Herramientas de corte de metal: innovaciones y tendencias en 2024

Los nuevos materiales, la tendencia a la miniaturización, la presión competitiva, la digitalización y los negocios más sostenibles son solo algunos de los desafíos a los que se enfrentan las empresas productoras en la actualidad. Estos retos no solo afectan el final de la cadena de producción, sino también el inicio de la cadena de valor añadido, especialmente en los métodos de trabajo metalmecánicos.

En este contexto, los especialistas en herramientas de corte desempeñan un papel crucial, ya que suelen ser el primer punto de contacto para consultas sobre la optimización de procesos de corte de metales complejos y desafiantes. Entre los problemas más comunes que enfrentan estas empresas se encuentran el desgaste acelerado de las herramientas, los prolongados tiempos de procesamiento y los elevados costos operativos.

La respuesta a estos desafíos por parte de los fabricantes de herramientas se hará evidente en la próxima AMB que se llevará a cabo en los pabellones de Messe Stuttgart del 10 al 14 de septiembre de 2024. En colaboración con empresas de ingeniería mecánica y usuarios finales, estos fabricantes están desarrollando soluciones avanzadas para la producción de formas complejas, el manejo de materiales desafiantes y la fabricación de grandes cantidades de unidades de manera más eficiente y precisa.

Novedades en materiales de corte y revestimientos para herramientas de precisión

El campo de los materiales de corte y los recubrimientos continúa avanzando, desempeñando un papel crucial en la mejora de la eficiencia y durabilidad de las herramientas de precisión. Los recubrimientos innovadores, como los de carburo, cerámica y diamante, son esenciales para reducir el desgaste y prolongar la vida útil de las herramientas, garantizando así un trabajo continuo y sin interrupciones.

Una innovación destacada proviene de Iscar que ha integrado canales de refrigeración internos en las brocas de cabeza plana de metal duro integral de tres canales. Esta modificación ha mejorado significativamente el rendimiento del mecanizado. Las boquillas de refrigerante incorporadas en estas brocas no solo extienden la vida útil de la flauta, sino que también optimizan la evacuación de virutas, lo cual es crucial para mantener la eficiencia durante el proceso de mecanizado.

Iscar se distingue en el mercado como el primer fabricante en ofrecer brocas planas que pueden mecanizar agujeros de fondo plano, mejorando notablemente la calidad de los agujeros bajo condiciones de corte interrumpidas, tales como agujeros cruzados o superficies inclinadas.

Además, la geometría especial de las brocas asegura una productividad óptima, particularmente en el mecanizado de acero y materiales fundidos. La serie ofrece diámetros que varían entre 4 y 12 milímetros, con incrementos de 0.1 mm, y relaciones de longitud a diámetro de 3xD a 5xD.

La configuración de la punta de la broca está diseñada para mejorar la penetración y precisión del agujero de mecanizado, mientras que los filos de corte ondulados y una forma especial de la inserción contribuyen a un control eficaz de la viruta en la mayoría de los materiales. Los raspadores estrechos minimizan la fricción y aseguran una alta calidad superficial.

Además, las ranuras para virutas altamente pulidas facilitan una descarga limpia de las virutas, y un diámetro de núcleo optimizado aumenta significativamente la rigidez de la herramienta, lo que es fundamental para operaciones precisas y efectivas.

Avances en materiales compuestos y tecnologías de fabricación

La creciente demanda de materiales compuestos, como las fibras de carbono y las aleaciones de titanio, ha llevado a un aumento correspondiente en la necesidad de herramientas especializadas capaces de soportar cargas extremas. En respuesta, muchas empresas están intensificando sus actividades de investigación y desarrollo para producir estas herramientas avanzadas, con un enfoque particular en la mejora de sus recubrimientos.

Mapal, por ejemplo, continúa avanzando en sus tecnologías de recubrimiento. La empresa aplica capas de diamante extremadamente duras y resistentes al desgaste que son efectivas para cortar materiales desafiantes como la fibra de carbono, la cerámica, el grafito y los compuestos de aluminio. Estas tecnologías son especialmente valoradas en sectores como la industria automotriz, la ingeniería aeroespacial, la fabricación de herramientas y moldes, y la tecnología médica, donde se requiere una alta fiabilidad y una larga vida útil de las herramientas.

