Optimización de la vida útil de la herramienta:el efecto de los ángulos de avance en las operaciones de torneado

¿Cansado de quemar herramientas de corte con forma de diamante para trabajar con ángulos de ataque? Exploramos los problemas creados por los ángulos de avance y hablamos con los fabricantes de herramientas de corte sobre las mejores formas de optimizar para satisfacer sus necesidades.

Para trabajos de torneado de uso general, los diamantes de 80 grados estilo CNMG han sido durante mucho tiempo la plaquita elegida. Están ampliamente disponibles, tienen un precio razonable y brindan una buena vida útil de la herramienta en una amplia variedad de materiales. También permiten que el maquinista enfrente y gire la pieza de trabajo con la misma herramienta, lo que simplifica las configuraciones y reduce el tiempo perdido en los cambios de herramienta. Debido a esta doble función, los diamantes de 80 grados liberan al menos una estación de herramientas, una consideración importante con torretas de torno abarrotadas.

El statu quo:el ángulo de avance negativo afecta la vida útil de la herramienta de corte

El desafío surge cuando los materiales de la pieza de trabajo caen en la categoría de "cortar sin mucha diversión". Las superaleaciones resistentes al calor a base de níquel o cobalto, como Inconel 718 y cobalto-cromo (CoCr), titanio Ti-6Al-4V, la mayoría de los aceros para herramientas y los aceros inoxidables PH o de la serie 300 pueden crear una serie de problemas para los maquinistas, incluidos filo de aportación (BUE), desgaste excesivo en incidencia y especialmente muescas de profundidad de corte.

Desafortunadamente, estos problemas son algo autoinfligidos. Al usar un inserto de diamante de 80 grados, el tornero está cortando con una herramienta de ángulo de avance negativo de 5 grados, lo cual es malo para la vida útil de la herramienta, suponiendo que se use el portaherramientas de estilo "cara y giro" habitual. Ya sea fresado o torneado, cambiar a un ángulo de avance positivo no solo adelgaza la viruta, sino que también distribuye las fuerzas de corte a lo largo de una mayor longitud de carburo, lo que reduce o, en algunos casos, elimina los modos de falla.

“Las herramientas con ángulos de avance negativos son las que se aplican con mayor frecuencia de todas las herramientas de torneado”, dice Aaron Schade, gerente de programa del Knowledge Center Americas en Kennametal. “Eso no significa que sean los mejores, solo que eso es lo que todos usan. Debido a que tiene espacio libre en ambas direcciones, un ángulo de avance negativo hace que la herramienta sea más versátil:puede mirar hacia la pieza y luego girar hacia arriba hasta un hombro, mientras que una herramienta con un ángulo de avance positivo significa que tendrá que regresar con una segunda herramienta para estas operaciones.”

Redondo y Redondo:El valor de los insertos redondos para herramientas de corte

Aunque los beneficios son difíciles de cuantificar, cambiar a una herramienta con un ángulo de avance positivo puede ofrecer mejoras significativas en la vida útil de la herramienta. Y cuando la vida útil de la herramienta es mejor, la productividad aumenta, ya sea porque hay menos tiempo de inactividad o porque las velocidades de avance pueden aumentar significativamente.

“Recomendamos plaquitas redondas siempre que sea posible, principalmente porque son la solución más rentable para los clientes que desean eliminar grandes cantidades de material en el menor tiempo posible o donde la vida útil de la herramienta es problemática”, dice Aaron-Michael Eller, gerente de producto. para torneado ISO y materiales avanzados en Seco Tools. "En un giro recto con una profundidad de corte ligera, por ejemplo, puede obtener fácilmente una docena o más de índices por plaquita y avanzar como un loco".

Esta es la razón por la que Kennametal, Seco Tools, Sandvik Coromant y todos los fabricantes de herramientas de torneado ofrecen portaherramientas que aceptan plaquitas redondas y romboidales con ángulos de ataque de 15, 45 y 75 grados. Todos ofrecen la oportunidad de mejorar drásticamente las operaciones de torneado de un taller.

No tan rápido:los ángulos de ataque pueden causar vibración y desviación de la herramienta

Sin embargo, a pesar de los beneficios potenciales, existe una desventaja:a medida que los ángulos de avance se vuelven más positivos, aumenta el acoplamiento de la herramienta, lo que genera fuerzas de corte más altas que ahora se desplazan en dirección radial; es posible que el maquinista haya eliminado las muescas de profundidad de corte, pero es posible que en su lugar se enfrente a vibraciones y desviación de la herramienta.

Además, el efecto de adelgazamiento de las virutas significa que esas virutas son más difíciles de controlar y es probable que se necesiten velocidades de alimentación más altas para compensar. Son estas consideraciones, más el hecho de que se requerirá una segunda herramienta para encarar la pieza de trabajo y limpiar las áreas sin cortar adyacentes a los hombros, lo que explica por qué la mayoría de los maquinistas toman el camino de 80 grados de menor resistencia.

Si bien la adopción de una estrategia de giro con ángulo de ataque positivo es ciertamente un acto de equilibrio y puede requerir una serie de pruebas que requieren mucho tiempo para dominarla, ambos expertos están de acuerdo en que, para la aplicación correcta, vale la pena el esfuerzo.

“Sí, necesitará una configuración bastante rígida, y sí, debe ajustar un poco sus procesos, pero los ángulos de ataque positivos generalmente equivalen a mayores tasas de remoción de metal, vida útil de la herramienta y productividad”, dice Eller de Seco.

¿Por qué son tan importantes los portaherramientas adecuados? Leer “ Lecciones de mecanizado de alto rendimiento:no se olvide de los portaherramientas .”

No hay una fórmula mágica para determinar la herramienta de corte óptima

El primer cambio de proceso es determinar qué ángulo de avance es el mejor. Este proceso es definitivamente uno de esos casos en los que más no siempre es mejor. Suponiendo una profundidad de corte constante, cambiar de una herramienta de 5 grados negativos a una con un ángulo de avance positivo de 45 grados aumenta el enganche de la pieza de trabajo en un 40 por ciento. Una vez más, es casi seguro que se necesitarán ajustes en los parámetros de corte para lograr los resultados deseados.

Dado que las fuerzas de corte siempre son perpendiculares al ángulo de ataque de la herramienta, si se vuelven positivas significa que se aplica una mayor presión radial de la herramienta a la pieza de trabajo. Al tornear ejes delgados y piezas de paredes delgadas en estos escenarios y con la mayoría de las operaciones de mandrinado, un ángulo de ataque neutral suele ser mejor, ya que las fuerzas de avance están casi en su totalidad en el eje Z. Es una compensación compleja. Lamentablemente, no existe una fórmula mágica para determinar la herramienta de corte óptima.

“Necesita una buena comprensión del impacto que tienen los ángulos de ataque en la operación de torneado, pero al mismo tiempo reconocer que la configuración de la pieza también juega un papel fundamental en la selección de herramientas”, dice Schade. “Si se trata de un corte recto en el eje Z sin rebordes ni revestimiento, en realidad hay una cantidad ilimitada de opciones de herramientas, mientras que las socavaduras, el perfilado, los rebordes y otras características de la pieza tienden a limitar lo que se puede hacer con una sola herramienta”.

“Todo en el mecanizado depende de la aplicación, y lo más importante es aprovechar las opciones disponibles y utilizarlas de la mejor manera posible:cambiar a un ángulo de avance positivo es una de esas opciones”, dice Schade.

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