Nueva tecnología ofrece productividad de perforación mejorada para acero y hierro fundido

Es justo decir que el taladrado representa la mayor parte del mecanizado tanto en talleres pequeños como en grandes instalaciones de producción en la actualidad. Y la mayor parte de esa perforación consiste en perforar acero y hierro fundido de hasta 1" (25 mm) de diámetro. Lo que impulsa el rendimiento de perforación y roscado son los avances en sustratos, recubrimientos, diseños de tres canales y herramientas combinadas. Hay avances en el suministro de refrigerante, utilizando orificios de diferentes tamaños y formas para facilitar la evacuación de viruta.

Es posible que pueda utilizar algunos de los desarrollos recientes descritos aquí por varios fabricantes de herramientas líderes.

Drew Strauchen, vicepresidente ejecutivo de GWS Tool Group, Tavares, Florida, señaló que parte de la tendencia en evolución en la taladrado (y el trabajo de metales en general) es la personalización de las soluciones de taladrado para que se ajusten más perfectamente a la aplicación exacta del cliente y al mismo tiempo se minimicen las operaciones. “Poder elegir el mejor sustrato, geometría, recubrimiento y longitudes de herramientas para la aplicación específica del taller es fundamental para que más fabricantes busquen competir en un mercado global. Junto con la personalización, está la combinación de dos o más herramientas para reducir aún más las operaciones y los tiempos de ciclo: la definición misma de optimización”, dijo.

Además de implementar nuevos avances en tecnologías, GWS Tool Group está diseñando herramientas combinadas que permiten a los clientes realizar múltiples operaciones de perforación con una sola herramienta, en lugar de dos, tres o, a veces, incluso cuatro herramientas. "Poder adaptar una herramienta a una aplicación específica es fundamental para reducir las operaciones y los tiempos de ciclo", afirmó Strauchen. Dio un ejemplo de herramienta combinada desarrollada para un fabricante de coches eléctricos.

“La herramienta fue diseñada para un componente de aluminio altamente abrasivo y con alto contenido de silicio. La geometría de la herramienta combinaba un avellanado, un chaflán y una perforación en una herramienta de un solo paso que eliminó el costoso tiempo del ciclo”, dijo Strauchen. “Anteriormente, el proceso requería tres operaciones, tres cambios de herramientas y gestión de inventario de tres números de piezas diferentes. El diseño de tres canales y alto corte presenta conductos de refrigerante detrás de cada filo de corte para maximizar el avance, así como canales súper pulidos para mejorar aún más la evacuación de virutas. Las tasas de alimentación en esta aplicación superaron las 300 ipm”.

El sustrato era carburo de grano ultrafino con contenido reducido de cobalto para reducir la posibilidad de acumulación de bordes. El recubrimiento de la herramienta era un recubrimiento de ALU específico del material que extiende la vida útil de la herramienta manteniendo el filo.

Según Strauchen, las aplicaciones de acero también se benefician de las brocas de tres filos por varias razones. Los taladros de tres filos, que antes se utilizaban eficazmente solo para aplicaciones de aluminio, se están volviendo cada vez más populares para materiales como el hierro fundido y el acero. “Las nuevas formas de flauta combinadas con tecnología de refrigerante han ampliado la capacidad para materiales ferrosos. Agregar lo último en recubrimientos PVD ultrasuaves e integrar conos de red invertidos ha mejorado aún más nuestra capacidad para producir brocas que optimicen la productividad y al mismo tiempo garanticen una evacuación estable de la viruta”, afirmó.

El desafío número uno al perforar con tres canales en acero es lograr que las virutas se evacuen a través de un volumen de canales que naturalmente se hace más pequeño con la adición del tercer canal. "Las virutas de aluminio son más blandas y maleables, por lo que pueden ser expulsadas del agujero incluso si son más largas", dijo Strauchen. “Las virutas de acero, por otro lado, son mucho menos tolerantes si no se rompen y controlan adecuadamente. Con la adición de una tercera flauta, es fundamental producir virutas pequeñas (6 y 9) para garantizar resultados estables y consistentes”.

