Lecciones de mecanizado de alto rendimiento:no se olvide de los portaherramientas

Entre los materiales de metal duro, las altas velocidades y los avances, y el equilibrio de herramientas, los portaherramientas son mucho más importantes para el éxito en la creación de piezas en una máquina de alto rendimiento de lo que cree. Descubra por qué.

Su taller acaba de comprar un nuevo centro de mecanizado de alto rendimiento. Cuenta con algunas especificaciones impresionantes que incluyen un husillo de 20 000 rpm, una velocidad de desplazamiento rápido de 2400 ipm y velocidades de avance a la altura. Es mucho más rápido que cualquier otra cosa en el piso. Todos disfrutan del sonido entrecortado de las virutas contra la lámina de metal y el zumbido bajo del motor del eje en lo profundo de un corte.

Solo hay un problema:con estas nuevas y mejoradas velocidades de husillo más altas, el parloteo hace que todos busquen tapones para los oídos. La vida útil de la herramienta se está deteriorando. Al cortar las piezas aeroespaciales de titanio 17-4 PH y Triple 5 que el jefe comenzó a traer recientemente, la extracción de la herramienta ha sido un gran problema. ¿El resultado? Las pilas de piezas que se suponía que debían fabricarse todos los días a partir de la inversión en una HPMC simplemente no aparecen.

Para ser justos, es posible que también tenga estas quejas sobre los centros de mecanizado más antiguos y menos capaces. De hecho, podría haber sido uno de los controladores de una nueva máquina en primer lugar. Lamento decirle esto, pero lo más probable es que el problema sea que los portafresas de bloqueo lateral y los mandriles de boquilla estilo ER que ha estado usando durante décadas no son apropiados para la tecnología de mecanizado moderna.

“Tiene la máquina herramienta capaz de altas velocidades y avances, la herramienta de corte con las últimas geometrías y recubrimientos, y siendo el portaherramientas la interfaz entre los dos, ¿por qué tomar atajos?” dice Ronald West, gerente senior de productos globales de Kennametal. “Con las máquinas herramienta de hoy en día capaces de velocidades y avances más altos, la sujeción de herramientas se ha vuelto más importante que nunca para aprovechar las capacidades de las herramientas de corte de alto rendimiento”.

Algunos fabricantes invierten en la máquina y en la última tecnología de herramientas y corte, pero no es raro ver que muchas empresas utilizan un portaherramientas básico que no es adecuado para el trabajo. Sin embargo, es uno de los elementos más importantes en los entornos de alto rendimiento actuales, especialmente en aplicaciones aeroespaciales en las que se trabaja con materiales avanzados, explica West.

“Los portaherramientas de bloqueo lateral siguen siendo prominentes en la industria, pero realmente están perjudicando la inversión en herramientas de corte de carburo que las empresas están comprando ahora”, dice West. “El portaherramientas debe coincidir con el tipo de máquina de alto rendimiento que se utiliza actualmente”.

Detenga el movimiento de la herramienta, evite desperdicios adicionales, salve la vida útil de su herramienta

Considere la extracción de herramientas. El mecanizado de titanio y otras superaleaciones resistentes al calor genera altas fuerzas de corte no solo en la dirección axial y radial, sino también en la dirección axial, lo que puede resultar en la extracción de la herramienta. Es aún más importante utilizar el tipo correcto de portaherramientas para evitar el fallo de la herramienta y el desecho de piezas. Puede que no sea mucho, tal vez solo unas pocas milésimas de pulgada a la vez, pero es muy probable que sea suficiente para desechar algunas piezas muy caras. Esmerile todas las ranuras y superficies planas que desee en el mango de la herramienta, aún así se moverá, muy probablemente cuando menos lo espere.

La mejor solución es un portaherramientas diseñado específicamente para eliminar la extracción. Muchos proveedores obtienen licencias de la tecnología Safe-Lock patentada de Haimer. Todos vencerán a los pantalones de un soporte de bloqueo lateral tradicional mientras mejoran las características de descentramiento. Aquí hay una pequeña muestra de algunas de las soluciones disponibles:

• El portafresas hidráulicas CoroChuck 930 de Sandvik Coromant utiliza un mecanismo de dos puntos estilo "punto de apoyo" para evitar el movimiento.
• El mandril hidráulico HydroForce™ de Kennametal para fresado pesado ofrece un descentramiento y una precisión excepcionales, y un manguito SAFE-LOCK opcional ayuda a evitar la extracción en materiales difíciles de mecanizar (como los que se utilizan en las industrias aeroespacial y energética).
• La Mega Perfect de Big Kaiser acepta fresas de extremo plano Weldon, pero se dice que elimina el deslizamiento y la extracción.

