Nueva tecnología impulsa el aumento de la productividad en el fresado indexable

Muchos de los avances recientes en el brutalmente competitivo mundo de las herramientas indexables pueden parecer incrementales. Los detalles de los demás están envueltos en secreto. Pero dado que la elección de herramientas de corte puede tener un impacto enorme en la productividad, siempre vale la pena preguntar a los expertos qué hay de nuevo.

Comencemos con la antigua cuestión de decidir entre fresas indexables y de metal duro integral. Las primeras consideraciones, como lo expresó Luke Pollock, gerente de producto de Walter USA, Waukesha, Wisconsin, son “¿cuánto material se necesita eliminar y cuánto espacio de trabajo tienes?... Cuando tienes espacio y una gran cantidad de material para eliminar, definitivamente creo que las herramientas indexables son la mejor manera de hacerlo. Incluso vemos el uso de herramientas indexables en componentes pequeños durante las primeras operaciones, solo para aumentar la tasa de eliminación de material debido al tamaño y la cantidad de dientes de la herramienta”.

Dan Tucker, gerente del grupo de gestión de productos y especialista en fresado para el oeste de EE. UU. en Sandvik Coromant, Fair Lawn, Nueva Jersey, cuantificó la compensación diciendo que el carburo sólido supera a las herramientas de fresado indexables para diámetros de 5/8" (15,88 mm) y a continuación e “incluso se podría argumentar que el carburo sólido de ¾" [19,05 mm] de diámetro podría superar el indexable en cuanto a productividad. A menudo es difícil conseguir suficientes plaquitas indexables en una herramienta más pequeña para competir, no sólo en términos de cuántas se colocan en la cortadora, sino también en la longitud de las plaquitas para que coincidan con las de un carburo sólido”. El colega de Tucker, Joe DeRoss, especialista en fresado para el este de EE. UU., dijo que hay casos raros en los que es más rentable desbastar con una herramienta indexable de diámetro pequeño, aunque tendría menos dientes que una herramienta sólida del mismo tamaño. . Esto se debe a que es menos costoso (al menos desde el punto de vista de las herramientas) cortar el material con una fresa indexable de dos canales y luego cambiar los insertos cuando se desgastan.

Desde el punto de vista de las aplicaciones, Edwin Tonne, especialista técnico y de capacitación en Horn USA Inc., Franklin, Tennessee, dijo que el fresado de ranuras o el fresado de discos (fresado frontal) son los mejores ejemplos en los que los indexables superan a las herramientas sólidas. “Otro ejemplo sería el fresado frontal en cavidades cerradas más pequeñas. Con la minifresadora Horn 304, se puede mecanizar el fondo de una cavidad más profunda sin el gasto de una herramienta de carburo sólido más larga”, dijo.

Para DeRoss de Sandvik Coromant, el factor determinante a la hora de elegir una herramienta de carburo sólido en lugar de una indexable es la necesidad de lograr un acabado superficial superior. Se pueden agregar insertos Wiper a una herramienta indexable para mejorar el acabado de la superficie, pero DeRoss dijo que la única forma de competir con el mayor número de ranuras de la herramienta sólida es ralentizar el proceso. Pollock explicó que, por su naturaleza, una herramienta indexable nunca presentará un filo continuo tan perfectamente como una herramienta sólida. “Aunque una herramienta indexable de borde largo pueda alinearse bien, tal vez incluso hasta el punto en que no se sienta una línea testigo, casi siempre hay una línea testigo. … Siempre habrá un pequeño desajuste debido a que una herramienta indexable es un ensamblaje. Está [compuesto por] inserciones colocadas en un cuerpo de acero. Nunca tendrá un bolsillo en la ubicación perfecta y nunca podrá pulir el inserto hasta obtener el tamaño exacto. Siempre habrá un poco de acumulación. Eso no ocurre con las herramientas sólidas”.

Eso no quiere decir que los fabricantes de herramientas no estén intentando ajustar estas tolerancias. Tucker dijo que Sandvik Coromant fue la primera empresa en mecanizar las carrocerías en un estado endurecido, lo que resultó en una “cortadora mucho más precisa” (en lugar de tratarlas térmicamente después de cortar las cavidades). Añadió que Sandvik Coromant apunta a una desviación radial de 0,0005" (0,0127 mm) para las cavidades y ahora está estudiando nuevos materiales y diferentes procesos para lograr tolerancias más estrictas. Lo que se puede lograr al ensamblar la cortadora en el taller “depende”, dijo. dijo. Por ejemplo, se necesitarían insertos rectificados para acercarse a mantener esta tolerancia. Además de eso, todos deberían provenir del mismo lote. Pero si se trata de una herramienta verdaderamente indexable y que utiliza insertos de producción seleccionados al azar, "usted Probablemente estemos considerando cinco décimas a mil entre una inserción y otra con las inserciones rectificadas”, dijo Tucker.

