Mejore la vida de herramienta y productividad con balanceo experto de herramientas

La excentricidad de herramienta de corte y desbalance de portaherramientas hacen el mecanizado desafiante. Aquí está lo que necesita saber sobre técnicas de balanceo de herramientas y cómo hacer este procedimiento correctamente puede minimizar vibraciones, mejorando acabados superficiales y vida de herramienta por igual.

El balanceo de herramientas es obligatorio para mecanizado de alta velocidad, donde las velocidades de husillo alcanzan 20,000 rpm o más. Pero muchos expertos le dirán que la necesidad de balanceo comienza en apenas 6,000 rpm y que saltar este paso crítico reduce tanto la vida de la herramienta como la productividad.

Brendt Holden, presidente de Haimer Inc., es uno de esos. Le gusta contar una historia de hace 15 años sobre un taller de máquinas en Wisconsin luchando con una operación de mandrinado. Después de instalar uno de los balanceadores de herramientas de Haimer, el taller de máquinas pudo aumentar significativamente el rendimiento en ese trabajo, junto con muchos otros.

"Ese taller en particular no tenía una sola máquina más rápida que 6,000 rpm", recuerda Holden. "Fue un testimonio maravilloso de la importancia del balanceo de herramientas, independientemente de la velocidad del husillo".

No estaban solos. Un importante fabricante de motores de EE. UU. ahorró $250,000 anuales en tiempo de inactividad no planificado después de implementar una solución de balanceo de herramientas. K&G Manufacturing en Minneapolis descubrió que los ensamblajes de portaherramientas preajustados fuera de línea cortaban a la medida la primera vez cuando estaban balanceados. Incluso la industria del rectificado conoce el valor del balanceo, como puede atestiguar el fabricante de herramientas de corte OSG: después de balancear paquetes de ruedas, la empresa encontró que la producción aumentó en 20 por ciento, la vida del husillo subió 30 por ciento y el consumo de energía disminuyó 18 por ciento.

Si estas anécdotas no convencen a los escépticos, aquí hay un ejemplo más científico, uno que ayuda a explicar la efectividad del balanceo de herramientas.

Ingenieros de Haimer montaron fresas de extremo en dos portaherramientas, uno balanceado, el otro no. Ambos fueron verificados en una de las unidades de preajuste de herramientas de la empresa y tenían menos de 2 micras de excentricidad. Luego giraron cada ensamblaje de portaherramientas a 18,000 rpm mientras lo analizaban con un acelerómetro. ¿Los resultados? Donde el ensamblaje balanceado mantuvo el mismo nivel casi cero de excentricidad, el desbalanceado aumentó a 11 micras (0.0004") —un aumento de cinco veces.

Si la excentricidad que mata la vida de la herramienta no es suficiente para convencerlo, intente esto: Pregúntele a cualquier reconstruidor de husillo de máquina herramienta la causa principal de falla prematura. La mayoría sugerirá que es ya sea a) choques, o b) desbalance de portaherramientas. Para muchos centros de mecanizado, especialmente aquellos con husillos de alta velocidad, un reemplazo puede fácilmente costar más que una unidad de balanceo de herramientas, y eso sin contar el tiempo de inactividad de la máquina y los retrasos de producción resultantes.

Podría estar pensando: "Lo entiendo. Por eso compramos portaherramientas balanceados". Y aunque Holden y otros le dirán que este es un buen comienzo, es el equivalente a comprar neumáticos de alta calidad para su auto, aún necesitan ser balanceados, y como con herramientas de corte y portaherramientas, debe hacerse como un ensamblaje completo.

Corrigiendo portaherramientas

Algo irónicamente, el proceso no es tan diferente. Así como un mecánico de autos agregará pequeños pesos a un lado de la rueda para compensar el desbalance, un encargado de cribado de herramientas podría agregar tornillos de metal pesado o anillos de forma extraña al portaherramientas, ajustando cuidadosamente cada uno hasta que la condición fuera de balance se haya cancelado. También es posible taladrar o fresar el portaherramientas mismo, removiendo pequeñas cantidades de metal hasta que se haya logrado el balance, aunque este es obviamente un enfoque más costoso (y permanente).

Neumáticos y portaherramientas también sufren de los mismos tipos de desbalance, a saber, estático y dinámico. Quite una tuerca de rueda de su F-150 y creará desbalance estático, que puede pensarse simplemente como demasiado peso en un lado. Golpee una roca con la hélice de su bote de pesca y probablemente esté enfrentando desbalance dinámico, o desbalance en dos planos rotacionales. Es esta última condición la más común en centros de mecanizado CNC, especialmente con herramientas y portaherramientas más largos.