Las herramientas combinadas son versátiles, como sugiere esta selección de GWS. "Cada herramienta tiene su propia historia y el problema que resuelve", dijo Strauchen. “Un taladro crea tres pasos dentro de la pieza con acabados de espejo. Otro es un escariador de alta precisión de cuatro pasos con puertos de refrigerante de 45˚ en cada flauta. Este diseño mantiene una tolerancia de 2 μm y un acabado inferior a 8 RMS”.

También describió un gran escariador de carburo soldado con puertos de refrigerante escalonados en cada flauta. Este escariador de carburo soldado cuenta con un émbolo giratorio independiente diseñado para detectar agujeros ciegos o de tamaño insuficiente. Detecta estos agujeros comprimiendo al encontrar una obstrucción y bloqueando el refrigerante, lo que detiene la máquina antes de que se rompa la herramienta.

YG-1 USA, Vernon Hills, Illinois, es un proveedor de línea completa no solo de herramientas para hacer agujeros sino también de carburos, herramientas redondas e insertos, así como acero de alta velocidad, metales en polvo y cobalto. Produce unos 60 millones de herramientas redondas al año, según Steve Pilger, director nacional de productos de taladrado. “Atendemos a nuestros clientes con los últimos CNC, así como con Bridgeports heredados. El desafío de la perforación para los talleres es fabricar un producto de mayor calidad y hacerlo en el menor tiempo posible con las tolerancias más altas con herramientas que tengan una vida útil y capacidades de aplicación superiores”, dijo Pilger.

El principal producto de YG-1 es la broca de carburo sólido Dream Drill, según Pilger. "Dream Drills maximiza la vida útil de la herramienta y la evacuación de viruta cuando se trabaja con hierro fundido y acero", dijo. "Por ejemplo, para que las aplicaciones de acero funcionen con los avances y velocidades más eficientes, se podría recomendar un taladro de punta dividida, mientras que para acero inoxidable se podría utilizar un estilo de cuatro facetas más positivo". Los Dream Drills están disponibles con diámetros de 1 a 20 mm y longitudes de 3xD, 5xD y 8xD. YG-1 también los ofrece en brocas extralargas de 10xD, 15xD, 20xD, 25xD y 30xD, todas en stock. “Algunos clientes están cambiando la forma en que procesan algunos aceros, como el acero de aleación 4140. Quieren procesar piezas de alta calidad con altos índices de producción”, afirmó Pilger. "Necesitan una mayor velocidad de corte, con un promedio de 350 a 450 sfm para producir piezas de la más alta calidad y lograr la mayor vida útil de la herramienta". Para estos entornos de alta producción y gran volumen, YG-1 ofrece la línea Dream Drill Pro para aceros aleados y autopartes de hierro fundido.

Para perforar acero y hierro fundido donde se valora la flexibilidad y no se requieren las velocidades y avances más altos, YG-1 ofrece la línea I-Dream Drill General, que ofrece versatilidad en la perforación de aceros, carbono, aleaciones y hierros fundidos.

La incorporación más reciente a la línea de brocas de YG-1 es el taladro modular de cabeza intercambiable I-ONE, disponible en longitudes de 3xD, 5xD y 8xD. El cuerpo de acero ofrece flexibilidad y puede contener cinco o seis insertos de diferentes tamaños cortados desde el mismo cuerpo de acero flexible. I-One ofrece las ventajas de una broca de carburo con la flexibilidad de un cuerpo de acero.

Para el recubrimiento, YG-1 ha desarrollado un tratamiento posterior a la capa para su recubrimiento H patentado que ayuda a la evacuación de virutas en la perforación de agujeros profundos. “El tratamiento suaviza los picos y valles que resultan del recubrimiento. Descubrimos que podemos aumentar aproximadamente un 20 por ciento la vida útil de la herramienta aplicando pulido a las plaquitas, las puntas de las plaquitas y las brocas de tamaño normal”, afirmó Pilger. “Para la perforación de agujeros profundos, el suministro de refrigerante a alta presión en los centros de mecanizado ha permitido a los talleres que hace 15 años se veían obligados a perforar piezas a 1-2 ipm en máquinas perforadoras dedicadas. Ahora pueden procesar los mismos agujeros profundos en centros de mecanizado CNC a entre 20 y 30 ipm”.

