Superación de los principales desafíos técnicos en la metalurgia

Desafortunadamente, cuando se trata de cortar metal, el tiempo y la calidad suelen estar en desacuerdo. Surgirán problemas de calidad de las piezas y de la máquina que pueden requerir un cambio en el statu quo, dicen los especialistas en metalurgia en el campo. Vea cómo tres especialistas diagnostican y tratan los desafíos sistémicos.

Agrietamiento térmico. Deformación. Desgaste del cráter. No, estos no son términos de ciencia ficción sobre lunas y planetas yermos y desolados, naves espaciales dañadas o una descripción de extraterrestres extraños y de otro mundo. Estos son términos sobre las fallas relacionadas con el calor de las herramientas de corte cuando se observan de cerca a niveles microscópicos. Pero existen muchos otros tipos de daños en las herramientas, algunos de los cuales tienen que ver con fallas mecánicas.

¿Y qué, dices? Se supone que las herramientas de corte deben hacer su trabajo y luego cambiarse y desecharse. Introduces una nueva herramienta, vuelves al trabajo y te olvidas, ¿verdad? Si sólo fuera así de simple. El daño extenso de la herramienta es a menudo un síntoma de factores sistémicos e interconectados más grandes, y requiere un diagnóstico adecuado para su tratamiento.

Ray Gavin, Brian Laffey y Mac Allsup, especialistas en metalurgia de MSC, nos hablaron recientemente sobre los desafíos comunes y poco comunes de las herramientas técnicas de corte que observan e investigan regularmente. Es absolutamente cierto que se espera que los insertos de las herramientas de corte se desgasten y se reemplacen, explican. El problema es cómo los fabricantes utilizan sus herramientas de corte en las máquinas para entregar piezas de calidad en un programa de producción, lo que significa una cantidad específica de piezas fabricadas diariamente.

“Cuando se trata de clientes, empezamos a evaluar dónde están y dónde deben estar”, dice Gavin. En el nivel más básico, se trata de comprender sus objetivos, "por ejemplo, ¿necesitan fabricar más piezas por día o quieren producir piezas de mayor calidad?"

A menudo, la respuesta es ambas cosas, pero luego comienzan los problemas y, con el tiempo, impactan en el negocio. Desafortunadamente, el tiempo y la calidad están reñidos entre sí. Las herramientas deben cambiarse con mayor frecuencia, lo que puede no parecer un gran problema las primeras veces, pero luego el tiempo de inactividad de la máquina realmente puede comenzar a afectar la entrega del producto, explican. Comprender cómo tratar el problema subyacente puede requerir un análisis de causa raíz más profundo.

¿Preocupado por los costos de las herramientas? Aprenda cómo medir mejor el valor de las herramientas con orientación técnica.

Áreas problemáticas cotidianas de mecanizado y herramientas de corte

¿Qué tipo de problemas ven en el trabajo todos los días? Colectivamente, estos técnicos de campo descubren que las herramientas se dañan y las piezas no salen correctamente por no tener la aplicación adecuada de refrigerante o porque el ángulo de corte o la "geometría" de la plaquita no están ajustados correctamente, o la máquina no funciona a la velocidad adecuada. la velocidad adecuada para el material que se está cortando y el tipo de herramienta.

Como anécdota, el tipo de fallas que más ven son más mecánicas en oposición a las fallas por demasiado o muy poco calor, e incluyen:Desgaste de incidencia, astillado, muescas de profundidad de corte y fracturas. Sin embargo, la temperatura casi siempre es un factor en todo lo que tiene que ver con el corte de metal, por lo que agrupar las cosas en términos de calor frente a fallas mecánicas puede ser demasiado simplista.

La falla de causa raíz no es tan binaria como la temperatura o el desgaste mecánico, lo que habla de la complejidad de diagnosticar problemas de metalurgia. Cuando se trata de cortar metal, los problemas térmicos y mecánicos están íntimamente relacionados. Principalmente significa que la causa de la falla se puede atribuir más a un área que a la otra, explican los especialistas.

