Elimine el vibrado: Estrategias probadas para optimizar configuraciones de máquina para una producción más rápida y limpia

¿El vibrado está frenando la productividad de su taller? Hablamos con expertos sobre un nuevo enfoque para minimizar vibraciones en la fabricación de piezas mecanizadas, lo que significa que puede llevar más piezas al mercado a un ritmo más rápido y con menos desperdicio.

La vibración excesiva de mecanizado, también llamada vibrado, es el enemigo de todas las operaciones de metalmecánica eficientes.

El temblor no deseado, que corresponde al movimiento relativo entre la pieza y la herramienta de corte, provoca un desgaste indebido en sus herramientas y máquinas, y aumenta la probabilidad de que un proceso de mecanizado produzca una pieza que no cumpla con las especificaciones correctas, dice Tony Schmitz, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y biomédica en la Universidad de Tennessee, Knoxville.

Durante los últimos dos años, Schmitz y su colega Dave Barton, un veterano de la industria manufacturera, han trabajado con un equipo de ingenieros en el Laboratorio Nacional Oak Ridge para introducir una herramienta que ayuda a los talleres a optimizar mejor la vibración de la máquina.

"En el fresado, tienes un cortador giratorio que elimina la viruta", explica Schmitz, quien también es profesor conjunto en ORNL. La fuerza de corte crece y disminuye con cada enganche de diente, añade. "Piénselo como un latido: el diente entra y sale de contacto. Es esa fuerza subiendo y bajando la que causa vibración."

Encontrar una forma inteligente de reducir el vibrado y mantener un "latido" de mecanizado rítmico no se trata solo de control de velocidad, sino también de optimizar una máquina entendiendo la vibración que ocurre en la punta de la herramienta relativa al material trabajado y la configuración específica en cada máquina, explica Barton.

El desafío proviene del hecho de que cada configuración máquina-herramienta tiene su propio conjunto de frecuencias de vibración únicas. Eso hace que probar cada configuración porta-herramienta-husillo-máquina para un producto sea crítico, y a menudo es un trabajo que consume mucho tiempo para los talleres. Sin embargo, esta información es necesaria para encontrar los parámetros de mecanizado óptimos sin costosos ensayos y errores.

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Cómo los talleres suelen minimizar el vibrado

Para la mayoría de los mecanizadores y talleres, gestionar el vibrado es un proceso de prueba y error; es, más o menos, solo conjetura, dice Barton.

Es bastante común que los mecanizadores confíen en los ajustes recomendados por los fabricantes de herramientas para reducir el vibrado, o en densas tablas de velocidades y avances, dice Schmitz. Luego, los mecanizadores ajustan los parámetros según sea necesario, añade: "El desafío es que estas velocidades y avances encontrados en un libro o en línea no tienen en cuenta la dinámica de su máquina y configuración."

Típicamente, los fabricantes de máquinas y herramientas publican parámetros a velocidades alta, media y baja para la velocidad de corte y el avance, dice Jamie Goettler, director de Innovación en Metalmecánica en MSC.

Basándose en esa información, la mayoría de los mecanizadores "van directo al medio", dice Goettler. "Si hay problemas o vibrado, reducen hasta encontrar una velocidad de operación estable."

Usando este enfoque, los talleres generalmente realizan una prueba para cada nuevo material o pieza, añade. Un mecanizador comienza ejecutando la herramienta a la velocidad, avance y profundidades de corte recomendadas por el fabricante, y luego tiene que ajustar intuitivamente cada uno de estos parámetros en múltiples pasadas de prueba.

Así funciona MSC MillMax:

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No es raro que un taller gaste la mayor parte de un turno entero intentando optimizar su configuración antes de comenzar la producción de piezas, dice Goettler. Es fácil ver por qué las empresas dedican este tiempo: buscan lograr máxima productividad, controlar el desperdicio y extender la vida de herramienta y máquina.

Algunos talleres pueden mantener registros detallados y hojas de cálculo para diferentes combinaciones de configuraciones de utillaje para productos de trabajo específicos, solo para descubrir que la próxima vez que usan esa combinación puede vibrar porque sus hallazgos originales no fueron robustos o repetibles. Otros talleres luchan contra el vibrado cada día usando anulaciones manuales o probando diferentes herramientas.

Una nueva tecnología de utillaje para reducir el vibrado

Barton y Schmitz dicen que MSC MillMax, la herramienta de selección de parámetros de fresado que desarrollaron, puede hacer que la optimización sea un proceso más rápido.

Lo que más preocupa es cómo la herramienta está cortando en su punta, explica Schmitz. Medir el "comportamiento de vibración específico en la punta de la herramienta" proporciona los datos vitales que los talleres necesitan para perfeccionar cada combinación de configuración, añade. "Puede pensar en cada combinación herramienta-porta-herramienta-husillo-máquina como teniendo una huella dinámica única. MillMax le permite medir la huella y hacer el mejor uso de esa combinación."

MillMax es un pequeño kit que usa un sensor para recopilar datos de frecuencia de vibración y presentarlos en tiempo casi real a un panel digital. Con esa información, un taller puede construir una configuración que permita a sus mecanizadores producir piezas a la velocidad más rápida posible y maximizar la eliminación de metal, dice Barton.

"Adjuntamos un pequeño sensor a la punta de la herramienta, luego golpeamos la herramienta con un martillo instrumentado para obtener los datos de vibración", explica. Hay "miles de millones de combinaciones potenciales de sistemas de fresado de elementos en el sistema MillMax."

Una vez que tiene la configuración para un producto de trabajo específico en una máquina específica, no hay necesidad de volver a golpear, añade Schmitz. Solo vuelve a golpear si cambia la longitud de la herramienta o la máquina que planea usar.

"No intentamos vender una herramienta específica, sino ayudarles a encontrar la herramienta correcta", dice Barton. Esencialmente, "somos el detector de verdad" que puede mostrar a un taller datos reales sobre lo que sucede con la frecuencia de vibración en sus configuraciones únicas o para comparar múltiples configuraciones. "Y podemos hacerlo en cuestión de minutos", añade.

¿Está usando la fresa de extremo adecuada para el trabajo? Lea nuestro artículo "Cuándo actualizar sus fresas de extremo" para averiguarlo.