Las tecnologías avanzadas utilizadas en la línea de perforación con cabezal intercambiable SUMOCHAM de dos canales de Iscar USA forman la base para el diseño de su línea de perforación con cabezal intercambiable LOGIQ3CHAM de tres canales. “Cuando piensas en un agujero, parece muy simple: solo un radio proyectado en una tercera dimensión. Pero es una característica común que se utiliza para producir productos en talleres y entornos de alta producción, como la automoción. [También es común en] aplicaciones de alta precisión como moldes, industrias médicas y todoterreno”, dijo Craig Ewing, especialista nacional en productos de perforación de Iscar USA, Arlington, Texas.

SUMOCHAM, que está disponible en diámetros que van desde 4 a 32,9 mm (0,157 a 1,295") en incrementos de 0,1 mm (0,004"), ofrece una variedad de preparaciones de bordes para varios aceros al carbono y aleados, así como aleaciones de acero de alta temperatura y inoxidable. SUMOCHAM cuenta con un sistema de sujeción que permite mejorar las tasas de producción de productividad, al tiempo que permite más índices de plaquita. El vástago en sí está diseñado con boquillas retorcidas y tiene un cuerpo duradero y de construcción estable. Los cabezales indexables están disponibles en diez geometrías estándar diferentes diseñadas para perforar acero, materiales exóticos, hierro fundido o aluminio, según la empresa.

El exclusivo diseño de bolsillo del taladro SUMOCHAM aprovecha las fuerzas de corte que se ejercen mecánicamente sobre la herramienta. Estas fuerzas se convierten en fuerzas de agarre utilizadas para apretar el inserto hacia la parte posterior de la cavidad; cuantas más fuerzas de corte se apliquen, mejores fuerzas de agarre se obtendrán.

Las brocas de cabeza intercambiable SUMOCHAM ofrecen una variedad de estilos para las aplicaciones comunes de acero aleado, dijo Ewing. “Están disponibles en profundidades de 1,5D, 3xD, 5xD, 8xD y 12xD para aplicaciones típicas de centros de mecanizado con mangos CAT 40 y 50, HSK, CAPTO, herramientas motorizadas en tornos y para uso en máquinas multifunción como Mazak Integrex”, dijo .

LOGIQ3CHAM es una línea de brocas con cabezal intercambiable de tres canales disponible en diámetros de 12 a 25,9 mm (0,472-1,020"). Los cuerpos de broca vienen en 1,5xD, 3xD, 5xD y algunos de los tamaños en 8xD. El canal adicional permite un mayor avance. "Estamos viendo que la tercera flauta es más beneficiosa en aplicaciones de alta producción, además de aumentar la vida útil de la herramienta", dijo Ewing.

LOGIQ3CHAM está diseñado para materiales al carbono y acero, fundiciones ISO P e ISO K y hierros nodulares. Según Iscar, puede aumentar la productividad hasta en un 50 por ciento en comparación con las perforadoras comunes de dos canales con cabezales intercambiables. Los filos de corte cóncavos permiten una penetración suave en el material de trabajo, así como un excelente centrado y una perforación estable. Las características incluyen un cuerpo de broca duradero hecho de un grado de acero duro y de alta resistencia para una mejor resistencia al desgaste. Las superficies pulidas de las ranuras garantizan una evacuación suave y sencilla de la viruta, y la sujeción en cola de milano evita que el cabezal de perforación se extraiga de la cavidad de la broca durante la retracción, según la empresa.

