Reduzca el tiempo de producción con HPC y HSM:una solución de corte completa

Resumen:

• El corte de alto rendimiento (HPC) maximiza las tasas de eliminación de metal para reducir los tiempos de ciclo, mientras que el mecanizado de alta velocidad (HSM) se basa en cortes rápidos a altas velocidades. Ambos requieren herramientas, controles y máquinas lo suficientemente estables para soportar su uso.
• HPC requiere máquinas que puedan evacuar virutas rápidamente, normalmente centros de mecanizado horizontales, máquinas de cinco ejes o máquinas invertidas. Los controles adaptativos y las simulaciones también ayudan a los usuarios a evitar picos de fuerza u otros problemas que podrían dañar la herramienta de corte, el husillo o la pieza. Los talleres también deben utilizar geometrías de herramientas de corte modernas diseñadas para brindar estabilidad y maximizar la vida útil y el rendimiento de la herramienta.
• HSM se beneficia de las altas velocidades del husillo, pero realmente requiere una alta aceleración del husillo. La mayoría de los paquetes CAM modernos incluyen funciones que permiten a los usuarios aplicar rápidamente técnicas HSM a las funciones de las piezas. Las herramientas de corte para estas técnicas avanzadas deben utilizar recubrimientos modernos para resistir mejor el calor que generan estas trayectorias de herramientas.

Es posible que el corte de alto rendimiento (HPC) y el mecanizado de alta velocidad (HSM) no tengan estándares formales, pero en la práctica, estos tipos de herramientas y trayectorias de herramientas logran mejoras significativas en los tiempos de ciclo y la rentabilidad. Los métodos abordan diferentes variables:HPC se refiere a herramientas y trayectorias de herramientas que utilizan cortes pesados y agresivos para aumentar la tasa de eliminación de material, mientras que HSM se refiere a herramientas y trayectorias de herramientas que realizan movimientos rápidos y ligeros para mantener tasas de avance promedio altas y reducir el tiempo sin corte.

Sandvik Coromant fabrica herramientas para ambos extremos de esta dicotomía de alto rendimiento, y Chris Monroe, especialista en soluciones de producción en masa de Sandvik, tiene experiencia en cómo los talleres pueden utilizar estas herramientas para obtener el mayor efecto. En última instancia, todo se reduce a utilizar el control y el sistema CAM adecuados; aprovechar al máximo revestimientos y geometrías modernas; y máquinas recolectoras con la rigidez, la velocidad del husillo y la separación de virutas adecuadas para su aplicación.

Contenido destacado

Aunque generalmente las herramientas HSM dejan un acabado superficial más suave que las herramientas HPC enfocadas en desbaste, Monroe dice que no es una división estricta. Herramientas como las fresas Plura HD de Sandvik califican como herramientas HPC según el sistema de clasificación del OEM, pero aún así dejan un acabado superficial respetable. Imágenes cortesía de Sandvik Coromant.

HPC frente a HSM

El mayor beneficio de las trayectorias de herramientas HPC, afirma Monroe, es que fomentan el compromiso continuo con la pieza. Si bien esto requiere mucha mejor rigidez y fijación en la máquina, especialmente porque los programadores realizan cortes más pesados que ejercen más torsión en la configuración, puede aumentar drásticamente las tasas de eliminación de metal.

Las trayectorias de herramientas HSM, afirma, muestran sus puntos fuertes a través de una calidad de movimiento mejorada y un espesor de viruta constante. Mantienen un compromiso radial pequeño mientras la cortadora se mueve continuamente, lo que reduce las fuerzas de corte y mejora la consistencia de la vida útil de la herramienta. Con esta vida útil de la herramienta, Monroe dice que las trayectorias de la herramienta HSM son muy adecuadas para el mecanizado sin luces. Estas trayectorias de herramientas escalan bien con RPM más altas, pero principalmente requieren suficiente aceleración de la máquina y soporte para una anticipación significativa en el control.

CAM y control

Monroe dice que el CNC es un requisito previo para las trayectorias de herramientas HPC y HSM modernas, ya que la operación manual no puede aprovechar las características de las herramientas HPC y HSM. Es necesario un control con una gran visión hacia delante para seguir los movimientos rápidos del HSM y controlar la aceleración de modo que los movimientos sean suaves y sin escalones ni sacudidas. Mientras tanto, los controles adaptativos son una buena opción para las trayectorias de herramientas HPC, ya que permiten ajustes de velocidad y avance en tiempo real para evitar problemas con fuerza repentina o picos de calor.

El CNC también permite el uso de CAM y software de simulación, que mitigan muchas de las dificultades con la configuración de trayectorias de herramientas avanzadas. Monroe señala que los ciclos fijos en el software CAM pueden agilizar la programación de funciones difíciles, como esquinas cerradas, que requieren una gestión cuidadosa de la velocidad para evitar que la herramienta golpee la pieza. También dice que el software CAM puede permitir trayectorias de herramientas adaptables en piezas forjadas o fundidas, ajustándose ligeramente cuando las piezas de trabajo para el mismo trabajo tienen fluctuaciones dimensionales menores antes del mecanizado. Las funciones de simulación ayudan a los talleres a controlar las virutas y monitorear la carga, asegurando que puedan acercarse a los límites superiores de la productividad de sus herramientas sin obstruir la zona de trabajo ni dañar el husillo.

Monroe no recomienda un CAM ni una marca de control sobre otra, solo que los talleres utilicen versiones actualizadas como parte de su flujo de trabajo de HPC o HSM. Incluso cuando diferentes tipos de software contienen diferentes características, todos reducen la cantidad de tiempo que un taller estará cortando aire. Al mantener constante el uso de torque y energía, reducen la inestabilidad térmica, mejoran la vida útil de la herramienta y, en última instancia, aumentan la productividad.

