tiempo de programación |
| Desbaste con plaquita indexable | Ap según plaquita | 60–80 % Dc | Máxima tasa de arranque en cavidades grandes | Radio de esquina mayor, no válido para cavidades pequeñas |
Estrategias de acabado de paredes y fondo en cavidades CNC
El acabado de una cavidad se divide en dos operaciones independientes: acabado de paredes laterales (fresado periférico con fresa de punta plana, una pasada radial de 0,1–0,3 mm) y acabado de fondo (fresado frontal con pasada axial de 0,1–0,3 mm). En cavidades con esquinas interiores, el radio final de la esquina es siempre igual al radio de la fresa de acabado, lo que establece el diámetro máximo de herramienta usable.
Radio de esquina: la restricción geométrica más importante
El radio de esquina interior de una cavidad no puede ser inferior al radio de la fresa de acabado. Por tanto, si el diseño especifica un radio de esquina de R2 mm, la fresa de acabado de paredes debe ser de diámetro ≤ 4 mm. Fresas de diámetro pequeño tienen mayor tendencia a la deflexión lateral (por su menor inercia de sección), lo que puede producir paredes con ligera conicidad en cavidades profundas. Para evitarlo, conviene realizar múltiples pasadas de acabado con stock decreciente (spring passes) que eliminan la deflexión acumulada [2][5].
Acabado de fondo: evitar la marca central
Las fresas de punta plana convencionales tienen velocidad de corte cero en el centro (en el eje de rotación), lo que produce una pequeña protuberancia o marca en el centro del fondo de la cavidad si la pasada de acabado cubre ese punto. Para evitarlo, la trayectoria de acabado de fondo debe programarse de forma que la fresa no pase por el centro de la cavidad con velocidad tangencial nula. Las estrategias más habituales son el fresado espiral desde fuera hacia dentro (no llega al centro exacto) o el uso de fresas de punta de bola para fondos con requisito de Ra estricto [1][3].
Selección de herramienta y relación L/D en cavidades
La relación entre la longitud útil de la fresa y su diámetro (L/D) es el parámetro crítico en fresado de cavidades. Por debajo de L/D = 3, la herramienta se comporta rígidamente. Entre L/D = 3 y 6, requiere parámetros reducidos. Por encima de L/D = 6, la vibración es el problema dominante y puede requerir reducción de velocidad o cambio de estrategia.
Impacto de la relación L/D en los parámetros
Cada vez que la relación L/D de la herramienta aumenta en una unidad, la rigidez flexural de la fresa disminuye de forma proporcional al cubo de la longitud (según la teoría de vigas en voladizo). En la práctica, esto significa que para una misma fresa, duplicar la longitud en voladizo reduce la rigidez a un octavo. Por ello, la regla habitual es reducir los parámetros de corte —Vc y fz— entre un 20 % y un 40 % por cada unidad adicional de relación L/D respecto a la relación de referencia (L/D = 3) [4][6].
Fresado de cavidades CNC en Barnamec Barnamec realiza fresado de cavidades en aluminio, acero, acero inoxidable y plásticos técnicos, con estrategias de desbaste trochoidal y acabado de paredes y fondo según los requisitos de tolerancia y acabado superficial del proyecto. Para consultas técnicas o presupuesto, contacte en barnamec.com/contacto/.
Preguntas frecuentes sobre fresado de cavidades CNC
Dudas sobre geometría y diseño
¿Cuál es el radio de esquina mínimo recomendado en una cavidad fresada?
Como regla general, el radio mínimo de esquina en una cavidad debe ser al menos 1,2 veces el radio de la fresa que se va a usar en el acabado, para garantizar un margen de paso mínimo. En la práctica, para reducir coste, se recomienda diseñar radios de esquina ≥ 3 mm (fresa ø6 mm) para cavidades de propósito general. Radios de 0,5–1 mm son técnicamente posibles pero implican fresas de diámetro muy pequeño, avances muy reducidos y mayor riesgo de rotura.
¿Qué profundidad máxima admite una fresa de punta plana en una cavidad?
La profundidad máxima de cavidad con una fresa de punta plana está limitada por la longitud útil de la herramienta y la relación L/D admisible. Para L/D ≤ 3 la herramienta trabaja con plenas capacidades; entre L/D = 3 y 6 se reducen parámetros; por encima de L/D = 6 la vibración limita gravemente la productividad. Para cavidades muy profundas se utilizan fresas de mango largo o se divide la operación en herramientas de diferente longitud para las distintas zonas de profundidad.
Dudas sobre estrategias y programación
¿Por qué no se puede entrar verticalmente en plena fresa a una cavidad?
Las fresas de punta plana no están diseñadas para taladrar: la velocidad de corte en el centro del filo es cero y los filos no están preparados para el arranque axial de viruta. Si la fresa entra verticalmente en el material a velocidad de fresado, la zona central del filo frota en lugar de cortar, generando calor excesivo, deformación plástica del material y rotura de la herramienta. Por ello, siempre se usa entrada en hélice, rampa o taladrado previo.
¿Cuándo conviene usar fresado trochoidal en una cavidad?
El fresado trochoidal es más ventajoso cuando la cavidad es relativamente estrecha respecto a la fresa (relación anchura/diámetro < 2), el material es de dureza media-alta, o se requiere una vida de herramienta larga en producción en serie. En cavidades anchas y poco profundas en aluminio blando, el fresado convencional en zigzag puede ser más rápido porque el trochoidal añade distancia de trayectoria sin beneficio proporcional.
Dudas sobre acabado y tolerancias
¿Cómo se consigue una pared perfectamente vertical en una cavidad profunda?
Para obtener paredes verticales sin conicidad en cavidades profundas, se realizan múltiples pasadas de acabado lateral con stocks decrecientes (spring passes o pasadas de resorte), de forma que cada pasada elimina la deflexión generada por la anterior. También es recomendable usar fresas de acabado de alto rendimiento con tolerancia de diámetro garantizada (h6), ya que una fresa con tolerancia h8 o h9 introduce una variabilidad dimensional en el radio de la cavidad que puede acumularse en paredes profundas.
Véase también
- Fresado CNC
- Parámetros de fresado CNC
- Herramientas de corte para fresado CNC
- Tolerancias dimensionales en mecanizado CNC
- Mecanizado de aluminio CNC
- Electroerosión por hilo (Wire EDM)
- Design for Manufacturing (DFM) en mecanizado
Fresado de cavidades CNC en Barnamec
Barnamec realiza fresado de cavidades en aluminio, acero, inoxidable y plásticos técnicos con estrategias de desbaste trochoidal y acabado de alta precisión. La programación CAM incluye selección de estrategia de entrada, desbaste HEM y pasadas de acabado de paredes y fondo adaptadas a los requisitos dimensionales de cada proyecto.
Consulte las capacidades técnicas de Barnamec o solicite presupuesto para su cavidad mecanizada.
Fuentes
- Sandvik Coromant. (2024). Milling cavities and pockets: application guide. https://www.sandvik.coromant.com/
- Boothroyd, G. & Knight, W. A. (2006). Fundamentals of Machining and Machine Tools (3rd ed.). CRC Press.
- Kennametal Inc. (2024). Pocket milling strategies and tool selection. https://www.kennametal.com/
- Altintas, Y. (2012). Manufacturing Automation (2nd ed.). Cambridge University Press.
- Seco Tools. (2024). High-efficiency milling (HEM/trochoidal) guide. https://www.secotools.com/
- Kalpakjian, S. & Schmid, S. R. (2014). Manufacturing Engineering and Technology (7th ed.). Pearson.