Optimizando la Vida de la Herramienta con Datos de Máquina: Una Guía Moderna

El gasto de herramientas combinado con desechar piezas defectuosas hace que extender la vida de la herramienta sea un objetivo importante para empresas de corte de metal. El mecanizado tradicional dependía de configuraciones determinadas experimentalmente para determinar la vida de una herramienta de máquina. Los operadores podían registrar conteos de piezas hasta que una herramienta fallaba o comenzaba a desarrollar piezas fuera de especificación. El promedio de estos conteos podía usarse para establecer un umbral para la vida de la herramienta. Alternativamente, podían usar el conteo de piezas proporcionado por el OEM de la herramienta para establecer la cadencia de cambio de herramienta.

Estas soluciones son inexactas, llevando a una de dos cosas:

• Una herramienta es subutilizada, significando que se reemplaza antes de alcanzar su fin de vida
• Una herramienta es sobreutilizada, resultando en piezas de desperdicio e inactividad

La monitorización de herramientas permite a fabricantes monitorizar y optimizar la vida de sus herramientas para asegurar que pueden obtener el mayor ROI de sus herramientas sin sufrir las consecuencias de fallo catastrófico.

¿Qué es la Vida de la Herramienta?

La vida de la herramienta se refiere a la vida útil de una herramienta de máquina. Puede expresarse en la cantidad de piezas buenas que una herramienta dada es capaz de mecanizar. Una vez que una herramienta está desgastada al punto que las piezas creadas están fuera de especificación, su vida ha terminado efectivamente y la herramienta debería reemplazarse.

El desgaste, fallo y vida de la herramienta son una realidad del mecanizado CNC. Todas las herramientas experimentan desgaste y eventualmente fallarán si continúan trabajando. Sin embargo, es en gestionar la vida útil de la herramienta efectivamente que los fabricantes pueden impulsar el uso más eficiente de sus herramientas de máquina.

La única forma posible de aumentar la vida de la herramienta mientras se previenen piezas de desperdicio y fallos es recopilar datos de herramienta y usarlos para determinar cuándo debería tener lugar un cambio de herramienta.

Todas las herramientas tienen curvas de vida predecibles – el período que se espera que una herramienta dure y produzca piezas a estándares de calidad deseados. Sin embargo, la vida de la herramienta puede ser difícil de determinar con precisión, especialmente si se hace manualmente, debido a la amplia variedad de factores que afectan la vida útil. Por ejemplo, el material trabajado, el tipo de corte, las tasas de velocidad y avance, etc.

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7 Formas de Mejorar la Vida de la Herramienta

Si bien ninguna herramienta dura para siempre, hay muchos factores afectando la vida de la herramienta. Aquí hay algunos métodos para reducir desgaste:

1. Usar Velocidades y Avances Apropiados

Mientras la herramienta de corte rota, manda o corta a una velocidad de corte establecida, también traversa a lo largo de la pieza. Usar los ajustes correctos de velocidad y avance aumentará significativamente la vida de la herramienta. Si bien el tiempo de corte real siempre es una consideración, los ajustes adecuados para velocidad y avance pueden extender la vida de la herramienta.

2. Aplicar Fluido de Corte

El proceso de corte genera mucho calor debido al contacto metal-metal. El tipo correcto de fluido de corte y la cantidad correcta de aplicación prolongarán la vida de la herramienta.

3. No Recortar Virutas

Las virutas son la forma de tener el material removido de la pieza después del corte. También llevan el exceso de calor generado durante el corte. Pero los ajustes deben ser correctos para prevenir recortar virutas resultando en aumentos de desgaste de flanco, desgaste de cráter y otras causas de desgaste.

4. Usar las Herramientas Correctas

La complejidad de la pieza, rugosidad superficial, precisión de mecanizado requerida, requisitos de tolerancia para la pieza terminada y otras consideraciones son críticas. Por ejemplo, algunas piezas pueden ser lo suficientemente fuertes para necesitar una herramienta de acero de alta velocidad. Conocer estos parámetros ayudará a seleccionar la herramienta correcta para la combinación de factores.

5. Distribuir Desgaste sobre el Filo de Corte

Programas y planes de corte deberían diseñarse para utilizar tanto del filo de corte como sea posible. Enfoque continuo en una parte de la herramienta puede aumentar el desgaste.

6. Controlar Desviación (Runout)

La edad del equipo puede afectar la desviación en mecanizado. Máquinas modernas pueden tener portaherramientas automatizado. Este portaherramientas asegura posicionamiento y sujeción adecuados de la herramienta. Para máquinas antiguas, la desviación viene de desalinear o asegurar el centro del eje de la herramienta relativo a la línea central del eje central y puede resultar en piezas desechadas y menor vida de herramienta.

