Cómo elegir el portaherramientas adecuado para su centro de mecanizado

Es importante cómo se fabrican los portaherramientas de su centro de mecanizado. La geometría, el tamaño y el acabado superficial del portaherramientas influyen en la precisión de corte, la repetibilidad y la vida útil de la herramienta que puede obtener de cualquier centro de mecanizado de su taller, sea nuevo o tenga varios años.

Después de todo, el portaherramientas es la clave para un corte rígido y preciso del metal. El cono del portaherramientas, así como el orificio para la herramienta o el collet, deben tener el tamaño correcto y ser concéntricos. Los portaherramientas antiguos, fabricados según normas menos rigurosas, pueden limitar la precisión del corte de metal incluso en los centros de mecanizado de alta velocidad más modernos.

Factores para considerar al comprar un nuevo portaherramientas

Antes de comprar su próximo portaherramientas, reseña estos factores cuidadosamente:

Estilo y tamaño del husillo de la máquina:

Aunque la mayoría de los centros de mecanizado están equipados con conos de husillo estilo brida en V, los conos de husillo estilo BT son cada vez más populares en máquinas de husillo más pequeño y alta velocidad.

El mango HSK es cada vez más popular, especialmente en husillos de alta velocidad y en trabajos aeroespaciales con tolerancias estrechas. Seleccione cuidadosamente el tipo de mango del portaherramientas, el tamaño y la perilla de retención (si procede) para el husillo de su máquina.

RPM del husillo del centro de mecanizado:

Las crecientes velocidades de corte de los centros de mecanizado actuales –10,000, 20,000, incluso 30,000 rpm de corte– significan que los portaherramientas equilibrados son vitales. Los portaherramientas estándar para trabajos a baja velocidad no mantendrán las precisiones que se consiguen con los portaherramientas equilibrados.

El portaherramientas de brida en V CAT típico tiene un desequilibrio de 250 g/mm, debido principalmente al diseño de la ranura de drive. Los tornillos de fijación y los collets, cuando se utilizan, siempre introducen un desequilibrio adicional. Las especificaciones de calidad de equilibrado para husillos de máquinas es de 2.5 g/mm a la velocidad nominal del husillo. Lo ideal es equilibrar todo el ensamblaje de la herramienta antes de instalarla en el husillo de la máquina.

Beneficios de los portaherramientas equilibrados

Al actualizar los portaherramientas, prevea comprar portaherramientas certificados para estar equilibrados dinámicamente en dos planos. Los portaherramientas más fiables se mecanizan y rectifican mediante CNC y se equilibran en una máquina equilibradora de portaherramientas específica que permite corregir con precisión los desequilibrios inherentes a todos los herramentales V-Flange.

Los usuarios descubren que los portaherramientas equilibrados a cualquier velocidad eliminan las vibraciones, lo que permite una mayor velocidad de remoción de metal, una mayor vida útil de la herramienta y un mejor acabado de la superficie mecanizada gracias a las cargas de viruta equilibradas, así como una utilización completa de la tecnología de cermet y los insertos de carburo a través de sus avances y velocidades óptimos recomendados.

• Concentricidad entre el mango y el mandrinado - La precisión del cono del portaherramientas propuesta en la norma AT3 del ANSI (American National Standards Institute), y los diámetros de mandrinar de 0,0002 pulgadas TIR en relación con el cono, son esenciales para un corte de metal repetible y de precisión. Busque una tolerancia de mango AT3 o mejor, una concentricidad dentro de 0,0002 pulgadas y una repetibilidad de 0,0002 pulgadas para asegurarse de que la herramienta satisfará el potencial de precisión de corte de su centro de mecanizado. AT3 se refiere a una precisión de conicidad del husillo de 1/3 del estándar propuesto originalmente de 0,001 pulgadas/12 pulgadas de conicidad, o 0,00033 pulgadas/12 pulgadas.
• Acabado superficial del mango: ¿oxidado negro o acabado brillante? Diversos fabricantes de portaherramientas han expuesto los argumentos a favor de cada uno de ellos.

