Dominando el trabajo de metales: Estrategias probadas para superar desafíos técnicos clave

Cuando se trata de cortar metal, el tiempo y la calidad a menudo están en conflicto entre sí, lamentablemente. Los problemas de calidad de la pieza y de la máquina surgirán que pueden requerir un cambio en el status quo, dicen los especialistas en trabajo de metales en el campo. Vea cómo tres especialistas diagnostican y tratan desafíos sistémicos.

Fisuración térmica. Deformación. Desgaste de cráter. No, estos no son términos de ciencia ficción sobre lunas y planetas yermos y desolados, naves espaciales dañadas o una descripción de extraños alienígenas de otro mundo. Estos son términos sobre los fallos relacionados con el calor de las herramientas de corte cuando se ven de cerca a niveles microscópicos. Pero hay muchos otros tipos de daño de herramientas, algunos de los cuales tienen que ver con fallos mecánicos.

¿Y qué, dice? Las herramientas de corte se supone que hacen su trabajo y luego se cambian y desechan. Usted pone una herramienta nueva, vuelve al trabajo y lo olvida, ¿verdad? Si solo fuera tan simple. El daño extensivo de la herramienta a menudo es un síntoma de factores sistémicos más grandes e interconectados, y requiere el diagnóstico adecuado para el tratamiento.

Los especialistas en trabajo de metales de MSC, Ray Gavin, Brian Laffey y Mac Allsup, hablaron recientemente con nosotros sobre desafíos técnicos comunes e inusuales de herramientas de corte que observan e investigan regularmente. Es absolutamente cierto que se espera que las plaquitas de herramientas de corte se desgasten y sean reemplazadas, explican. El problema es cómo los fabricantes usan sus herramientas de corte en máquinas para entregar piezas de calidad en un cronograma de producción, es decir, un número específico de piezas fabricadas diariamente.

"Cuando se trata de clientes, comenzamos evaluando dónde están y dónde necesitan estar", dice Gavin. En el nivel más básico, se trata de entender sus objetivos, "como si necesitan hacer más piezas por día, o si quieren producir piezas de mayor calidad".

A menudo, la respuesta es ambas, pero luego comienzan los problemas, y con el tiempo afecta al negocio. El tiempo y la calidad están en conflicto entre sí, lamentablemente. Las herramientas tienen que cambiarse con mayor frecuencia, lo que podría no parecer un gran problema las primeras veces, pero luego el tiempo de inactividad de la máquina puede comenzar a afectar realmente la entrega del producto, explican. Entender cómo tratar el problema subyacente puede requerir un análisis de causa raíz más profundo.

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Áreas de problemas cotidianos de herramientas de corte y mecanizado

¿Qué tipo de problemas ven en el trabajo todos los días? Colectivamente, estos técnicos de campo encuentran que las herramientas se dañan y las piezas no salen correctamente por no tener la aplicación correcta de refrigerante o porque el ángulo de corte o "geometría" de la plaquita no está configurado correctamente, o la máquina no se está ejecutando a la velocidad correcta para el material que se está cortando y el tipo de herramienta.

Anecdóticamente, el tipo de fallos que ven con más frecuencia son más mecánicos en oposición a los fallos de demasiado o muy poco calor, e incluyen: Desgaste de flanco, astillado, muescas por profundidad de corte y fractura. La temperatura, sin embargo, casi siempre es un factor en todo lo que tiene que ver con el corte de metal, por lo que agrupar las cosas en términos de calor vs. fallo mecánico podría ser demasiado simplista.

La falla de causa raíz no es tan binaria como temperatura o desgaste mecánico, lo que habla de la complejidad de diagnosticar problemas de trabajo de metales. Cuando se trata de cortar metal, el calor y los problemas mecánicos están íntimamente conectados. Significa principalmente que la causa de la falla puede atribuirse más a un área que a la otra, explican los especialistas.

De los fallos relacionados con el calor, uno de los más comunes experimentados es la fisuración térmica. ¿Por qué es eso? "El refrigerante no se aplica correctamente en el punto de corte", dice Gavin. "A medida que se crean virutas del corte y se aplica refrigerante, las propias virutas pueden interponerse. El refrigerante a través de la herramienta puede ayudar."

Esta tecnología "en-el-punto-de-corte" permite que el refrigerante se aplique en dos posiciones diferentes desde arriba y debajo del portaherramientas. Cuando se usa, el resultado es generalmente un control de viruta mucho mejor y menos posibilidad de lesiones relacionadas con virutas cuando los maquinistas entran a remover hebras de viruta largas y son cortados, dice Gavin.

Los tres especialistas dicen que ven muy poco desgaste de cráter o deformación, pero sucede en aplicaciones que usan titanio, hierro y aleaciones de alta temperatura y en algunas operaciones de ultra-alta velocidad. Para ilustrar mejor algunas de las áreas de problemas técnicos más comunes, aquí hay varias situaciones del mundo real que los especialistas han encontrado y cómo resolvieron los problemas.

Desafío: Fractura

Ejemplo del mundo real: Un gran fabricante aeroespacial estaba mecanizando con Iconel (de resistencia "50 Rockwell") usando un fresa de cara. La pieza que se está construyendo tiene 50 a 60 pulgadas de diámetro, y los maquinistas estaban usando cortadores de carburo y almohadillas de cara (almohadillas de mecanizado en la pieza). Tomaba 20 horas fresar una pieza porque el material era súper duro, y tenían que correr la máquina muy lento, luego detenerla cuando las herramientas dejaban de ser efectivas. La vida de la herramienta era terrible y la productividad era predeciblemente pobre.