De las fallas relacionadas con el calor, una de las más comunes experimentadas es el agrietamiento térmico. ¿Porqué es eso? “El refrigerante no se aplica correctamente en el punto de corte”, dice Gavin. “A medida que se crean virutas a partir del corte y se aplica refrigerante, las propias virutas pueden estorbar. El enfriamiento a través de la herramienta puede ayudar”.

Esta tecnología "en el punto de corte" permite aplicar refrigerante en dos posiciones diferentes desde arriba y debajo del portaherramientas. Cuando se usa, el resultado suele ser mucho mejor control de virutas y menos posibilidades de lesiones relacionadas con las virutas cuando los maquinistas van a quitar largas hebras de virutas y se cortan, dice Gavin.

Los tres especialistas dicen que ven muy poco desgaste o deformación del cráter, pero esto sucede en aplicaciones que usan titanio, hierro y aleaciones de alta temperatura y en algunas operaciones de súper alta velocidad. Para ilustrar mejor algunas de las áreas de problemas técnicos más comunes, aquí hay varias situaciones del mundo real que los especialistas han encontrado y cómo resolvieron los problemas.

Desafío: Fractura

Ejemplo del mundo real :Un gran fabricante aeroespacial estaba mecanizando con Iconel (de resistencia "50 Rockwell") utilizando una fresa frontal. La pieza que se está construyendo tiene un diámetro de 50 a 60 pulgadas, y los maquinistas estaban usando cortadores de carburo y almohadillas frontales (almohadillas de mecanizado en la pieza). Se tardaba 20 horas en fresar una pieza porque el material era muy resistente y tenían que hacer funcionar la máquina muy despacio y luego detenerla cuando las herramientas dejaban de ser eficaces. La vida útil de la herramienta era terrible y la productividad era predeciblemente baja.

Solución: Laffey aconsejó usar una fresa de cerámica e hizo un pequeño ajuste en la trayectoria de corte para que el material pudiera cortarse mejor. La pieza ahora se podría hacer en cuatro horas.

Resultado: La productividad despegó:el tiempo de mecanizado se redujo en un 80 por ciento de 20 horas a cuatro horas.

“A pesar de que el precio de la herramienta individual cuesta el doble, fue bastante difícil discutir con el tiempo que se ganó, y que la herramienta funcionó mejor con el material”, dice Laffey.

Desafío: Filo acumulado debido a control de viruta deficiente, muesca de profundidad de corte

Ejemplo del mundo real: Un importante fabricante de automatización y generación de energía tenía una máquina grande con un mandril de 36 pulgadas de diámetro para piezas de acero inoxidable muy grandes que tenían virutas enredadas alrededor del mandril, lo que provocaba mucho tiempo de inactividad y quemaba las herramientas. Cada vez que sucedía, había 20 minutos de trabajo improductivo por cada 30 minutos de tiempo de ciclo. Y el fabricante estaba subalimentando la herramienta de torneado intercambiable de carburo, lo que provocó que se acumulara el borde. También era un peligro para la seguridad, ya que los maquinistas se metían en la máquina y se cortaban. Estaban usando guantes de cuero, no guantes resistentes a cortes.

“Un buen lugar para buscar es en la chatarra reciclada del cliente para ver todos los problemas que puede estar experimentando una herramienta”, dice Allsup. “Utilizo una lupa de bucle D de 30x para ver exactamente lo que está pasando. En este caso, tenían mucha ventaja acumulada por ir demasiado lento. Era como si estuvieran tratando de cortar mantequilla congelada con un cuchillo de mantequilla. Entonces, el material se pegaba al revestimiento de la herramienta”.

Solución: Allsup recomendó cambiar los parámetros, ajustar la profundidad de corte y el metraje de la superficie, usar una geometría más nítida y aumentar la velocidad y las tasas de avance.