En el Competence Center for Coating Technologies de Mapal, se preparan insertos intercambiables y herramientas de metal duro para aplicaciones posteriores utilizando procesos como la deposición física de vapor (PVD) y la deposición química de vapor (CVD). Los expertos suelen recomendar el uso de CVD para el corte en seco y para operaciones a altas velocidades de corte.

Durante el proceso de CVD, los compuestos se depositan a temperaturas superiores a los 1.000 °C. En situaciones de procesamiento inestables o bajo condiciones de corte difíciles, se prefieren los recubrimientos PVD debido a su mayor resistencia.

Este método combina materiales metálicos duros, como el nitrato de titanio o el nitruro de titanio y aluminio, con cuerpos básicos de carburo. Cuando el desgaste adhesivo es un factor, frecuentemente se opta por recubrimientos de carbono tipo diamante (DCC), que también pueden aplicarse mediante PVD o un proceso CVD basado en plasma.

Mapal limita el espesor de los recubrimientos de sus herramientas a un rango de entre 3 y 15 µm, dependiendo de la aplicación específica. El proceso optimizado HF-CVD permite producir capas con un espesor casi homogéneo, asegurando que toda la longitud de corte pueda utilizarse de manera segura en el proceso de corte, independientemente de la profundidad de este.

Un caso destacado es el de OptiMill-Composite-Speed-Plus, una fresa de carburo sólido diseñada específicamente para materiales reforzados con fibra de carbono (CFR). En este modelo, un recubrimiento homogéneo de diamante CVD asegura tanto una larga vida útil de la herramienta como una alta seguridad en el proceso de corte.

Martin Kommer, director de I+D de Material de Corte/Recubrimiento en Mapal, señala: “En los últimos años hemos centrado nuestros esfuerzos en perfeccionar el proceso de recubrimiento de diamante, abriendo nuevas posibilidades en la fabricación de herramientas”. Este enfoque integral, que abarca desde el diseño de la herramienta hasta la selección del carburo y el recubrimiento adecuados, sitúa a Mapal como un líder en la innovación de herramientas de corte.

Nanotecnología y herramientas microestructuradas

La tendencia hacia la miniaturización en la manufactura exige herramientas de alta precisión y dimensiones reducidas para producir piezas cada vez más pequeñas. En el campo de la microtecnología y la nanotecnología, las herramientas con estructuras microscópicamente pequeñas se han vuelto esenciales, especialmente en sectores como la electrónica y la tecnología médica, donde las transiciones entre estas tecnologías son cada vez más fluidas.

En Paul Horn, el dominio de cada proceso durante el microcorte es esencial. Al trabajar con diámetros exteriores de 0,1 mm e inserciones de 0,5 mm con avances de 5 µm, la coordinación precisa de todos los elementos de mecanizado es crucial. Las profundidades de corte reducidas requieren hojas extremadamente afiladas para minimizar la presión de corte, aunque esto puede aumentar el riesgo de microfisuras. Cualquier pequeña grieta, incluso del orden de unas pocas micras, puede afectar negativamente la calidad de la superficie mecanizada. Para mejorar la calidad del acabado, las superficies de corte de Paul Horn se someten a un proceso de lijado o pulido muy fino antes de su uso.

Horn ha desarrollado el sistema µ-Finish para microcorte, permitiendo a los usuarios producir tornillos para audífonos, contrapesos para relojes o micropiezas torneadas para componentes médicos. Este sistema permite ajustes de precisión de +/- 0,0025 mm al girar el inserto intercambiable, lo que facilita la adaptación de la herramienta sin necesidad de reajustar la altura de la punta.

LMT Tools también responde a la demanda de piezas cada vez más pequeñas con el desarrollo de sus microfresas. Estas herramientas ofrecen una alta precisión de fresado con diámetros de herramienta pequeños y están disponibles en rangos de tolerancia de hasta 0,007 mm.

Las microfresas de LMT están diseñadas en dos variantes de geometría: una con cara recta para contornos precisos y otra con cabeza esférica para una mayor flexibilidad al mecanizar formas 3D complejas. La variante con cabeza esférica es ideal para mecanizar superficies curvas e irregulares con precisión.

Estas microfresas son particularmente útiles en el mecanizado en duro para la fabricación de matrices y moldes, como en superficies complejas de moldes 3D, cavidades profundas, agujeros perforados, socavaduras o estructuras acanaladas. Los sistemas de sustrato de capas resistentes al desgaste de LMT, que soportan altas temperaturas, contrarrestan las elevadas cargas termomecánicas y proporcionan resistencia a la oxidación y la difusión, así como dureza en caliente.

