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 remoción de metal para reducir 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, usualmente centros de mecanizado horizontales, máquinas de cinco ejes o máquinas invertidas. Controles adaptativos y simulaciones también ayudan a los usuarios a evitar picos de fuerza u otros problemas que podrían dañar la herramienta de corte, husillo o pieza. Los talleres también deben usar geometrías de herramientas de corte modernas construidas para estabilidad para maximizar la vida y rendimiento de la herramienta.
• HSM se beneficia de altas velocidades de husillo, pero realmente requiere alta aceleración de husillo. La mayoría de los paquetes CAM modernos incluyen funciones que permiten a los usuarios aplicar rápidamente técnicas HSM a características de piezas. Las herramientas de corte para estas técnicas avanzadas deben usar recubrimientos modernos para resistir mejor el calor que generan estas trayectorias.

El corte de alto rendimiento (HPC) y el mecanizado de alta velocidad (HSM) pueden no tener estándares formales, pero en la práctica, estos tipos de herramientas y trayectorias hacen mejoras significativas en tiempos de ciclo y rentabilidad. Los métodos abordan diferentes variables, con HPC refiriéndose a herramientas y trayectorias que usan cortes pesados y agresivos para aumentar la tasa de remoción de material, mientras que HSM se refiere a herramientas y trayectorias que toman movimientos rápidos y ligeros para mantener tasas de avance promedio altas y reducir tiempo sin corte.

Sandvik Coromant fabrica herramientas para ambos extremos de esta dicotomía de alto rendimiento, y el Especialista en Soluciones de Producción en Masa de Sandvik, Chris Monroe, tiene experiencia en cómo los talleres pueden usar estas herramientas para su mayor efecto. En última instancia, se reduce a usar el control y sistema CAM correctos; hacer pleno uso de recubrimientos y geometrías modernas; y elegir máquinas con la rigidez, velocidad de husillo y evacuación de virutas adecuadas para su aplicación.

Contenido Destacado

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

HPC vs. HSM

El mayor beneficio de las trayectorias de herramientas HPC, dice Monroe, es que fomentan el compromiso continuo con la pieza. Si bien esto requiere rigidez y sujeción mucho mejores en la máquina, especialmente cuando los programadores toman cortes más pesados que ejercen más torque en la configuración, puede aumentar dramáticamente las tasas de remoción de metal.

Las trayectorias de herramientas HSM, dice, muestran sus fortalezas a través de calidad de movimiento mejorada y espesor de viruta constante. Mantienen el compromiso radial pequeño mientras el cortador se mueve continuamente, reduciendo fuerzas de corte y mejorando la consistencia de la vida de la herramienta. Con esta vida de herramienta, Monroe dice que las trayectorias HSM son adecuadas para mecanizado sin luces. Estas trayectorias escalan bien con RPMs más altos, pero principalmente requieren aceleración de máquina suficiente y soporte para un look-ahead significativo en el control.

CAM y Control

Monroe dice que CNC es un prerrequisito para trayectorias modernas HPC y HSM, ya que la operación manual no puede aprovechar las características del tooling HPC y HSM. Un control con un look-ahead grande es necesario para rastrear los movimientos rápidos de HSM y controlar la aceleración para que los movimientos sean suaves y libres de escalones o tirones. Los controles adaptativos, mientras tanto, encajan bien para trayectorias HPC, ya que permiten ajustes de velocidad y avance en tiempo real para prevenir problemas con picos repentinos de fuerza o calor.

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

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

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

Geometría de Herramienta Eficiente

Los avances en geometría de herramientas de corte han permitido tooling más resistente para operaciones HPC, con Monroe capaz de señalar varios ejemplos en la línea de Sandvik. La empresa ha creado tooling con núcleos cónicos, que incluyen una conicidad hacia la base de la herramienta. Monroe dice que estas conicidades mejoran la rigidez y reducen vibraciones, extendiendo la vida de la herramienta y probando útil para fresado lateral de alto avance y mecanizado de bolsillos profundos. El OEM de tooling también ha comenzado a lanzar tooling con hélices desiguales, tanto simétricas como asimétricas. Las últimas limitan la resonancia en el corte al usar hélices de diferentes ángulos de paso, mientras que las primeras simplemente emparejan sus hélices para que ninguna hélice adyacente use el mismo ángulo de paso. En ambos casos, los talleres experimentan mejor estabilidad de herramienta, lo que luego les permite correr avances y velocidades más agresivos para completar trabajos más rápido.