"Si la periferia del inserto no está rectificada", añadió Pollock de Walter USA, "la variación será del orden de ±0,001-0,0015" [0,0254-0,0381 mm]. Esto podría dar como resultado un descentramiento total de hasta 0,003 [0.0762]" en el caso más extremo.”

"Indexable" no tiene por qué significar "simple" o "estándar". Por ejemplo, “el fresado de engranajes solía requerir máquinas fresadoras dedicadas”, observó Tonne de Horn USA. Pero los avances tanto en el software CAM como en la tecnología de herramientas de corte han permitido la producción de “incluso las formas de engranajes y estrías más complejas en tornos estándar con sincronización del eje C. Horn también produce herramientas de corte de engranajes en una plataforma indexable debido a estos avances”. DeRoss mencionó las fresas indexables de Sandvik Coromant para formas de raíces de turbinas. También fabrican cortadores de tulipanes especiales, tanto en carburo indexable como sólido, para la forma correspondiente en el anillo en el que se bloquean las hojas. Los rieles de ferrocarril, que tienen un borde redondeado, son otra gran aplicación para herramientas indexables especiales.

Pollock citó formas de plaquitas personalizadas para el mecanizado de cigüeñales. "Es uno de los componentes más caros de un motor de combustión interna y su mecanizado consume muchas inserciones, por lo que esta área recibe mucha atención". Tanto la forma de la plaquita como la geometría de la cara son fundamentales, explicó Pollock, "para mecanizar acero al carbono que producirá una viruta larga y poder controlarla". Añadió que la capacidad de prensar formas de plaquita únicas y mantenerlas con tolerancias estrictas en el proceso de sinterización es "probablemente la mayor innovación" en la creación de estas herramientas de forma. “Las tolerancias son bastante buenas desde el horno de sinterización. No es necesario volver a molerlos, lo que hace más posibles las geometrías complejas. Si tuviera que molerse, las formas que podrían producirse tendrían un límite mayor”.

Walter USA también fabrica una fresadora de roscas indexable con insertos especiales. (Para diámetros de 7/8" [22,23 mm] y menores, también es una versión de la herramienta de carburo sólido). Según Pollock, el diseño corta la viruta y la pliega sobre sí misma de manera que se separa del material. La herramienta presenta una disposición de varias filas que requiere múltiples revoluciones para cortar una rosca completa, explicó Pollock. "Dependiendo del paso de la rosca, podrían ser necesarias hasta cuatro o cinco vueltas para hacer la rosca completa. Pero las fuerzas de enganche más bajas produjeron "Nuestro diseño nos permite alimentar la herramienta más rápido y, de hecho, podemos reducir el tiempo del ciclo para que sea incluso más rápido que los machos de roscar. Normalmente, al cambiar de roscado a fresado de roscas, es común esperar una mejor calidad de la rosca, una mejor vida útil de la herramienta, "Y un mejor costo por pieza. Pero eso también significa saber que tendrá que sacrificar el tiempo del ciclo, porque el fresado de roscas normalmente lleva un poco más de tiempo. No con esta herramienta".

¿Cuándo debería considerar una herramienta personalizada para su situación particular? Tucker, de Sandvik Coromant, respondió: “cuando el número de piezas y el retorno de la inversión tienen sentido. … O si hay una característica en una pieza que no se puede realizar con una herramienta estándar”. Tonne dijo que un gran porcentaje de las ventas de Horn se realizan bajo pedido o soluciones personalizadas y ofreció los siguientes criterios: “Cuando la complejidad o las características de la pieza tienen una tolerancia más estricta de la que una máquina herramienta puede manejar. Por ejemplo, si el espacio entre ranuras debe ser de micras y la máquina herramienta tiene algún error debido a piezas internas desgastadas, una solución personalizada sería una buena opción. Si la programación de una característica se vuelve demasiado compleja, una solución personalizada indexable sería una buena opción, [como lo sería] si las operaciones se pueden realizar simultáneamente, como achaflanado, fresado de perfiles y fresado de ranuras”.

Los recubrimientos siguen siendo un factor clave para mejorar la durabilidad tanto de la plaquita como del cuerpo de la herramienta. La “salsa secreta” que utilizan los fabricantes de equipos originales para lograr los últimos recubrimientos sigue siendo eso, patentada y oculta. Sandvik Coromant ha lanzado una nueva versión de su recubrimiento Inveio, que utiliza el proceso CVD que, según Tucker, puede controlarse "a nivel molecular", de modo que las múltiples capas se alcen en columnas uniformes. “Realmente hemos dominado la consistencia de cómo se alinean el ancho y el largo de cada capa. … Y conseguimos un gran aumento en la vida útil de la herramienta e incluso un desgaste en todo el filo de la plaquita”. El sitio web de Sandvik Coromant no indica en qué consiste el recubrimiento, pero Tucker informó que es TiAlN.