Irónicamente, los portaherramientas estilo CAT, un favorito de fabricantes de máquinas herramienta aquí en EE. UU., son inherentemente desbalanceados debido a las ranuras no simétricas de la brida. Lo mismo los portaherramientas estilo Weldon con su tornillo de ajuste en un lado. Incluso el tooling HSK, especialmente la forma A más común, sufre de algún nivel de desbalance, aunque no está cerca del de los portaherramientas de cono empinado. Los fabricantes de tooling intentan compensar estas condiciones desafortunadas, pero adjunte una perilla de retención a un extremo del portaherramientas, un taladro o fresa de extremo en el otro, y todas las apuestas están fuera. De ahí el consejo de siempre balancear portaherramientas como un ensamblaje completo.

Las pruebas del balanceo de herramientas están en el pudín

Este desbalance es cuantificable. Se le conoce como valor G, y la mayoría de expertos de la industria sugieren que las herramientas deben balancearse a 2.5 G o mejor (significando un valor menor que 2.5). Para los inclinados matemáticamente, el sitio web de Haimer ofrece fórmulas que marean sobre la ciencia del balanceo de herramientas aquí, junto con razones adicionales por las que es importante para cualquiera interesado en mejorar sus operaciones de fresado, taladrado y mandrinado.

¿Qué hacer al respecto? La respuesta debería ser obvia ahora: Invierta en una máquina de balanceo de herramientas, tal como otro de los clientes de Brendt Holden hizo hace varios años cuando compró su primer centro de mecanizado de 20,000 rpm. Los resultados fueron tan buenos que comenzó a balancear todo en el taller, incluso para sus máquinas más antiguas limitadas a 8,000 rpm.

"La vida de herramienta mejorada y acabado superficial fueron una nota al pie", dice Holden. "Lo que notó más fueron las tasas de remoción de metal mejoradas. Donde antes podría haber cortado una pieza a 3,000 rpm, encontró que usualmente podía duplicar eso balanceando, con un aumento correspondiente en la velocidad de avance. Estaba emocionado".

Yendo más allá del balanceo de herramientas

Matt Brothers, gerente del Centro Tecnológico Industria 4.0 en Zoller Inc., puede compartir historias de éxito similares de clientes que han implementado una de las soluciones de balanceo de herramientas de la empresa. Sin embargo, es rápido en señalar que una máquina de balanceo es solo una pieza de una estrategia de cribado de herramientas mucho más grande. Igualmente importante es la necesidad de preajustar herramientas fuera de línea, eliminando la posibilidad de error del operador al tactar en la máquina herramienta y aumentando enormemente la disponibilidad de la máquina.

Debido a las capacidades avanzadas de imagen óptica de la mayoría de preajustadores, también permiten a los encargados de cribado inspeccionar herramientas a fondo antes del uso, y medir la excentricidad tan importante mencionada antes. Y para esos talleres usando tooling de encogimiento por calor, Zoller (y Haimer) ofrecen máquinas combinadas capaces de hacer ambas en una sola operación.

Brothers sugiere que, cuando se implementa con una solución de gestión de herramientas (TMS), los preajustadores de herramientas fuera de línea proporcionan visibilidad de cuna a tumba del uso de herramientas, mientras también mejoran todo el flujo de proceso de programación y configuración.

"El TMS de Zoller puede comunicarse directamente con la máquina herramienta", dice. "Puede interactuar con el sistema CAM de la planta, su software de simulación, o su sistema de monitoreo de vida de herramienta. Hay muchas ventajas para almacenar información de herramienta de corte y portaherramientas dentro de una sola base de datos, incluyendo precisión de datos mejorada, inventarios de herramientas reducidos, menos tiempo de inactividad, y flujos de proceso más eficientes. Es por eso que sentimos que TMS debería ser una parte integral de cualquier taller enfocado en Industria 4.0".

Para talleres interesados en cualquiera de estas tecnologías que mejoran la productividad, ahora es el momento de investigar. La Deducción de Equipo Sección 179 termina en diciembre. Contacte a MSC, o a cualquiera de las empresas listadas en este artículo, para averiguar más.

¿Está cosechando los beneficios del balanceo de herramientas?

El balanceo de herramientas a menudo se piensa que es necesario solo para mecanizado de alta velocidad, pero muchos talleres pueden beneficiarse de él.

Los expertos le dirán que la necesidad de balanceo comienza en apenas 6,000 rpm y que saltar este paso crítico reduce tanto la vida de la herramienta como la productividad.

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