Roscar un agujero es uno de los últimos pasos críticos de producción y tener el macho correcto es fundamental para evitar retrabajos de piezas o incluso piezas desechadas, según Mark Hatch, director de producto, Emuge Corp., West Boylston, Mass. “Cuando se trabaja con materiales como Como las aleaciones de acero y el hierro, existe una amplia gama de complejidades que abordar para la selección adecuada de grifos”, dijo. “Al roscar aceros aleados, [hay] variaciones en la forma, el tamaño y la longitud de las virutas debido a variables en las propiedades químicas y el tratamiento térmico. El tipo y porcentaje de cada elemento químico, junto con el tratamiento térmico, se combinan para producir diferentes propiedades mecánicas que afectan la maquinabilidad. Al elegir un grifo para la aplicación en cuestión, es clave tener en cuenta el sustrato, el revestimiento y la geometría del grifo. “

Al seleccionar un sustrato, varios factores de mecanizado son críticos, como el torque, la estabilidad térmica y los factores de desgaste. Un sustrato de metal en polvo HSSE-PM, por ejemplo, ofrece mayor resistencia al desgaste para obtener bordes de herramientas de mejor calidad.

En los últimos cinco años, Hatch destaca mejoras en la vida útil de la herramienta para machos y en la consistencia del proceso gracias a los mejores recubrimientos de las herramientas. “Emuge ha desarrollado recubrimientos optimizados que están diseñados para ofrecer una excelente estabilidad térmica, resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Debido a que la adhesión del recubrimiento en los grifos puede ser un desafío debido a los picos y valles de las herramientas, Emuge ha diseñado recubrimientos que se distribuyen con precisión en las superficies y permanecen en su lugar”, dijo Hatch.

La geometría de la herramienta es un factor clave para el roscado eficiente de aleaciones de acero. La elección de una flauta recta o una flauta espiral, como la de ángulo de hélice bajo (flauta espiral lenta) o la de ángulo alto de hélice (flauta espiral rápida), dependerá de la maquinabilidad del material: su dureza y su tratamiento térmico. La elección afecta directamente al chip producido y al grifo elegido para el trabajo. Si el material está recocido, se producirá una viruta larga y un macho de espiral alto puede ser una buena opción. Sin embargo, a medida que el acero se endurece, este tipo de grifo puede romperse.

Los fabricantes tienen buenas opciones tanto en el perfilado (producción de roscas internas sin virutas) como en el corte de machos de roscar. Por ejemplo, Emuge ofrece Innoform–Steel-M, una línea de machos de roscar HSSE-PM para formar roscas con una calidad superficial mejorada, al tiempo que aumenta la resistencia estática y dinámica de la rosca, en aceros de resistencia media hasta 44 HRC.

Los machos de roscar Innoform-Steel-M cuentan con geometría poligonal para un par bajo y una vida útil más larga de la herramienta. Un sustrato de metal en polvo especial y un revestimiento de TiN-66 con mayor dureza reducen la fricción y prolongan la vida útil de la herramienta. Los machos de roscar Innoform-Steel-M se recomiendan para formar aceros de extensión en frío, aceros de cementación, piezas fundidas, aceros de nitruración tratables térmicamente y aceros para trabajo en frío, así como aceros de alta aleación y para trabajo en caliente.

Cuando el desafío son las virutas largas, hay machos de roscar disponibles con geometría de cara de corte y forma de flauta en espiral, que se combinan para afectar el flujo de viruta, la curvatura de la viruta y la longitud de la viruta. La tecnología de rotura de virutas de Emuge (Emuge CBTz) produce formaciones de virutas cortas, rotas y controlables que eliminan la obstrucción de la flauta y el posible fallo del macho de la máquina debido a dientes cortantes astillados o roturas, según la empresa.

La superficie del macho CBTz tiene un tratamiento de TiN para reducir la fricción entre el macho y la pieza de trabajo, lo que da como resultado mejores acabados de rosca y una mayor vida útil de la herramienta en aceros al carbono y aleados, aceros fundidos y forjados, aceros para herramientas y troqueles y acero inoxidable 300 hasta 35 HRC. .