Sascha Beblein, director de I+D de herramientas rotativas de LMT Tools, destacó la importancia de estas innovaciones: “A través del microprograma complementamos nuestra amplia selección de soluciones de herramientas para la fabricación de matrices y moldes, abarcando todas las áreas necesarias desde la producción de moldes de inyección hasta la fabricación de moldes de fundición a presión y superficies de forma libre”.

Brocas para microperforación profunda

Ceratizit se destaca en el suministro de brocas para realizar perforaciones en diámetros pequeños y con gran profundidad. Un ejemplo notable es el modelo WTX, capaz de perforar agujeros hasta 30 veces el diámetro de la broca, manteniendo una alta precisión de posicionamiento.

Para microperforaciones profundas, la versión de la broca 5xD está diseñada específicamente para funcionar como broca piloto, eliminando la necesidad de un centrado o taladrado piloto para profundidades de hasta 8xD, gracias a la característica de autocentrado de las microbrocas.

La eficacia de estas brocas en procesar acero, materiales fundidos o materiales altamente resistentes al calor de manera fiable y precisa se atribuye a una geometría optimizada y al revestimiento Dragonskin. La geometría especial de la punta de la broca mejora significativamente la precisión del posicionamiento.

Además, las superficies traslapadas y las aberturas patentadas para el espacio de viruta facilitan una rápida y efectiva eliminación de virutas. La refrigeración de estas herramientas se optimiza mediante canales de refrigeración en espiral y una cámara de refrigeración ubicada en el eje de la broca.

Ceratizit busca asegurar que sus procesos de microperforación no solo sean precisos y repetibles, sino también libres de interrupciones. Felix Meggle, director de producto de brocas de metal duro en Ceratizit, subraya la disposición de la empresa para colaborar con los clientes en la optimización de herramientas para enfrentar nuevas aplicaciones exigentes.

Dispositivos de sujeción para mecanizados de alta precisión

La importancia de los dispositivos de sujeción en el mecanizado de piezas con altas tolerancias es crucial, especialmente en operaciones que requieren un alto grado de precisión y exactitud. Iscar ha lanzado al mercado una serie de cabezales de mandrinado llamados BSFD o Boring Super Fine Digital, que ofrecen una innovación significativa en este campo.

Estos cabezales digitales permiten ajustes finos de diámetros que varían desde 3 mm hasta 203,1 mm con una precisión de +/- 0,001 mm, gracias a su unidad de visualización que se acopla por medio de fuerzas magnéticas al soporte de herramientas y permite el ajuste mediante una pantalla digital.

Este desarrollo tecnológico es esencial para sectores como la automoción, la ingeniería aeroespacial y la ingeniería mecánica en general, donde las operaciones de perforación y escariado con altas tolerancias son comunes, incluso en condiciones de corte interrumpido. La precisión de estas herramientas garantiza procesos más eficientes y resultados de mayor calidad en la fabricación.

En paralelo, Emuge ha introducido el tornillo de centrado EvoGrip, un dispositivo de sujeción directa accionado manualmente que sujeta la pieza de trabajo de manera centrada y con precisión. Su diseño compacto y modular no solo facilita el mecanizado en cinco ejes, sino que también lo hace compatible con una variedad de configuraciones de máquina. El EvoGrip puede ejercer una fuerza de hasta 75 kN, lo que lo convierte en una solución robusta y versátil para el mecanizado de piezas en bruto.

Complementando al EvoGrip está el sistema de sujeción de punto cero EvoPoint, que destaca por su alta precisión y capacidad para reducir los tiempos de preparación hasta en un 80 %, según afirma el fabricante. Este sistema se integra con el de centrado y es un ejemplo de cómo la modularidad puede potenciar la eficiencia en la configuración y el ajuste de los procesos de mecanizado.

Finalmente, existe una gama de mordazas de sujeción que varían desde modelos de una sola pieza hasta conjuntos de varias piezas que incluyen mordazas básicas, reversibles y de diferentes contornos. Estas opciones brindan flexibilidad y adaptabilidad a una amplia gama de aplicaciones de mecanizado, consolidando la importancia de los dispositivos de sujeción en la realización de mecanizados precisos y eficientes.