Maximice el éxito en mecanizado de alto rendimiento: Por qué importan los portaherramientas

Entre materiales de metal duro, altas velocidades y avances —y el balanceo de herramientas— los portaherramientas son mucho más importantes para el éxito de su fabricación en una máquina de alto rendimiento de lo que podría imaginar. Descubra por qué.

Su taller acaba de comprar un nuevo centro de mecanizado de alto rendimiento. Presume especificaciones impresionantes, incluyendo un husillo de 20 000 rpm, una velocidad de avance rápido de 2400 ipm y avances a la altura. Es mucho más rápido que cualquier otra cosa en la planta. Todos disfrutan del sonido estaccato de las virutas contra la chapa y el zumbido bajo del motor del husillo en lo profundo de un corte.

Hay un solo problema: a estas nuevas y mejoradas velocidades de husillo más altas, el chatter obliga a todos a buscar tapones para los oídos. La vida útil de la herramienta se deteriora. Al cortar las piezas aeroespaciales de 17-4 PH y titanio Ti-5553 que el jefe empezó a traer recientemente, el arranque de la herramienta ha sido un gran problema. ¿El resultado? Las pilas de piezas que se suponía se fabricarían cada día gracias a la inversión en un HPMC simplemente no aparecen.

Con toda justicia, también podría tener estas quejas sobre los centros de mecanizado más antiguos y menos capaces. De hecho, podría haber sido uno de los impulsores para una nueva máquina en primer lugar. Lo siento, pero el problema probablemente sea que los portafresas de sujeción lateral y los porta pinzas tipo ER que ha usado durante décadas no son apropiados para la tecnología de mecanizado moderna.

Tiene la máquina herramienta capaz de altas velocidades y avances, la herramienta de corte con las geometrías y recubrimientos más recientes, y con el portaherramientas siendo la interfaz entre los dos, ¿por qué recortar gastos?, dice Ronald West, gerente senior de producto global en Kennametal. Con las máquinas herramienta actuales capaces de mayores velocidades y avances, el portaherramientas se ha vuelto más importante que nunca para aprovechar las capacidades de las herramientas de corte de alto rendimiento.

Algunos fabricantes invierten en la máquina y la última tecnología de herramientas y corte, pero no es raro ver que muchas empresas usan un portaherramientas genérico que no es el adecuado para el trabajo. Sin embargo, es uno de los elementos más importantes en los entornos de alto rendimiento actuales —especialmente en aplicaciones aeroespaciales donde se trabaja con materiales avanzados, explica West.

Los portaherramientas de sujeción lateral siguen siendo prominentes en la industria, pero realmente hacen un flaco favor a la inversión en herramientas de corte de metal duro que las empresas compran ahora, dice West. El portaherramientas debe coincidir con el tipo de máquina de alto rendimiento que se usa hoy.

Detenga el movimiento de la herramienta, evite desperdicio adicional, salve la vida de su herramienta

Considere el arranque de la herramienta. El mecanizado de titanio y otras superaleaciones resistentes al calor genera altas fuerzas de corte no solo en direcciones axial y radial, sino también en la dirección axial, lo que puede resultar en arranque de la herramienta. Es aún más importante usar el tipo correcto de portaherramientas para prevenir fallos de herramienta y desperdicio de piezas. Puede que no sea mucho —quizás solo unas milésimas de pulgada a la vez, pero lo más probable es que sea suficiente para desechar piezas muy costosas. Afile todos los canales y planos que quiera en el vástago de la herramienta, aún así se moverá, muy probablemente cuando menos lo espere.

La mejor solución es un portaherramientas diseñado específicamente para eliminar el arranque. Muchos proveedores licencian la tecnología Safe-Lock patentada de Haimer. Todos superan ampliamente a un portaherramientas de sujeción lateral tradicional mientras mejoran las características de runout. Aquí hay una pequeña muestra de algunas soluciones disponibles:

• El portafresas hidráulico CoroChuck 930 de Sandvik Coromant usa un mecanismo de "fulcro" de dos puntos para prevenir el movimiento.
• El portaherramientas hidráulico HydroForce™ de Kennametal para fresado pesado afirma un runout y precisión excepcionales —y una manga SAFE-LOCK opcional ayuda a evitar el arranque en materiales difíciles de mecanizar (como los usados en las industrias aeroespacial y energética).
• El Mega Perfect de Big Kaiser acepta fresas con plano Weldon pero se dice que elimina el deslizamiento y el arranque.