7. Controlar Deflexión

A medida que el calor se acumula y el corte está en marcha, tremendas fuerzas de corte ocurren mientras las características del material afectan tanto herramienta como pieza. Las virutas formadas mientras el metal se remueve y sale de la pieza empujan de vuelta cuando se acumulan. Si las variables no son correctas, esto puede doblar o deflexionar la herramienta.

Factores que Influyen en la Vida de la Herramienta

Usando un cálculo de curva de vida de herramienta como la Ecuación de Vida de Herramienta de Taylor, diferentes factores pueden trazarse para proyectar diferentes curvas de vida para una herramienta dependiendo de la combinación de variables que aplica. Estos incluyen:

Velocidad de Corte

Más rápido no siempre es mejor. Dureza de la pieza, diferentes materiales de herramienta, complejidad de cortes y otros factores significan una tasa óptima para cada combinación de factores.

Tasa de Avance y Profundidad de Corte

Como la velocidad de corte, la tasa de avance y profundidad también pueden optimizarse. Y ese punto óptimo será determinado por la agresividad del corte requerido.

Dureza de la Pieza

Herramientas usadas para cortar material muy duro se desgastarán más rápido que las usadas en metales más blandos. La diferente dureza de la pieza puede disparar diferentes tipos de desgaste. Filo acumulado puede ocurrir en metales blandos como aluminio. Metales como titanio pueden causar fallo catastrófico a una herramienta incorrecta.

Material de la Herramienta

Como la dureza de la pieza, el material de la herramienta debe tener características de rendimiento que cumplan o excedan la pieza cortada. Algunas herramientas pueden endurecerse especialmente para trabajar con acero endurecido o metales exóticos como titanio. Pero también deben diseñarse para trabajar con metales que tienen acabado superficial pobre.

Tipo de Corte

Algunas herramientas de corte imparten abrasión ligera para crear acabado superficial. Otras son más agresivas. Como la velocidad de corte y tasa de avance, el tipo de corte debe considerarse al trazar curvas de vida de herramienta y reducir desgaste.

Usando MachineMetrics para Extender y Optimizar la Vida de la Herramienta

La Monitorización de Herramientas MachineMetrics captura datos de máquina directamente del control, proporcionando datos precisos en tiempo real sobre rendimiento y salud de la máquina. Los datos pueden recopilarse para monitorizar la herramienta y desarrollar umbrales para cuando el fallo es inminente.

Usando umbrales para determinar cuándo una herramienta está alcanzando fin de vida para que pueda cambiarse.

Además, estos datos pueden usarse para desarrollar algoritmos para predecir y prevenir fallos catastróficos de herramientas. En lugar de recopilar manualmente conteos de piezas o usar la recomendación de vida de herramienta del OEM, los usuarios pueden aprovechar los datos precisos de herramienta para establecer parámetros de vida más efectivos.

La analítica de herramientas puede aprovecharse para optimizar procesos alrededor de la máquina, permitiendo comunicación y automatización que soporta la maximización de la vida de la herramienta. Por ejemplo, operadores pueden ser notificados de fallo inminente para reemplazar proactivamente la herramienta.

Esto asegura varios beneficios mayores:

• Los fallos catastróficos de herramientas pueden evitarse
• Reducción de inactividad por fallos de herramientas o fallos excesivos
• Vida de herramienta maximizada para asegurar el mayor ROI de su inversión en herramientas
• Productos de mayor calidad con mayor rendimiento en primera pasada

Caso de Estudio: Cómo BC Machining Predice y Previene Fallos de Herramientas

"Anteriormente, a menudo perdíamos un tercio de las piezas del turno, sin mencionar gastar al menos una hora clasificando piezas para identificar el desperdicio. Desde usar la tecnología predictiva de rotura de herramientas de MachineMetrics, ese desperdicio ha sido eliminado."

- Mike Driskell, Ingeniero de Fabricación, BC Machining

BC Machining, un fabricante de piezas metálicas fabricadas, producía tales grandes cantidades de desperdicio que se veían obligados a correr sus máquinas al 200% de capacidad solo para alcanzar sus objetivos de producción. Sin insight sobre cuándo las herramientas estaban desgastadas o a punto de romper, BC Machining acumulaba costes significativos por producir desperdicio y reemplazar herramientas rotas.

Para prevenir producción de desperdicio y maximizar vida de herramienta, se asociaron con MachineMetrics. Lea nuestro caso de estudio para aprender cómo BC Machining virtualmente erradicó el desperdicio por desgaste, redujo significativamente sus tiempos de cambio y ahorró $72k por máquina anualmente.

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