El monitoreo de la carga es vital cuando se trabaja con trayectorias de herramientas HPC, ya que pueden ocurrir picos de fuerza al empujar las herramientas con demasiada fuerza.

Geometría de herramienta eficiente

Los avances en la geometría de las herramientas de corte han permitido herramientas más resistentes para las operaciones de HPC, y Monroe pudo señalar varios ejemplos en la línea de Sandvik. La empresa ha creado herramientas con núcleos cónicos, que incluyen una forma cónica hacia la base de la herramienta. Monroe dice que estos conos mejoran la rigidez y reducen las vibraciones, extienden la vida útil de la herramienta y resultan útiles para el fresado lateral de alto avance y el mecanizado de cavidades profundas. El OEM de herramientas también ha comenzado a lanzar herramientas con hélices desiguales, tanto simétricas como asimétricas. Este último limita la resonancia en el corte mediante el uso de hélices con diferentes ángulos de paso, mientras que el primero simplemente empareja sus hélices para que ninguna hélice adyacente utilice el mismo ángulo de paso. En ambos casos, los talleres experimentan una mejor estabilidad de las herramientas, lo que les permite ejecutar avances y velocidades más agresivas para completar los trabajos más rápido.

Monroe compartió un ejemplo de un cliente que comparó sus herramientas estándar para desbastar y terminar la superficie de una caja de rodamientos de acero 1030 con las herramientas WhisperKut de hélice desigual de Sandvik. Con la herramienta más antigua, el taller podía mecanizar cuatro piezas con un avance de mesa de 214 mm/min. Con la herramienta más nueva de Sandvik, el taller podría producir 40 piezas con una sola herramienta a una velocidad de mesa de 835 mm/min. Más allá de este aumento significativo en la vida útil de la herramienta, las herramientas de Sandvik también eliminaron un paso adicional de acabado de superficie de posprocesamiento manual para corregir puntos fuera de las tolerancias.

Recubrimientos resistentes al calor

Mientras tanto, las herramientas HSM se han beneficiado de los avances en la tecnología de recubrimiento que pueden resistir el mayor calor en el corte a medida que aumenta la velocidad de la herramienta. En el caso de Sandvik, estas mejoras no se centran tanto en nuevas formulaciones de recubrimientos sino en nuevas formas de aplicar y aplicar capas de recubrimientos probados para un mejor rendimiento. Monroe dice que el OEM desarrolló recientemente varios procesos de recubrimiento PVD que ayudan a que los recubrimientos se adhieran a sus sustratos y generen estructuras cristalinas en los recubrimientos para resistir mejor el desgaste y la descamación.

Para un cliente, el recubrimiento de una herramienta Sandvik DURA era lo suficientemente resistente al calor como para que el taller pudiera usarlo en un trabajo de acero inoxidable 304 a una velocidad de mesa de 43,45 ipm en comparación con las 25,12 ipm de un competidor. Incluso con un avance por diente ligeramente menor, la herramienta Sandvik produjo 50 piezas de trabajo en 7,4 horas antes de necesitar reemplazo, mientras que la herramienta de la competencia produjo 20 piezas en 5,1 horas antes de necesitar reemplazo. Sandvik calculó un aumento de productividad del 73 % para el cliente con una reducción del tiempo de ciclo del 42 % y una reducción de costos del 48 %.

Una de las mayores ventajas de las herramientas avanzadas es el compromiso constante y controlado, dice Monroe. Al permanecer en el corte, los talleres dedican más tiempo a fabricar chips, lo que reduce los tiempos de ciclo y aumenta el rendimiento.

Las herramientas avanzadas requieren máquinas herramienta avanzadas

Monroe dice que las máquinas verticales y horizontales de tres y cuatro ejes son buenas opciones para las trayectorias de herramientas HSM, pero advierte que HPC funciona mejor con máquinas horizontales debido a las necesidades de evacuación de virutas. Incluso entonces, recomienda asegurarse de que la máquina tenga sistemas de aire y refrigerante de alta presión listos para ayudar con las virutas. Las máquinas de cinco ejes generalmente son compatibles con las trayectorias de herramientas HPC y HSM, aunque Monroe dice que se debe prestar atención a la tasa de aceleración del eje giratorio, ya que esto puede ser un factor limitante si los talleres no pueden reorientar la pieza lo suficientemente rápido para mantener el ritmo de avance. La gravedad también ayuda en la evacuación de virutas en máquinas de cinco ejes, lo que ayuda a los talleres a ejecutar velocidades de alimentación más agresivas a medida que las virutas se pueden liberar de los bolsillos. Este mismo principio se aplica a las fresadoras y tornos invertidos, que según Monroe suelen tener la estabilidad para manejar trayectorias de herramientas tanto HPC como HSM.

Los debuts de máquinas con husillos de altas RPM (40.000 RPM) y construcciones suficientemente estables para utilizar todas las ranuras de las herramientas bajo carga sostenida sin vibración hacen que las trayectorias de las herramientas HPC y HSM sean más viables, dice Monroe, con una vida útil mejorada de la herramienta incluso a velocidades y avances agresivos. Muchas máquinas modernas ofrecen velocidades de husillo entre un 20% y un 40% más altas que las comúnmente disponibles hace cinco años, dice Monroe, con tasas de eliminación de material entre un 100% y un 300% más altas. Junto con recubrimientos y geometrías de herramientas modernas, permiten el uso de trayectorias de herramientas que muestran mejoras espectaculares en los tiempos de ciclo y al mismo tiempo extienden el tiempo entre cambios de herramientas.