Solución: Laffey aconsejó usar un cortador de fresado cerámico y hizo un pequeño ajuste a la trayectoria de corte para que el material pudiera ser cortado mejor. La pieza ahora podía hacerse en cuatro horas.

Resultado: La productividad despegó: El tiempo de mecanizado se redujo en un 80 por ciento, de 20 horas a cuatro horas.

"A pesar de que el precio individual de la herramienta costaba el doble, fue bastante difícil argumentar con el tiempo que se ganó, y que la herramienta simplemente funcionaba mejor con el material", dice Laffey.

Desafío: Filo acumulado por mal control de viruta, muesca por profundidad de corte

Ejemplo del mundo real: Un importante fabricante de automatización y generación de energía tenía una máquina grande con un plato de 36 pulgadas de diámetro para piezas de acero inoxidable muy grandes que tenían virutas enrollándose alrededor del plato, causando mucho tiempo de inactividad y quemando herramientas. Cada vez que sucedía, había 20 minutos de trabajo improductivo por cada 30 minutos de tiempo de ciclo. Y, el fabricante estaba sub-alimentando la plaquita de torneado de carburo indexable, lo que causaba que el filo se acumulara. También era un peligro de seguridad, ya que los maquinistas alcanzaban dentro de la máquina y eran cortados. Usaban guantes de cuero, no guantes resistentes a cortes.

"Un buen lugar para buscar es en la chatarra reciclada del cliente para ver todos los problemas que una herramienta puede estar experimentando", dice Allsup. "Uso una lupa de 30x para ver exactamente qué está pasando. En este caso, tenían mucho filo acumulado por ir demasiado lento. Era como si intentaran cortar mantequilla congelada con un cuchillo de mantequilla. Así que el material se pegaba al recubrimiento de la herramienta."

Solución: Allsup recomendó cambiar los parámetros, ajustar la profundidad de corte y la velocidad superficial, usar una geometría más afilada, y aumentar la velocidad y las tasas de avance.

"Tenían el grado correcto, pero su profundidad de corte era menor que el nivel recomendado para ese tipo de rompevirutas", dice Allsup.

Resultado: Los niveles de producción volvieron a la normalidad, y el tiempo de inactividad se eliminó por completo.

"El ahorro de costos fue de $2,500, pero el ahorro principal fue detener la máquina y sacar las virutas de la máquina cada 15 minutos", dice Allsup. "Los cambios de proceso permitieron al cliente correr la pieza completa sin detener la máquina y eliminar el peligro de seguridad."

Desafío: Astillado, Fractura

Ejemplo del mundo real: Un subcontratista aeroespacial estaba fresando una gran pieza de motor que tenía 30 pulgadas de diámetro con 36 bolsillos en una máquina CNC horizontal de 5 ejesos. Esos bolsillos eran de un material de aleación a base de níquel muy duro, Rene 41, que Laffey describe como "desagradable y casi se niega a ser mecanizado". Con la fresa de extremo que estaban usando, los maquinistas solo podían cortar cuatro bolsillos antes de que se destruyera, y tenían poca forma de medir la condición de la fresa de extremo. El fabricante tendría que detener la máquina, reiniciar una nueva herramienta, luego hacer un corte de prueba para asegurarse de que la nueva funcionaba, lo que era muy consumidor de tiempo y frustrante.

Solución: Laffey aconsejó usar una fresa de extremo de cabeza intercambiable que tiene una abrazadera de herramienta con un extremo roscado que puede enroscarse y desenroscarse fácilmente para un cambio y configuración de herramienta más fáciles. El fabricante ahora pudo hacer 10 bolsillos por corrida sobre los cuatro que había estado haciendo.

Resultado: El fabricante ganó 24 horas a la semana. El ahorro de tiempo le da al cliente tres turnos de ocho horas.

"El precio por herramienta pasó de $25 a $75 para ganar 24 horas", dice Laffey. "Las matemáticas fueron obvias, al igual que el aumento de bolsillos creados en la pieza con la herramienta. Y no tuvieron que re-medir, no hubo corte de prueba necesario, y no se necesitó nueva medición, solo cambiando el mecanismo de sujeción, pudieron trabajar con la pieza mejor ... No sabían que existía esa tecnología de sujeción."

Desafío: Mal acabado de pieza, mala vida de herramienta

Ejemplo del mundo real: Una gran empresa aeroespacial fabricando piezas especiales con acero inoxidable 17-4 PH tenía material siendo cortado a aproximadamente 40 pulgadas por minuto en una celda de cuatro máquinas que trabajan en una operación 24/7. El fabricante estaba realizando mecanizado de alta velocidad con fresas de bola usando una máquina de 4 ejes girando en el eje A a alto volumen. Lo más importante era hacer la mayor cantidad de piezas posible, pero el acabado de la pieza era de mala calidad y la vida de la herramienta era débil.

Solución: Gavin aconsejó cambiar a fresas de alto avance y usar un enfoque de perfilado diferente. Trabajó con el fabricante para reprogramar la trayectoria de la herramienta de una manera completamente nueva.

"Fuimos 180 grados diferente en este y pensamos fuera de la caja", dice Gavin. "Fuimos capaces de reducir drásticamente el 'tiempo-en-corte'."

Resultado: El tiempo de ciclo se redujo de aproximadamente 18 minutos por pieza a 4.5 minutos. El corte de material pasó de 40 ipm a 300 por minuto. El costo por pieza se redujo casi un 300 por ciento.

El otro resultado: Otra división en el campus de este fabricante escuchó sobre las mejoras, y el mismo enfoque se implementó luego en otras ocho máquinas.

¿Sus máquinas están cortando de manera óptima como le gustaría? ¿Cómo está lidiando su taller con problemas de salida que ocurren en la máquina? Comparta su experiencia.