Avances en herramientas de corte para mecanizado CNC

La tecnología de las herramientas de corte avanza de forma tan sutil como significativa, y las necesidades de los talleres también están cambiando. Merece la pena mirar hacia atrás para hacer un balance de estas dos importantes áreas de cambio para las herramientas de corte: cómo se diseñan y fabrican, y cómo se están utilizando.

Tuve una discusión con John Kollenbroich, director de productos del proveedor de herramientas de corte Horn USA, sobre las tendencias que está notando. Nuestra conversación tuvo lugar en la plataforma digital “IMTS spark”.

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Este es el resumen de la charla:

Modern Machine Shop: en el ranurado, el torneado y las herramientas de arranque de viruta, está viendo más demanda de herramientas que proporcionan refrigerante a través de la herramienta. Hay un par de factores de los que hablaremos: un mayor reconocimiento de la necesidad de esto, además de un cambio tecnológico en este herramental. En primer lugar, ¿por qué es valioso el refrigerante a través de la herramienta y por qué cree que los talleres están viendo una mayor necesidad de él?

John Kollenbroich: llevar el refrigerante al filo de corte es fundamental para cualquier aplicación de manufactura. Ayuda a enfriar la zona de corte, proporciona una lubricación muy necesaria y puede ayudar a romper una viruta.

El taladrado de pequeño diámetro, y su uso eficaz durante la manufactura de las herramientas, ha llevado el refrigerante preciso a través de la herramienta en las herramientas de torneado más pequeñas.

Crédito: Horn.

Muchas veces, se utilizan líneas externas para aplicar el refrigerante cerca de la zona de trabajo. Las virutas largas pueden interferir fácilmente con este método de suministro, pudiendo apartar las conducciones. Además, cuando hay que cambiar las herramientas o indexarlas, las líneas de refrigerante pueden moverse para tener un acceso superior a la herramienta.

Entonces, cuando la línea se vuelve a colocar nunca es igual que antes. A menudo se utiliza una metodología de reparto para abarcar las áreas que se mecanizan con este refrigerante, de modo que todas las herramientas obtienen algo de refrigeración, pero ninguna de ellas obtiene la refrigeración ideal.

Una herramienta con refrigerante permite una precisión milimétrica con una dirección específica de refrigerante que apunta exactamente a la zona de corte.

Este proveedor de refrigerante no suele verse afectado por la producción de virutas y, ocasionalmente, si se utiliza una alta presión, puede ayudar a romper la viruta. También tenemos aplicaciones en las que la herramienta con refrigerante pasante ha mostrado una notable mejora en la vida de la herramienta.

MMS: el refrigerante a través de la herramienta está disponible en cortadores que antes no podían ofrecerlo. ¿Qué ha cambiado en la tecnología de manufactura de herramientas para que esto sea posible?

JK: un gran cambio ha sido la capacidad de perforar agujeros de pequeño diámetro a gran profundidad y hacerlo en un ambiente de producción. Parte de esto proviene de que las máquinas de taladrado son capaces de alcanzar las velocidades necesarias y los soportes que proporcionan una sujeción y una excentricidad superiores. La otra parte proviene de las herramientas diseñadas específicamente para esta aplicación de broca.

En la fabricación de nuestras herramientas hay casos en los que trabajamos con agujeros de entre 1 y 1,5 mm de diámetro y de 10 a 20 diámetros de profundidad. Hemos aprendido a diseñar para aprovechar esto. En una herramienta de paso de refrigerante, se podría añadir material en las zonas que pueden necesitar una resistencia adicional, lo que permitiría taladrar los puertos de refrigerante que se intersectan.

MMS: en los centros de mecanizado en particular, la velocidad sigue aumentando. Puede que la velocidad máxima disponible para los husillos de los centros de mecanizado no haya cambiado tanto, pero el uso de husillos de mayor velocidad sigue siendo más común. Así que, si la velocidad máxima no ha subido, la velocidad media en los talleres ciertamente lo ha hecho. ¿Cómo está respondiendo la oferta de herramientas de corte a esto? ¿Qué aspecto de la ingeniería de herramientas está respondiendo a la mayor velocidad de corte?

JK: las máquinas y las herramientas parecen tener un vaivén en cuanto a cuál lleva la delantera. Actualmente, creo que las herramientas de corte están a la cabeza, ya que son capaces de soportar una velocidad superficial extremadamente alta. Esto se debe principalmente a los recubrimientos y a la tecnología de recubrimiento.

Los recubrimientos siguen evolucionando, con más capas, y se utilizan materiales diferentes. Esto es algo con lo que todos los fabricantes de herramientas están jugando en algún nivel. Los cambios en la tecnología de recubrimiento son algo más limitados, y no son tantos los que juegan en este terreno.