¿Quiere aprovechar al máximo sus esfuerzos de metalurgia? Lea "Cómo maximizar la productividad de la máquina con portaherramientas".

Controlar los armónicos, la vibración y el eje

Está haciendo girar las herramientas más rápido que nunca, y el descentramiento con el que ha estado viviendo durante años vencerá rápidamente incluso a la mejor fresa. Como si la vida útil deficiente de la herramienta no fuera suficientemente mala, las rpm más altas generan los armónicos que conducen a vibraciones, posiblemente seguidas por daños en el husillo debido a una situación desequilibrada.

Tiene varias opciones para administrar estas velocidades más altas, vibraciones de alimentación y problemas de armónicos, que incluyen:portaherramientas de ajuste por contracción, mandriles hidráulicos y platos de fresado mecánico . Debe probar cada uno por sí mismo, documentar los resultados y tomar su decisión en función del rendimiento de sus máquinas, no del precio.

Sujeción de herramientas de ajuste por contracción

Necesitará una máquina de contracción y pasará uno o dos minutos adicionales calentando y enfriando el portaherramientas con cada cambio de herramienta, pero muchos talleres confían en la extrema precisión y el equilibrio inherente de la sujeción de herramientas de ajuste por contracción. Haimer dice que son menos de 40 segundos en total.

Portaherramientas y mandriles hidráulicos

Los mandriles hidráulicos son precisos, fáciles de usar y ofrecen sólidas capacidades de sujeción de herramientas. HydroForce™ de Kennametal se utiliza para fresado pesado, por ejemplo, que reclama tres veces la fuerza de sujeción de los sistemas de mandril hidráulico convencionales y no necesita más que una llave Allen para funcionar. Los mandriles HydroForce tienen una capacidad de amortiguación que mejora la vida útil de la herramienta, especialmente al mecanizar titanio y otras aleaciones de alta temperatura.

Mandriles de fresado mecánico

Schunk, Iscar, Guhring y otros comercializan mandriles de fresado mecánico con una velocidad nominal de 20 000 rpm y un descentramiento de 0,0002 pulgadas o mejor (al igual que Sandvik Coromant, Big Kaiser y otros). Nuevamente, la operación es simple, con rigidez y fuerzas de sujeción mucho más altas que las del Weldon flat de 100 años.

Hablando de portaherramientas heredados, es de esperar que su nueva máquina viniera con un husillo HSK, Capto, KM4X o similar. Las bridas CAT y BT están perfectamente bien para trabajos menos exigentes, pero atravesar materiales HRSA o revestir una cavidad de matriz a altas velocidades de husillo requiere una interfaz de husillo moderna.

Con estas tarifas de máquina, necesita equilibrio de herramientas

La mayoría de los expertos en herramientas dicen que los conjuntos de portaherramientas equilibrados son imprescindibles para velocidades de husillo de 20 000 rpm o más, mientras que otros sugieren que la barra es más baja.

“Cuando trabaja con máquinas herramienta a esa velocidad, por lo general a más de 12 000 rpm, se recomienda equilibrar siempre el sistema completo (es decir, el portaherramientas con la herramienta de corte)”, dice West. “Simplemente aumenta la vida útil de la herramienta y reduce el desgaste del husillo... Es un poco más difícil mantener el equilibrio con un mandril de boquilla o un adaptador de fresa de extremo debido a su diseño y al hardware requerido, pero normalmente los mandriles hidráulicos y los adaptadores de ajuste por contracción son mucho más fáciles de equilibrar con precisión para aplicaciones de alta velocidad.”

A 6000 rpm, no notará tanto el desequilibrio, señala West, pero con velocidades más altas, el equilibrio de la herramienta es crucial, y algo que puede malinterpretarse cuando se habla de portaherramientas.

Para ayudar, se requiere una máquina equilibradora especial, así como un esfuerzo adicional durante el proceso de preajuste de la herramienta. Asegúrese de que está preestableciendo. Los portaherramientas preequilibrados no serán suficientes, ya que todo el conjunto, incluida la herramienta de corte y la perilla de retención (para aquellas con máquinas CAT y BT), debe estar equilibrado como una sola pieza. Seguir estas recomendaciones e incluir el mantenimiento de rutina para prolongar la vida útil de la herramienta reduce el tiempo de inactividad y lo ayuda a fabricar mejores piezas.

“Puede mostrar mejoras en el rendimiento de la pieza de trabajo con los portaherramientas adecuados”, dice West. "Es algo que es fácil pasar por alto, pero marca una gran diferencia".

¿Ha notado la diferencia que puede marcar un portaherramientas en un centro de mecanizado de alto rendimiento? Comparte tu experiencia.