Los portaherramientas proporcionan el vínculo vital para la productividad del mecanizado

Las máquinas herramienta precisas y las herramientas de corte avanzadas juntas brindan una excelente productividad de corte de metales. Sin embargo, el vínculo entre la herramienta de corte y el husillo de la máquina, el portaherramientas, es crucial para lograr plenamente esa productividad. Los fabricantes de herramientas ofrecen una amplia variedad de estilos de portaherramientas, cada uno diseñado para un rendimiento óptimo en ciertas aplicaciones de mecanizado. Por lo tanto, un taller de mecanizado debe basar su elección de portaherramientas en sus operaciones específicas, así como en las piezas que produce. Sin embargo, aunque los talleres buscan adquirir la tecnología de máquinas y los materiales de herramientas de corte más avanzados, a menudo dan poca importancia a la selección, aplicación y mantenimiento de los portaherramientas que mejor se adapten a sus necesidades específicas de producción.

No todos los titulares son iguales

Ningún método de sujeción de herramientas es apropiado para todas las aplicaciones posibles. Un portaherramientas diseñado para llevar a cabo operaciones de acabado de alta velocidad normalmente carecerá de la rigidez y la resistencia necesarias para ser eficaz, por ejemplo, en el desbaste profundo de piezas de fundición en bruto. Por el contrario, un portaherramientas diseñado para el mecanizado de desbaste normalmente carecerá de las cualidades de equilibrio que le permitirían funcionar sin problemas a altas velocidades en las operaciones de acabado. Además, el diseño robusto y el volumen de un soporte de desbaste pueden limitar su acceso a piezas finas o profundas. Los materiales duros de las piezas de trabajo requieren portaherramientas con mayor resistencia y rigidez. La capacidad de un portaherramientas para amortiguar las vibraciones y suministrar refrigerante también son criterios de selección importantes.

El uso de un portaherramientas inadecuado puede dar como resultado errores dimensionales y piezas desechadas junto con un desgaste excesivo de los husillos de la máquina herramienta, una vida útil más corta de la herramienta y un aumento de la rotura de la herramienta. En trabajos no críticos, un portaherramientas económico puede producir resultados satisfactorios. Pero en operaciones donde la precisión repetible es obligatoria, y especialmente cuando desechar una pieza de trabajo costosa reducirá los márgenes de ganancias parciales, la inversión en portaherramientas de alta calidad enfocados en la aplicación proporciona un seguro de bajo costo contra tales pérdidas imprevistas.

Para algunos gerentes de taller, las versiones largas de portaherramientas utilizadas en una variedad de aplicaciones es una estrategia válida de ahorro de costos. Sin embargo, aplicar siempre el portaherramientas más corto posible maximizará la rigidez, minimizará la vibración que degrada la superficie y preservará la vida útil de la herramienta.

Los portaherramientas representan menos del dos por ciento de los costos totales de producción. Incluso reducir ese costo a la mitad produce ahorros insignificantes, mientras que una pieza de trabajo desechada o una herramienta rota tiene un efecto financiero medible. Las herramientas y soportes de primera calidad pueden aumentar las tasas de producción de corte de metales para obtener un retorno inmediato de la inversión en herramientas. Particularmente en industrias como la fabricación de componentes aeroespaciales, donde la estabilidad del proceso de mecanizado es primordial, muchos fabricantes se enfocan sobre todo en adquirir herramientas de primera calidad para evitar producir piezas defectuosas y perder tiempo en actividades de resolución de problemas y paros de producción. Los fabricantes aeroespaciales suelen tardar más tiempo en validar los nuevos conceptos de soporte antes de certificarlos para la producción.

Los factores de la pieza de trabajo influyen en la selección del portaherramientas

Los factores que influyen en la selección del portaherramientas incluyen la maquinabilidad del material de la pieza de trabajo en cada trabajo, así como la configuración de la pieza final, lo que puede determinar las dimensiones del portaherramientas necesarias para alcanzar ciertos contornos y/o características. Sin embargo, los portaherramientas deben ser tan simples y fáciles de usar como sea posible para minimizar la posibilidad de error del operador.

Independientemente de la tecnología de portaherramientas que se aplique, la rigidez de una máquina herramienta, la potencia del husillo y la capacidad para generar tolerancias estrictas dictarán qué operaciones son factibles. Por ejemplo, intentar producir tolerancias a escala micrométrica en una máquina desgastada es una pérdida de tiempo.