Para acero endurecido y hierro fundido de viruta corta, los machos Emuge AH ​​son una nueva generación de machos Premium HSS-E y HSSE-PM que son especialmente eficientes para roscar materiales abrasivos y materiales con altos niveles de dureza, como el hierro fundido, común en el sector pesado. mercados de equipos y vehículos agrícolas. Los machos de roscar Emuge AH ​​están disponibles con o sin orificios pasantes de refrigerante y con revestimiento de TiCN o tratamiento de superficie de nitruro NT, para mejorar la vida útil de la herramienta.

Las aplicaciones exitosas de roscado dependen de varios factores importantes. Estos pueden incluir compensación axial en máquinas CNC, suministro de refrigerante interno y ventajas especiales relacionadas con accesorios de roscado autorreversibles, según Mark Johnson, presidente de Tapmatic Corp., Post Falls, Idaho. "El roscado rígido o sincronizado en máquinas CNC se ha convertido en un estándar de la industria", dijo. "Aunque la sincronización del avance de avance de la máquina con la rotación del husillo es precisa, siempre habrá una pequeña discrepancia entre el paso real de un macho específico y el movimiento sincronizado de la máquina".

Si se utiliza un soporte completamente macizo, incluso una discrepancia muy pequeña provocará fuerzas axiales elevadas en los flancos de las roscas. "Esto tiene un efecto negativo en la vida útil del grifo y la calidad de la rosca", afirmó Johnson. "El uso de un portamachos con una pequeña cantidad de compensación axial permite que el macho siga mejor su paso y esto reduce las fuerzas axiales para una mejora espectacular en la vida útil del macho y la calidad de la rosca".

Los portamachos SynchroFlex de Tapmatic incluyen una flexión mecanizada que proporciona una pequeña cantidad de compensación axial. "Las flexiones SynchroFlex tienen una alta tasa de resorte, lo cual es importante para evitar cortes axiales incorrectos", dijo. “Si la fuerza del resorte es demasiado suave, como en el caso de los portamachos tradicionales de tensión-compresión con una gran cantidad de compensación axial, se pueden producir errores de corte axial. Esto es especialmente cierto cuando se utilizan machos de roscar de alta velocidad y corte libre que a menudo se recomiendan para ciclos de roscado rígidos o sincronizados. SynchroFlex está diseñado para proporcionar la cantidad justa de compensación para el roscado sincronizado”.

La lubricación es importante para el roscado en general y especialmente para el roscado en forma de rollo. “El uso de un portamachos con capacidad de refrigeración interna permite el uso de machos con un orificio de refrigerante axial para orificios ciegos o con orificios de refrigerante radiales para aplicaciones de orificio pasante”, dijo Johnson. “Esto lleva el refrigerante a donde se necesita para cortar o formar las roscas. También ayuda enormemente a eliminar las virutas del agujero cuando se utilizan machos de roscar”.

Todos los portamachos SynchroFlex de Tapmatic incluyen un sistema de refrigeración interno equilibrado de alta presión. Se puede utilizar una presión de hasta 80 bar o 1200 psi y, debido a que el sistema está equilibrado, la presión del refrigerante no influye en la compensación axial de los portamachos.

Los accesorios de roscado autorreversibles ofrecen ventajas especiales en comparación con el roscado sincronizado. “Con el roscado sincronizado, debido a que el husillo de la máquina necesita detenerse y retroceder dentro de un número muy limitado de revoluciones, no es posible que la máquina mantenga la velocidad programada del husillo. El uso de un accesorio de roscado autorreversivo permite que el husillo de la máquina gire continuamente en una dirección a la velocidad real del programa. El resultado es un tiempo de ciclo más corto”, afirmó Johnson.

Por ejemplo, en una prueba que utilizó roscado rígido para taladrar diez orificios M8 a 2500 rpm, el tiempo del ciclo fue de 18 segundos. Repetir la misma prueba a 4.000 rpm ahorró sólo un segundo. Utilizar un accesorio de roscado autorreversivo a 2500 rpm para perforar los mismos diez orificios M8 tomó solo 11 segundos. "Además de mejorar el tiempo del ciclo, el uso de un accesorio de roscado autorreversivo también permite que el grifo funcione a la velocidad recomendada, y esto también proporciona una vida útil más larga", dijo Johnson.

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