Tendencias en la aplicación de herramientas de corte: ranurado, torneado y tronzado

La tecnología de las herramientas de corte avanza de manera sutil y significativa, y las necesidades de los talleres también cambian. Vale la pena dar un paso atrás para hacer un balance en estas dos importantes áreas de cambio para las herramientas de corte, a saber: cómo se diseñan y fabrican, y cómo se utilizan.

Recientemente hablé con John Kollenbroich, jefe de gestión de productos del proveedor de herramientas de corte Horn, sobre las tendencias que está viendo. Nuestra conversación fue en la plataforma digital IMTS Spark. Encuentre la conversación completa allí. He aquí un extracto:

Modern Machine Shop: en herramientas de ranurado, torneado y tronzado se observa una mayor demanda de herramientas con refrigeración interna. Hay un par de factores aquí de los que hablaremos: más reconocimiento de esta necesidad, además de un cambio tecnológico en esta herramienta. En primer lugar, ¿por qué es valioso el refrigerante a través de la herramienta y por qué cree que los talleres lo necesitan más?

John Kollenbroich: Llevar refrigerante al filo de corte es fundamental para cualquier aplicación de manufactura. Esto ayuda a enfriar la zona de corte, proporciona una lubricación muy necesaria y puede contribuir a romper la viruta. Muchas veces se usan líneas externas para salpicar refrigerante cerca de la zona de trabajo. Las virutas largas pueden interferir fácilmente con este método de entrega y podrían derribar las líneas. Además, a veces es necesario cambiar las herramientas o las líneas de refrigerante indexadas pueden moverse para un mejor acceso a la herramienta. Luego, cuando la línea se coloca de nuevo, nunca vuelve a ser la misma. A menudo se utiliza la metodología de dar y tomar para cubrir con este refrigerante las áreas que se mecanizan, por lo que todas las herramientas se enfrían un poco, pero ninguna de ellas obtiene un enfriamiento ideal. Una herramienta con paso interno de refrigerante permite una precisión milimétrica con una dirección específica del refrigerante apuntada exactamente a la zona de corte. Este suministro de refrigerante suele no verse afectado por la producción de viruta y, ocasionalmente, si se usa alta presión, puede ayudar a romper la viruta. También tenemos aplicaciones en las que la herramienta de paso de refrigerante ha mostrado una mejora notable en la vida útil de la herramienta.

MMS: El refrigerante a través de la herramienta está disponible en cortadores que antes no podían ofrecerlo. ¿Qué ha cambiado en la tecnología de fabricación de herramientas para posibilitar esto?

JK: Ha habido un gran cambio en la capacidad de perforar agujeros de diámetro pequeño muy profundos y hacerlo en una atmósfera de producción. Parte de esto proviene de máquinas perforadoras que pueden alcanzar las velocidades necesarias y sujetadores que brindan mejor sujeción y menor desalineación. La otra parte proviene de herramientas diseñadas específicamente para esta aplicación de perforación. Hay casos en la fabricación de nuestras herramientas en los que trabajamos con agujeros de 1 a 1.5 mm de diámetro y de 10 a 20 diámetros de profundidad. Hemos aprendido a diseñar para aprovechar esto. En una herramienta de paso de refrigerante es posible agregar material en áreas que pueden necesitar resistencia adicional, lo que permite perforar los puertos de refrigerante que se cruzan en consecuencia.

MMS: En los centros de mecanizado en particular, la velocidad sigue aumentando. Quizás la velocidad máxima disponible para los husillos del centro de mecanizado no haya cambiado tanto, pero la utilización de husillos de mayor velocidad sigue siendo más común. Entonces, si la velocidad máxima no ha aumentado, la velocidad promedio en los talleres ciertamente lo ha hecho. ¿Cómo responden las ofertas de herramientas de corte a esto? ¿Qué aspecto de la ingeniería de herramientas corresponde a una mayor velocidad de corte?