Monroe compartió un ejemplo de un cliente comparando su tooling estándar para desbaste y acabado de la superficie de una caja de cojinete de acero 1030 contra el tooling 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 podía producir 40 piezas con una herramienta a una velocidad de mesa de 835 mm/min. Más allá de este aumento significativo en la vida de la herramienta, el tooling de Sandvik también eliminó un paso adicional de post-procesamiento manual de acabado superficial para corregir puntos fuera de tolerancias.

Recubrimientos Resistentes al Calor

El tooling HSM, mientras tanto, se ha beneficiado de avances en tecnología de recubrimiento que pueden resistir el calor más alto en el corte a medida que aumenta la velocidad de la herramienta. En el caso de Sandvik, estas mejoras no se enfocan tanto en nuevas formulaciones de recubrimiento como en nuevas formas de aplicar y capar recubrimientos probados para 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 descamación.

Para un cliente, el recubrimiento en una herramienta Sandvik DURA fue lo suficientemente resistente al calor que el taller pudo usarla en un trabajo de acero inoxidable 304 a una velocidad de mesa de 43.45 ipm comparado con 25.12 ipm de un competidor. Incluso con un avance por diente ligeramente menor, la herramienta Sandvik produjo 50 piezas en 7.4 horas antes de necesitar reemplazo, mientras que la herramienta del competidor 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 42% en tiempo de ciclo y una reducción del 48% en costos.

Una de las mayores ventajas del tooling avanzado es el compromiso controlado y constante, dice Monroe. Al mantenerse en el corte, los talleres pasan más tiempo haciendo virutas, llevando a menores tiempos de ciclo y mayor rendimiento.

El Tooling Avanzado Requiere Máquinas Herramienta Avanzadas

Monroe dice que tanto máquinas verticales como horizontales de tres y cuatro ejes son buenos ajustes para trayectorias HSM, pero advierte que HPC funciona mejor con máquinas horizontales debido a necesidades de evacuación de virutas. Incluso entonces, recomienda asegurar que la máquina tenga sistemas de refrigerante y aire de alta presión listos para ayudar con virutas. Las máquinas de cinco ejes son generalmente compatibles con ambas trayectorias HPC y HSM, aunque Monroe dice prestar atención a la tasa de aceleración del eje rotativo, ya que esto puede ser un factor limitante si los talleres no pueden reorientar la pieza lo suficientemente rápido para mantener el ritmo con la tasa de avance. La gravedad también asiste en la evacuación de virutas en máquinas de cinco ejes, ayudando a los talleres a correr tasas de avance más agresivas ya que las virutas pueden liberarse de los bolsillos. Este mismo principio se aplica a fresadoras y tornos invertidos, que Monroe dice típicamente tienen la estabilidad para manejar ambas trayectorias HPC y HSM.

Los debuts de máquinas con husillos de alto RPM (40,000 RPM) y construcciones lo suficientemente estables para usar las flautas completas de herramientas bajo carga sostenida sin vibración hacen que las trayectorias HPC y HSM sean más viables, dice Monroe, con vida de herramienta mejorada incluso a velocidades y avances agresivos. Muchas máquinas modernas ofrecen velocidades de husillo 20-40% más altas que las comúnmente disponibles hace cinco años, dice Monroe, con tasas de remoción de material 100-300% más altas. Junto con geometrías y recubrimientos de tooling modernos, estos permiten el uso de trayectorias que muestran mejoras dramáticas en tiempos de ciclo mientras extienden el tiempo entre cambios de herramienta.