Parece que existe una tendencia en la industria a utilizar mangos con un acabado brillante de 16 rms o de mejor calidad. Creemos que un acabado brillante ofrece un ajuste de contacto total más consistente en el husillo y una fuerza de sujeción más fiable.

Un acabado brillante no puede introducir ninguna variable que pueda afectar a la concentricidad o a otras características de rendimiento. Estas consideraciones son importantes, especialmente a altas velocidades de husillo. Con un elevado contacto entre la superficie del husillo y la del portaherramientas, los mangos brillantes pueden ayudar a reducir las vibraciones, el deslizamiento y el descentramiento que producen las vibraciones.

El óxido negro, proporcionado como tratamiento superficial resistente a la corrosión, puede desgastarse en los puntos de contacto del husillo, reduciendo así la resistencia a la corrosión. Los portaherramientas rectificados correctamente a partir de aceros de calidad trazables a las normas del NIST (Instituto Nacional de Normalización y Tecnología) proporcionarán suficiente resistencia a la corrosión con el cuidado adecuado, manteniendo los mangos bien almacenados, limpios y sin virutas.

Varios fabricantes de máquinas-herramienta recomiendan utilizar únicamente mangos brillantes en sus equipos. En algunas instalaciones se ha observado que el calor generado por las rpm del husillo –especialmente a altas velocidades omo las requeridas para mecanizado de aluminio– incrusta óxido negro en el cono del husillo, lo que provoca que ocasionalmente el portaherramientas se suelte del husillo con dificultad o “pegajosidad”.

• Sistema de collet existente: los collets pueden representar una inversión sustancial en el inventario de herramientas, por lo que los nuevos portaherramientas deben coincidir con los diámetros de la nariz de sus portaherramientas existentes, permitiendo una sujeción positiva de la herramienta tan cerca del trabajo como sea práctico. Siempre que sea posible, elija pinzas multiuso de alta precisión estilo ER, fabricadas según normas trazables, con un amplio rango de sujeción (1 mm de desplome) y baja excentricidad total. Esto ayudará a mantener el inventario al mínimo sin comprometer la precisión.
• Almacenamiento de herramientas: siempre que sea posible, limpie y almacene todos los portaherramientas no utilizados en estantes diseñados para mantener los mangos separados y evitar mellas accidentales. Los daños en la superficie de los portaherramientas afectarán al equilibrio y la concentricidad, y pueden acabar afectando a la desviación del husillo. Los portaherramientas con ruedas permiten un transporte fácil y seguro de las herramientas desde la caja de herramientas a la máquina-herramienta y mantienen las herramientas organizadas por trabajo.
• Capacidad de preajuste de herramientas: el preajuste ahorra tiempo en la máquina, puede mejorar la productividad del mecanizado y reducir los desechos de la primera pieza. Además, los portaherramientas duplicados proporcionan un complemento de herramientas para la rotación mediante preajuste, y pueden estar disponibles para el intercambio instantáneo, lo que minimiza el tiempo de inactividad. Si se tiene en cuenta el coste por hora de un centro de mecanizado de 200,000 dólares, las herramientas preajustadas adicionales pueden amortizarse rápidamente gracias a un mayor tiempo de actividad de la máquina, aumentando así la productividad. Los centros de mecanizado utilizados en operaciones de 24 horas, por ejemplo, suelen tener una capacidad de cambio de herramientas de reserva suficiente para permitir hasta cuatro cambios de cada herramienta necesaria para procesar una pieza.
• Alcance del portaherramientas: las longitudes cortas del portaherramientas, cuando son prácticas, pueden mejorar la rigidez y permitir un aumento de los avances y las velocidades de hasta el 20%. Las herramientas de mango ofrecen la sujeción convencional más rígida; para alcances mayores, especifique mangos equilibrados y brillantes o extensiones para obtener la máxima sujeción y rigidez en el corte. De lo contrario, pueden producirse vibraciones evitables que dañen la pieza.
• Material de la pieza y operaciones de mecanizado: el material a mecanizar, por supuesto, determinará los datos de corte óptimos. La herramienta de corte, los insertos y los portainsertos adecuados le ayudarán a obtener la máxima productividad de su máquina herramienta. El máximo contacto entre husillo y portaherramientas permitirá mayores avances sin aumentar la velocidad de corte. El suministro de refrigerante a través del husillo puede aumentar el rendimiento de la herramienta al eliminar de forma más eficaz las virutas de agujeros y mandrinos.