Los elementos básicos de una máquina herramienta juegan un papel clave:una máquina rápida con guías lineales aprovechará al máximo los portaherramientas diseñados para aplicaciones de alta velocidad, mientras que las máquinas con guías cuadradas brindan apoyo para el mecanizado pesado. Una máquina multitarea aprovechará al máximo las capacidades de los portaherramientas que pueden realizar operaciones de torneado y fresado/taladrado.

La estrategia de mecanizado en uso también guiará la selección del portaherramientas. Por ejemplo, los talleres pueden elegir herramientas para maximizar la productividad en operaciones de corte de alta velocidad (HSC) que involucran profundidades de corte más ligeras, o en situaciones de corte de alto rendimiento (HPC) que se enfocan en generar altas tasas de remoción de metal en máquinas con potencia adecuada pero capacidad de velocidad limitada. .

El descentramiento bajo y repetible puede ayudar a garantizar un acoplamiento constante de la herramienta y, por lo tanto, reducir la vibración y maximizar la vida útil de la herramienta. El equilibrio es crucial, y un portaherramientas de alta calidad debe estar bien equilibrado con una calidad G2,5-25000 RPM (1 g.mm). Los talleres de mecanizado pueden realizar su propia investigación y consultar con sus proveedores de herramientas para determinar el sistema o sistemas de portaherramientas que satisfarán sus necesidades de producción de manera rentable.

Cada Titular Tiene Su Nicho

Ya sean simples Weldon, de pinza, termorretráctiles, mecánicos o hidráulicos, los portaherramientas también deben adaptarse a los requisitos operativos específicos. Los portafresas simples para herramientas de mango Weldon, por ejemplo, son rígidos, fáciles de usar, pueden transmitir un par elevado y proporcionan una sujeción fuerte y segura con una fuerte acción anti-extracción. Son muy adecuados para desbaste pesado pero carecen de concentricidad precisa. En general, están intrínsecamente desequilibrados y no se aplican productivamente a aplicaciones que utilizan altas velocidades de rotación.

Los mandriles de boquilla y las boquillas intercambiables son la forma más común de tecnología de sujeción de herramientas redondas. Los estilos ER rentables están disponibles en una amplia gama de tamaños y ofrecen suficiente agarre para operaciones de taladrado y fresado ligero confiables. Los portapinzas ER de alta precisión cuentan con un descentramiento bajo (<5 μm en la punta de la herramienta) y un diseño simétrico que se puede equilibrar para operaciones de alta velocidad, y hay versiones reforzadas disponibles para mecanizado pesado. Los portaherramientas ER facilitan el cambio rápido y pueden adaptarse a una gama de diámetros de herramienta.

Los soportes termorretráctiles ofrecen una fuerte fuerza de sujeción, una concentricidad de 3 μm a 3xD y excelentes cualidades de equilibrio. Sus configuraciones de punta pequeñas y simples brindan un buen acceso a las características de piezas estrechas.

Las versiones reforzadas pueden realizar un fresado de moderado a pesado, pero la fuerza de agarre depende de las tolerancias del diámetro interior del mango y el portaherramientas. Las herramientas de ajuste por contracción requieren la compra de una unidad de calentamiento especial, y el proceso de calentamiento/enfriamiento consume más tiempo de configuración que simplemente cambiar las pinzas.

Los mandriles de fresado mecánico proporcionan una fuerte fuerza de agarre y una alta rigidez radial a través de múltiples filas de cojinetes de agujas. El diseño permite un fresado pesado y cambios rápidos de herramientas, pero el descentramiento puede ser mayor que el de los sistemas de boquillas. Los mandriles mecánicos generalmente tienen un tamaño más grande que otros estilos de portaherramientas, lo que puede restringir el acceso de la herramienta a algunas características de la pieza.

Los mandriles hidráulicos que usan presión de aceite para generar fuerza de sujeción tienen menos elementos internos que los mandriles mecánicos y, como resultado, tienen un perfil comparativamente más delgado. Los mandriles hidráulicos cuentan con un descentramiento bajo y son efectivos para escariar, taladrar y fresar ligero a altas velocidades de husillo, pero son sensibles a cargas radiales pesadas.