¿Quiere sacar el máximo provecho de sus esfuerzos de mecanizado? Lea "Cómo maximizar la productividad de la máquina con portaherramientas".

Controle los armónicos, el chatter y el husillo

Está girando herramientas más rápido que nunca, y el runout con el que ha convivido durante años golpeará rápidamente incluso a la mejor fresa. Como si la mala vida útil de la herramienta no fuera suficiente, los rpm más altos generan los armónicos que llevan al chatter, posiblemente seguido de daño al husillo debido a una situación de desbalance.

Tiene varias opciones para manejar estas velocidades más altas, avances, chatter y problemas de armónicos, incluyendo: portaherramientas de ajuste por contracción, portaherramientas hidráulicos y portafresas mecánicos. Debe probar cada uno por sí mismo, documentando los resultados y tomando su decisión basándose en el rendimiento en sus máquinas, no en el precio.

Portaherramientas de ajuste por contracción

Necesitará una máquina de contracción, y dedicará un minuto o dos extra calentando y enfriando el portaherramientas con cada cambio de herramienta, pero muchos talleres juran por la extrema precisión y balance inherente del ajuste por contracción. Haimer dice que son menos de 40 segundos en total.

Portaherramientas y portabrocas hidráulicos

Los portabrocas hidráulicos son precisos, simples de usar y ofrecen capacidades de sujeción robustas. El HydroForce™ de Kennametal es uno usado para fresado pesado, por ejemplo, que afirma tres veces la fuerza de sujeción de los sistemas de portabrocas hidráulicos convencionales y no necesita más que una llave Allen para operar. Los portabrocas HydroForce tienen una capacidad de amortiguamiento que mejora la vida útil de la herramienta, especialmente al mecanizar titanio y otras aleaciones de alta temperatura.

Portafresas mecánicos

Schunk, Iscar, Guhring y otros comercializan portafresas mecánicos clasificados a 20 000 rpm y runout de 0,0002 pulgadas o mejor (al igual que Sandvik Coromant, Big Kaiser y otros). De nuevo, la operación es simple, con rigidez y fuerzas de sujeción mucho mayores que el plano Weldon de 100 años.

Hablando de portaherramientas heredados, esperemos que su nueva máquina viniera con una interfaz de husillo HSK, Capto, KM4X o comparable. CAT y BT-flange están perfectamente bien para trabajos menos exigentes, pero abrirse paso a través de materiales HRSA o fresar una cavidad de molde a altas velocidades de husillo requiere una interfaz de husillo moderna.

A estas velocidades de máquina, necesita balanceo de herramienta

La mayoría de expertos en utillaje dicen que los conjuntos de portaherramientas balanceados son obligatorios para velocidades de husillo de 20 000 rpm o más, mientras que otros sugieren que la barra es más baja.

Cuando está corriendo máquinas herramienta tan rápido, usualmente sobre 12 000 rpm, se recomienda siempre balancear el sistema completo (es decir, portaherramientas con la herramienta de corte), dice West. Solo aumenta la vida útil de la herramienta y disminuye el desgaste del husillo… Es un poco más difícil con un portapinzas o adaptador de fresa mantener el balance debido a su diseño y hardware requerido, pero típicamente los portabrocas hidráulicos y adaptadores de contracción son mucho más fáciles de balancear finamente para aplicaciones de alta velocidad.

A 6000 rpm no notará el desbalance tanto, señala West, pero con las velocidades más altas, el balance de la herramienta es crucial —y algo que puede malinterpretarse al hablar de portaherramientas.

Para ayudar, se requiere una máquina de balanceo especial, así como esfuerzo adicional durante el proceso de preajuste de herramientas. Asegúrese de estar preajustando. Los portaherramientas pre-balanceados no serán suficientes ya que el conjunto completo, incluyendo la herramienta de corte y la tuerca de retención (para los que tienen máquinas CAT y BT), debe balancearse como una sola pieza. Seguir estas recomendaciones e incluir mantenimiento rutinario para extender la vida útil de la herramienta reduce el tiempo de inactividad y le ayuda a hacer mejores piezas.

Puede mostrar mejoras en el rendimiento de la pieza con los portaherramientas correctos, dice West. Es algo que es fácil pasar por alto, pero hace una gran diferencia.

¿Ha notado la diferencia que un portaherramientas puede hacer en un centro de mecanizado de alto rendimiento? Comparta su experiencia.