Principales ventajas de las máquinas de mandrinar para mecanizado de precisión

Especificaciones de las máquinas de mandrinar

Las dimensiones entre el elemento y la herramienta de corte pueden cambiarse alrededor de dos ejes para cortar tanto vertical como horizontalmente en la superficie interior. La herramienta de corte suele ser de punta única, fabricada en acero rápido M2 y M3 o carburo P10 y P01. También se puede hacer un orificio cónico girando el cabezal.

Las máquinas de mandrinar están disponibles en muchos tamaños y estilos. El mandrinado de objetos pequeños puede hacerse en un torno, mientras que objetos mayores se mecanizan en máquina de mandrinar. Las piezas suelen tener un diámetro de 1 a 4 metros (3,3 a 13,1 pies), pero pueden ser tan grandes como 20 metros (66 pies). La demanda de potencia puede llegar hasta 200 caballos de fuerza (150 kW).

El refrigerado de los orificios se realiza a través de un paso hueco en la barra de mandrinar, por donde el refrigerante fluye libremente. Discos de aleación de tungsteno se sellan en la correa para contrarrestar vibraciones y vibraciones durante el mandrinado. Los sistemas de control pueden ser basados en computadora, permitiendo automatización y mayor consistencia.

¿Por qué se requiere el mecanizado por mandrinado?

Dado que el taladrado pretende reducir la tolerancia del producto en orificios preexistentes, hay algunas consideraciones de diseño. Primero, las grandes longitudes de diámetro para el orificio no son preferidas debido a la deflexión de la herramienta de corte. Luego, los orificios pasantes son preferidos sobre los orificios ciegos (orificios que no atraviesan el espesor de la pieza).

Debido a estos factores, el taladrado y el taladrado profundo son por naturaleza áreas difíciles de práctica que requieren herramientas y técnicas especiales. No obstante, se han desarrollado tecnologías que producen orificios profundos con una precisión impresionante. En la mayoría de los casos se relacionan con múltiples puntos de corte, diametralmente opuestos, cuyas fuerzas de deflexión se anulan mutuamente.

Típicamente, también incluyen suministro de fluido de corte bombeado a presión a través de la herramienta hacia orificios cerca de los filos de corte. Las pistolas de taladrado y cañones de taladrado son ejemplos clásicos. Estas técnicas de mecanizado, desarrolladas inicialmente para la producción de cañones de armas de fuego y artillería, ahora se usan ampliamente en producción en muchas industrias.

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¿Cómo funciona el mecanizado por mandrinado?

Varios ciclos de mandrinado constantes están disponibles en controladores CNC. Estos son subprogramas programados que mueven la herramienta a través de cortes sucesivos: corte, retractación, avance, corte, retractación, retorno a la posición inicial, etc.

La mayoría de operaciones de torneado que ocurren con torneado exterior también se encuentran en el mandrinado. Para torneado exterior, la longitud de la pieza no afecta el voladizo de la herramienta, y el tamaño del portaherramientas puede seleccionarse para soportar las fuerzas y tensiones que surgen durante la operación. Sin embargo, para torneado interior o mandrinado, la elección de herramienta está muy limitada por el diámetro y longitud del orificio de la pieza.

La regla general que se aplica a todo mecanizado es minimizar el voladizo de la herramienta para obtener la mejor estabilidad posible y, por tanto, precisión. Al taladrar, la profundidad del orificio está determinada por el voladizo. La estabilidad aumenta cuando se usa un diámetro de herramienta mayor, pero incluso entonces las posibilidades son limitadas porque debe considerarse el espacio requerido por el diámetro del orificio en la pieza al eliminar virutas y movimientos radiales.

Las restricciones en la estabilidad del mandrinado se establecen porque se debe tener especial cuidado al planificar y preparar la producción. Entender el impacto de la geometría de la herramienta y los datos de corte seleccionados en las fuerzas de corte, así como entender cómo diferentes tipos de barras de mandrinar y sujeción de herramienta afectarán la estabilidad, permite mantener la vibración al mínimo.

¿Cuál es la importancia de las fuerzas de corte?

Durante el acoplamiento, la fuerza tangencial y la fuerza de corte radial intentarán empujar la herramienta lejos de la pieza, causando deflexiones.