Un proceso que me viene a la mente es el “HiPIMS”, o sputtering de magnetrón de alta potencia. Este proceso utiliza una temporización de microsegundos de pulsos de extrema potencia. Esto permite que el metal se ionice hasta obtener partículas de tamaño nanométrico que se depositan en las herramientas. Este proceso permite una mayor adherencia y dureza del recubrimiento, al tiempo que mantiene una gran lubricidad. Además, este proceso tiene una gran reducción de las tensiones de compresión. Esta reducción permite utilizar preparaciones de bordes más pequeñas, con lo que se obtienen herramientas más afiladas. Piense en las tensiones de compresión como algo que tira en todas las direcciones al mismo tiempo. Si estas tensiones tiran de un borde afilado, pueden hacer saltar el carburo. Para evitar este problema, se ponen preparaciones del filo en la herramienta.

Básicamente, se bruñe el filo, lo que supone embotar ligeramente la herramienta. Todos los fabricantes de herramental deben hacer esto para apoyar adecuadamente el recubrimiento. Con HiPIMS puede tener preparaciones de borde mucho más pequeñas, y por tanto una herramienta más afilada, para un mecanizado más libre. Tener una herramienta más afilada permite una mayor vida útil de la herramienta. En las pruebas realizadas con nosotros mismos hemos visto mejoras del 50% utilizando la tecnología de recubrimiento HiPIMS.

MMS: aquí hay un tema que no se relaciona directamente con el filo cortante, pero que puede relacionarse con un ahorro de tiempo significativo: el tiempo de preparación. ¿Usted observa algo relacionado con el cambio rápido de herramientas y su adopción?

JK: sí. Las mejoras en la vida de las herramientas se acumulan. El aumento permite reducir el costo por pieza, pero la mayoría de las veces, estos ahorros suponen un rendimiento limitado. Una de las razones de este factor limitante es el tiempo de cambio de herramientas. Se trata de una pérdida de tiempo de mecanizado. A veces esta pérdida es pequeña, digamos 5 minutos para cambiar una herramienta, otras veces puede ser muy grande, digamos 30 minutos o más. Si es capaz de implementar el cambio rápido de herramientas, y cambiar sistemáticamente las nuevas herramientas en 1 o 2 minutos, su ahorro se acumula rápidamente.

Los accesorios para el cambio rápido de herramental pueden suponer un mayor ahorro de costos que una velocidad de corte cada vez más rápida, ya que se pierde potencialmente demasiada productividad al cambiar las herramientas.

Crédito: Horn.

Las máquinas tipo suizo son un área en la que el ahorro puede ser muy grande. Un cambio de insertos típico en una máquina tipo suizo puede ser de 15 minutos por herramienta. Si está cambiando tres herramientas por turno, eso supone 45 minutos de tiempo de no producción. Ahora mire los tiempos de cambio rápido de 2 minutos, 3 veces al día, y estará en 6 minutos. Son casi 40 minutos de producción que ha recuperado. Teniendo en cuenta una tarifa de máquina típica de 100 dólares, acaba de ahorrar 65 dólares en ese turno. Hágalo a lo largo de una semana, dos turnos al día, y habrá recuperado casi 400 minutos, o un turno de producción gratis. Esto podría ser la diferencia entre tener que añadir equipos o utilizar mejor las máquinas que tiene.

MMS: la reducción del tiempo de preparación es una forma de aumentar la capacidad de mecanizado disponible. Otra forma importante que un número creciente de talleres está explorando es el mecanizado desatendido. La herramienta de corte juega aquí un papel importante. ¿Cuál es la forma de pensar en las herramientas en el mecanizado sin supervisión?

JK: el mecanizado desatendido es un concepto que muchas empresas emplean, pero no todas tienen éxito. A veces solo se pueden ejecutar ciertos trabajos debido a problemas en la máquina. A veces, los talleres ralentizan sus herramientas en un intento de aumentar la vida útil de las mismas, con la esperanza de llegar a un turno completo sin supervisión. Este no es siempre el enfoque correcto.

Las herramientas se desarrollan para cortar dentro de ciertos parámetros, y la vida de la herramienta se vuelve predecible solo dentro de la ventana de operación adecuada.

Una vez que se tiene una vida útil predecible de la herramienta, independientemente del tiempo en la máquina, se puede empezar a considerar el funcionamiento sin supervisión. Además, otra razón para hacer funcionar las herramientas dentro de los parámetros adecuados es el control de la viruta. C

Cuando una herramienta está infraalimentada, pueden ocurrir muchas cosas. Podría tener un desgaste prematuro debido a que roza más de lo que corta, y podría estar creando una viruta más fibrosa que podría bloquear el flujo de refrigerante o causar problemas a otras herramientas.