“Tenían la calidad adecuada, pero su profundidad de corte era inferior al nivel recomendado para ese tipo de rompevirutas”, dice Allsup.

Resultado: Los niveles de producción volvieron a la normalidad y el tiempo de inactividad se eliminó por completo.

“Los ahorros en costos fueron de $2500, pero el principal ahorro fue detener la máquina y sacar las virutas de la máquina cada 15 minutos”, dice Allsup. "Los cambios en el proceso permitieron al cliente ejecutar la pieza completa sin detener la máquina y eliminando el riesgo de seguridad".

Desafío: Astillado, Fractura

Ejemplo del mundo real :Un subcontratista aeroespacial estaba fresando una pieza de motor grande de 30 pulgadas de diámetro con 36 cavidades en una máquina CNC horizontal de 5 ejes. Esos bolsillos eran un material de aleación a base de níquel muy duro, Rene 41, que Laffey describe como "desagradable y casi se niega a ser mecanizado". Con la fresa de extremo que estaban usando, los maquinistas solo pudieron cortar cuatro bolsillos antes de que se destruyera, y tenían pocas formas de medir la condición de la fresa de extremo. El fabricante tenía que detener la máquina, restablecer una nueva herramienta y luego hacer un corte de prueba para asegurarse de que la nueva funcionaba, lo que requería mucho tiempo y era frustrante.

Solución: Laffey aconsejó usar una fresa de extremo de cabeza intercambiable que tenga una abrazadera de herramienta con un extremo roscado que se pueda atornillar y desatornillar fácilmente para facilitar el cambio y la configuración de la herramienta. El fabricante ahora podía hacer 10 bolsillos por carrera en lugar de los cuatro que había estado haciendo.

Resultado: El fabricante ganó 24 horas a la semana atrás. El ahorro de tiempo le reporta al cliente tres turnos de ocho horas.

“El precio por herramienta pasó de $25 a $75 para recuperar 24 horas”, dice Laffey. “Las matemáticas fueron obvias, al igual que el aumento de cavidades creadas en la pieza con la herramienta. Y no tuvieron que volver a calibrarlo, no se necesitó un corte de prueba ni se necesitaron nuevas mediciones:simplemente cambiando el mecanismo de sujeción, pudieron trabajar mejor con la pieza... No sabían que existía la tecnología de sujeción. ”

Desafío: Acabado deficiente de la pieza, vida útil deficiente de la herramienta

Ejemplo del mundo real: Una gran empresa aeroespacial que fabricaba piezas especiales con acero inoxidable 17-4 PH tenía material que se cortaba a aproximadamente 40 pulgadas por minuto en una celda de cuatro máquinas que trabajaban las 24 horas del día, los 7 días de la semana. El fabricante estaba realizando un mecanizado de alta velocidad con fresas de extremo esférico utilizando una máquina de 4 ejes que giraba sobre el eje A a gran volumen. Lo más importante era hacer la mayor cantidad posible de piezas, pero el acabado de la pieza era de mala calidad y la vida útil de la herramienta era débil.

Solución: Gavin aconsejó cambiar a molinos de alto avance y utilizar un enfoque de perfilado diferente. Trabajó con el fabricante para reprogramar la trayectoria de una forma completamente nueva.

"Dimos un giro de 180 grados diferente en este y pensamos fuera de la caja", dice Gavin. "Pudimos reducir drásticamente el 'tiempo de corte'".

Resultado: El tiempo del ciclo de corte se redujo de aproximadamente 18 minutos por pieza a 4,5 minutos. El corte de material pasó de 40 ipm a 300 por minuto. El costo por pieza se redujo casi un 300 por ciento.

El otro resultado:otra división en el campus de este fabricante se enteró de las mejoras y luego se implementó el mismo enfoque en otras ocho máquinas.

¿Sus máquinas cortan tan bien como le gustaría? ¿Cómo está lidiando su taller con los problemas de salida que ocurren en la máquina? Comparte tu experiencia.