JK: Las máquinas y las herramientas parecen tener un baile de ida y vuelta en términos de cuál es el líder. En la actualidad, creo que las herramientas de corte están a la cabeza, ya que pueden soportar velocidades de superficie extremadamente altas. Esto se debe, sobre todo, a los recubrimientos y la tecnología de recubrimiento. Los recubrimientos continúan evolucionando, con más capas y diferentes materiales utilizados. Esto es algo con lo que todos los fabricantes de herramientas están jugando en algún nivel. Los cambios en la tecnología de recubrimiento son algo más limitados y no muchos juegan en este campo. Un proceso que me viene a la mente es “HiPIMS” o pulverización catódica con magnetrón de impulso de alta potencia. Este proceso utiliza una sincronización de microsegundos de pulsos de potencia extrema. Esto permite que el metal se ionice a nanopartículas que se depositan en las herramientas. El proceso facilita una mayor adherencia y dureza del recubrimiento, al tiempo que mantiene una gran lubricidad. Además, el proceso ha reducido considerablemente los esfuerzos de compresión. Esta reducción permite utilizar preparaciones de bordes más pequeñas, lo que resulta en herramientas más afiladas.

Piense en las tensiones de compresión como algo que tira en todas direcciones al mismo tiempo. Si estas tensiones están tirando de un borde afilado, puede hacer estallar el carburo de inmediato. Para evitar el problema, se prepara el filo en la herramienta. Básicamente, pulir el borde, que quita ligeramente el filo de la herramienta. Todos los fabricantes de herramientas deben hacer esto para soportar de manera adecuada el recubrimiento. Con HiPIMS se puede tener una menor preparación del filo y, por lo tanto, una herramienta más afilada para un mecanizado más libre. Tener una herramienta más afilada permite una mayor vida útil de la herramienta. En nuestras pruebas hemos visto mejoras del 50 % con la tecnología de recubrimiento HiPIMS.

MMS: Aquí hay un tema que no se relaciona directamente con el filo de corte, pero que puede conectarse con ahorros de tiempo significativos: tiempo de alistamiento. ¿Ve algo relacionado con las herramientas de cambio rápido y su adopción?

JK: Sí. Las mejoras en la vida útil de la herramienta se suman. El aumento permite un menor costo por parte, pero la mayoría de las veces, estos ahorros equivalen a retornos limitados. Una de las razones de este factor limitante es el tiempo de cambio de herramienta. Se trata de una pérdida de tiempo de mecanizado. A veces, esta pérdida es pequeña, digamos 5 minutos para cambiar una herramienta, otras veces puede ser muy grande, 30 minutos o más. Si usted puede implementar herramientas de cambio rápido y cambiar constantemente nuevas herramientas en 1 o 2 minutos, sus ahorros se acumulan pronto. Las máquinas tipo suizo son un área donde el ahorro puede ser muy grande. Un cambio de inserto típico en una máquina tipo suizo puede ser de 15 minutos por herramienta. Si cambia tres herramientas por turno, son 45 minutos de tiempo sin producción. Ahora mire los tiempos de cambio rápido de 2 minutos, 3 veces al día, y está en 6 minutos. Son casi 40 minutos de producción que ha recuperado. Considerando una tarifa típica de la máquina de $100, usted ahorra $65 en ese turno. Haga eso durante una semana, dos turnos por día, y habrá recuperado casi 400 minutos, o un turno libre de producción. Esta podría ser la diferencia entre la necesidad de agregar equipos o utilizar mejor las máquinas que tiene.

MMS: La reducción del tiempo de alistamiento es una manera de aumentar la capacidad de mecanizado disponible. Otra forma importante que explora un número creciente de talleres es el mecanizado sin luces. La herramienta de corte tiene un papel aquí. ¿Cuál es la forma de pensar sobre las herramientas en el mecanizado desatendido?

JK: El mecanizado sin luces es un concepto que emplean muchas empresas, pero no todas tienen éxito. Algunas veces solo se pueden ejecutar ciertos trabajos debido a problemas dentro de la máquina. Otras veces, los talleres reducen la velocidad de sus herramientas en un intento por aumentar la vida útil de la herramienta y con suerte alcanzan un turno completo sin supervisión. Este no es siempre el enfoque correcto.

Las herramientas se desarrollan para cortar dentro de ciertos parámetros y la vida de la herramienta se vuelve predecible solo dentro de la ventana de operación adecuada. Una vez que tenga una vida útil predecible de la herramienta, independientemente del tiempo en la máquina, puede comenzar a considerar la operación desatendida.

Además, otra razón para operar las herramientas dentro de los parámetros adecuados es el control de viruta. Cuando una herramienta está subalimentada pueden suceder muchas cosas. Es posible que tenga un desgaste prematuro debido a más fricciones que cortes, y podría crear una viruta más fibrosa que bloqueara el flujo de refrigerante o causara problemas en otras herramientas.