La fuerza tangencial intentará empujar la herramienta hacia abajo y lejos de la línea central. Debido a la curvatura del diámetro interior del orificio, el ángulo de clearance también se reducirá. Por tanto, para orificios de pequeño diámetro, es especialmente importante que el ángulo de clearance del inserto sea suficiente para evitar el contacto entre la herramienta y la pared del orificio.

La deflexión radial reducirá la profundidad de corte. Además de afectar la precisión del diámetro, el espesor de la viruta cambia al cambiar las fuerzas de corte. Esto causa vibración transmitida desde el filo al portaherramientas. La estabilidad y sujeción de la herramienta determinarán la cantidad de vibración y si se refuerza o suprime.

¿Qué factores influyen en las fuerzas de corte?

● Geometría del inserto:

La geometría del inserto tiene una influencia decisiva en el proceso de corte. El inserto positivo tiene un ángulo de ataque positivo. El ángulo de filo y el ángulo de clearance juntos serán menores de 90 grados. Un ángulo de ataque positivo significa una fuerza de corte tangencial menor. Sin embargo, un ángulo de ataque positivo se obtiene a expensas de un ángulo de clearance o ángulo de filo.

Si el ángulo de clearance es pequeño, hay riesgo de abrasión de herramienta y pieza, y la fricción puede causar vibraciones. En casos donde el ángulo de ataque es grande y el ángulo de filo es pequeño, se obtiene un filo más afilado. Un filo afilado penetra el material más fácilmente, pero también puede dañarse más fácilmente por un filo u otro desgaste irregular.

El desgaste del filo significa un cambio en la geometría del inserto, que reduce el ángulo de clearance. Por tanto, para acabado, el acabado superficial requerido de la pieza determina cuándo reemplazar el inserto. En general, el desgaste del filo debe estar entre 0,004 y 0,012 pulgadas para acabado y 0,012 a 0,040 pulgadas para desbaste.

● Ángulo de ataque (Rake angle):

El ángulo de ataque afecta las direcciones axial y radial de las fuerzas de corte. Un ángulo de ataque pequeño produce un componente grande de la fuerza de corte axial, mientras que un ángulo de ataque grande resulta en mayor fuerza de corte radial.

La fuerza de corte axial tiene un efecto negativo mínimo en la operación porque la fuerza se dirige a lo largo de la barra de mandrinar. Para evitar vibración, es preferible elegir un ángulo de ataque pequeño, pero como este también afecta otros factores como espesor de viruta y dirección de flujo de viruta, a menudo hay que comprometerse.

La principal desventaja de un ángulo de ataque pequeño es que las fuerzas de corte se distribuyen sobre una sección más corta del filo de corte que en un ángulo de ataque grande. Además, el filo de corte se somete a carga y descarga rápida al entrar y salir de la pieza.

Dado que el mandrinado suele realizarse en un orificio pre-mecanizado y se considera mecanizado ligero, los ángulos de ataque pequeños generalmente no causan problemas. Ángulos de ataque de 15 grados o menos se recomiendan usualmente. Sin embargo, con un ángulo de ataque de 15 grados, la fuerza de corte radial será casi el doble que con un ángulo de 0 grados. Una barra de mandrinar típica con inserto indexable con ángulo de ataque de 0 grados se muestra en la página anterior.

● Radio de punta (Nose radius):

El radio de punta del inserto también afecta la distribución de las fuerzas de corte. Cuanto mayor sea el radio de esquina, mayores serán las fuerzas de corte radial y tangencial y el inicio de vibración. Sin embargo, esto no se aplica a las fuerzas de corte radiales. La deflexión de la herramienta en dirección radial está influenciada por la relación entre la profundidad de corte y el tamaño del radio de punta.

Si la profundidad de corte es menor que el radio de la hoja, las fuerzas de corte radiales aumentarán al aumentar la profundidad de corte. Si la profundidad de corte es igual o mayor que el radio de vértice, la deflexión radial será determinada por el ángulo de ataque.

Por tanto, es buena idea elegir un radio de vértice ligeramente menor que la profundidad de corte. Así, las fuerzas de corte radiales se mantienen al mínimo utilizando los beneficios del mayor radio de esquina posible, lo que conduce a un filo de corte más fuerte, mejor acabado superficial y presión más uniforme en el filo de corte.