Tan importante como la forma en que un soporte asegura una herramienta de corte también lo es la forma en que se monta en el eje de una máquina herramienta. El husillo o el extremo cónico de un portaherramientas determina la capacidad de transferencia de par y establece la precisión de centrado de la herramienta. Los conos tradicionales para herramientas BT, DIN y CAT son efectivos en máquinas más pequeñas, pero pueden estar limitados en su capacidad de alta velocidad. Las versiones que brindan contacto tanto en el cono del soporte como en la cara brindan mayor rigidez y precisión, especialmente en situaciones de voladizo largo. Se requieren tamaños de cono más grandes para transmitir de manera confiable un mayor par. Un soporte HSK-E32, por ejemplo, no puede reemplazar un HSK-A125A en una situación de mecanizado pesado.

La elección del estilo cónico del portaherramientas suele estar determinada por las preferencias regionales. HSK surgió en Alemania a mediados de la década de 1990 cuando las máquinas de 5 ejes crecieron en popularidad. Los conos CAT se encuentran predominantemente en los Estados Unidos, mientras que en Asia los mangos BT son populares, con frecuencia en versiones de contacto cónico/cara.

HSK es muy común para el mecanizado de 5 ejes. Las conexiones PSC (sistema de sujeción poligonal:Capto) y KM se utilizan principalmente en máquinas multitarea y ahora son estándares ISO. Tanto KM como Capto son también sistemas modulares, que permiten el montaje de herramientas específicas en diferentes longitudes mediante el apilamiento de extensiones o reductores. Los estilos de portaherramientas que permiten tornear, fresar o taladrar piezas en una sola fijación están ganando popularidad a medida que aumenta el uso de máquinas multitarea.

Si bien existen sistemas patentados de portaherramientas que usan portaherramientas y boquillas únicos de formas innovadoras para lograr resultados impresionantes, un taller debe calcular sus beneficios. Estos sistemas generalmente implican un mayor costo y una selección de herramientas limitada al ser de un solo proveedor.

Costo y otras consideraciones

Si bien el costo básico de un soporte de tipo hidráulico o mecánico es más alto en comparación con el de un soporte de boquilla o de ajuste por contracción, intervienen otros factores, como el costo del sistema de calentamiento por ajuste por contracción y el tiempo necesario para cambiar las herramientas. También es necesario tener un soporte de ajuste por contracción para adaptarse a cada diámetro de herramienta, en lugar de acomodar diferentes diámetros simplemente cambiando las pinzas en un sistema de soporte de portabrocas.

Los operadores de máquinas y el personal de mantenimiento de herramientas también juegan un papel importante en la aplicación exitosa de portaherramientas. Al igual que con las máquinas herramienta y otros equipos de fabricación, los portaherramientas requieren un uso y mantenimiento correctos para maximizar sus beneficios y utilizarlos en todo su potencial. Por ejemplo, el operador debe insertar el vástago de la herramienta en el portaherramientas en toda su longitud, ya que un asiento incorrecto provocará que la precisión destruya la vibración o incluso la expulsión de la herramienta. Seguir las especificaciones de montaje de la herramienta es fundamental. Los operadores no deben usar un mango de extensión para aplicar un par de torsión excesivo al apretar un mandril, lo que tuerce el collar y da como resultado una herramienta desalineada.

El mantenimiento de las herramientas también es importante, pero a menudo se ignora. Los operadores siempre deben limpiar los soportes antes de usarlos e inspeccionar también el husillo de la máquina herramienta. Los soportes deben almacenarse limpios y secos, con tapas para proteger el cono de la herramienta. La presión del fluido de los mandriles hidráulicos debe comprobarse con regularidad.

Conclusión

Los talleres de mecanizado deben reconocer la importancia de los portaherramientas en el sistema de mecanizado y aprender cómo hacer coincidir correctamente el portaherramientas adecuado con sus máquinas herramienta, estrategias de mecanizado y piezas de trabajo específicas puede aumentar la productividad y reducir los costes. Al mismo tiempo, los fabricantes de portaherramientas ofrecen selecciones más completas de portaherramientas (ver barra lateral) diseñado para satisfacer las necesidades operativas individuales.

Las mejoras futuras van más allá del propio hardware del soporte. La gestión de herramientas mediante software y etiquetas RFID es un elemento de la fabricación basada en datos y cada vez es más común. Los avances en la tecnología de portaherramientas incluyen portaherramientas equipados con sensores que permiten monitorear las fuerzas en el portaherramientas en tiempo real. Los datos recopilados permiten el ajuste en proceso de los parámetros de mecanizado, ya sea por parte del operador o incluso automáticamente a través de inteligencia artificial (IA) en enlace con la unidad de control de la máquina. Estas y otras nuevas tecnologías reforzarán aún más las contribuciones productivas que proporcionan los portaherramientas en las operaciones de mecanizado.