En resumen, el portaherramientas es la clave para aprovechar todo el potencial de velocidad y precisión de su centro de mecanizado. Las recientes mejoras en la precisión, la capacidad de sujeción y el diseño de los portaherramientas pueden proporcionar a la mayoría de los usuarios una forma asequible de utilizar plenamente el material de la herramienta de corte y la capacidad de la máquina herramienta para obtener ventajas rentables.

Equilibrado de herramientas: clave para un mecanizado de calidad

Especialmente a velocidades cercanas a las 10,000 rpm, el equilibrado es fundamental. Pero el efecto de los portaherramientas desequilibrados es evidente incluso a velocidades más bajas. Incluso pequeños desequilibrios pueden provocar fuerzas elevadas perjudiciales en el cojinete del husillo de su centro de mecanizado.

Según American Hofmann Corp., el desequilibrio inicial medio para la mayoría de los portaherramientas es de 250 g/mm. A 15,000 rpm, 250 g/mm producen una fuerza radial continua de 140 lb. El resultado es una falla prematura de los rodamientos y una costosa reparación de la máquina. Además, el desequilibrio del portaherramientas provoca vibraciones que degradan el acabado y las tolerancias de la pieza.

Dado que el desequilibrio de la herramienta es posible en cada configuración, el portaherramientas y la herramienta deben equilibrarse como un ensamblaje después del preajuste. Una de las fuentes más comunes de desequilibrio es la pinza y la tuerca de la pinza en los portaherramientas con brida en V. Basta con aflojar y volver a apretar la tuerca de la pinza.

El simple hecho de aflojar y volver a apretar la tuerca introduce hasta 15 veces la tolerancia de equilibrado aceptable para un ensamblaje de portaherramientas, según American Hofmann. Además, la propia herramienta de corte puede provocar desequilibrios; los planos, la longitud de los filos y las formas no simétricas de las herramientas afectan al equilibrio. Y el equilibrado afecta a la calidad de la pieza.

La norma ANSI para la calidad del equilibrado de cuerpos giratorios rígidos (S.19-1975) define el desequilibrio aceptable del cuerpo giratorio en relación con la velocidad máxima de servicio.

La norma asigna grados de calidad de equilibrado a grupos relacionados de cuerpos giratorios, basándose en la experiencia con estilos, tamaños y velocidades de cuerpos. Las tablas ANSI muestran que la calidad de equilibrado para los accionamientos de máquinas-herramienta es G 2,5; un portaherramientas debe ser compatible con este equilibrado.

Factores para considerar cuando se herramiente un centro de mecanizado:

• Husillo horizontal o vertical.
• Tamaño y conicidad del husillo, rpm y CV máximos.
• Rangos de avance.
• Envolvente de trabajo (X, Y, Z).
• Peso y diámetro máximos admisibles de la herramienta (para el cambiador de herramientas)
• Proveedor de refrigerante (interno, a través de la herramienta y/o el husillo, o externo)
• Tipo de soporte (por ejemplo, collet chuck, portamachos u otro)
• Especificación de la perilla de retención (marca y modelo de la máquina)
• Longitudes mínima y máxima de la herramienta (total y saliente de la línea de calibre)