Sandvik Coromant también ha lanzado un recubrimiento PVD, Zertivo, que sigue el mismo principio. Una vez más, Tucker afirmó que el factor diferenciador es la capacidad de Sandvik Coromant de “añadir mayor resistencia a nivel micro o nano de la línea del borde. Podemos llevar partículas fuertes hasta la línea del borde donde las necesitamos y mantener otro material detrás donde necesitamos dureza”. También destacó que el 90 por ciento de los recubrimientos de la empresa se realizan internamente, con procesos especializados e incluyen preparación secreta de bordes.

Por su parte, Walter USA ha desarrollado un proceso de recubrimiento CVD de presión ultrabaja que, según Pollock, le permite “poner más aluminio en un recubrimiento de nitruro de aluminio y titanio”. A menudo recomendamos el nitruro de titanio y aluminio para el fresado, porque es muy resistente y muy delgado, por lo que soporta muy bien la interrupción del fresado. Pero poniendo más aluminio en el nitruro de aluminio y titanio puedes correr mucho más rápido, porque el aluminio es la parte que resiste el calor. Puede soportar mucho más calor como un inserto de óxido de aluminio, pero no es tan frágil como ese recubrimiento debido al titanio”. Describió el enfoque como una mezcla que logra lograr los beneficios tanto de un recubrimiento de nitruro de aluminio y titanio PVD como de un recubrimiento de óxido de aluminio CVD. Fue necesario realizar modificaciones en el horno, pero Walter, por supuesto, no dice mucho más que el nombre: Tiger-tec Gold.

Pollock dijo que Walter USA también ha introducido un recubrimiento único para los cuerpos de sus herramientas, "para ayudar a proteger el acero y evitar el lavado de virutas". Dijo que la industria en general ha pasado del simple endurecimiento por cementación y, a través del endurecimiento, a un proceso de óxido de vapor que produce una superficie negra que controla el óxido, al niquelado, que produce una apariencia plateada plana. “Ahora la industria parece estar volviendo al negro. Pero lo nuestro no es sólo el proceso de óxido con vapor; Se trata de un revestimiento real aún más duro y resistente al desgaste, llamado Walter BLAXX”. Tucker adelantó que Sandvik Coromant presentará un nuevo cuerpo de fresa en octubre de 2022 que tiene una vida útil ocho veces mayor que los materiales que se utilizan actualmente.

Martin Dillaman, gerente de ingeniería de aplicaciones/gerente de proyectos de Greenleaf Corp., Saegertown, Pa., observó que el software CAM mejorado ha contribuido mucho a mejorar la vida útil de la herramienta. “El mayor enfoque en mantener un espesor de viruta constante ayuda a promover una vida útil más larga de la herramienta y un desgaste controlado a lo largo de la herramienta. Eso ayuda, ya sea que se trate de herramientas indexables o sólidas”.

Dillaman dijo que Greenleaf también se ha concentrado en desarrollar herramientas de inserción con líneas de refrigerante para extender la vida útil. “Ya sea que se use como refrigerante líquido o por aire, se necesita un flujo controlado hacia el filo para ayudar a evitar que se acumulen virutas y también para evacuarlas fuera del área por donde pasará la siguiente plaquita para cortar. Eso evita un posible recorte o empaquetamiento de virutas en las ranuras y mejora el rendimiento y el acabado general”.

Las herramientas cerámicas son una gran parte del negocio de Greenleaf. Para estas herramientas no se recomienda la refrigeración líquida, debido al choque térmico y la consiguiente pérdida de vida útil de la herramienta. Curiosamente, en sus pruebas, Greenleaf no encontró necesidad de diseñar portaherramientas de manera diferente para refrigerante por aire que para refrigerante líquido. Muchos de sus soportes pueden utilizar inserciones de cerámica o de carburo.

Pero no todo el mundo piensa que el refrigerante es siempre, o incluso frecuente, necesario y el refrigerante de alta presión (700-1000 psi) parece ser controvertido. En opinión de Pollock, el refrigerante a alta presión es útil para rectificar y tornear, pero no es necesario para fresar. Las bombas de alta presión “traen mucha vibración al corte”, sin mencionar “gritan como un alma en pena” cada vez que están en funcionamiento. De hecho, dijo Pollock, “hay materiales en los que preferimos no usar refrigerante. El acero al carbono es uno. Preferimos cortarlo en seco. Si necesitamos evacuar las virutas, podríamos intentar darles un poco de aire”. Y si el material requiere un refrigerante líquido, como titanio, Inconel, acero inoxidable o aluminio, un refrigerante a baja presión es suficiente.

Por otro lado, Tonne dijo que “el refrigerante de alta presión se ha vuelto más frecuente a medida que se agregan más y más asientos de plaquita a cada cortador. Si tiene una cortadora con 20 cavidades, necesita que la presión de entrada y el volumen de refrigerante sean lo suficientemente altos para abastecer cada cavidad. Los sistemas de fresado tangencial como los sistemas 610, 406 y 409 de Horn también son una razón por la que el refrigerante de alta presión es beneficioso. El núcleo fuerte, las altas velocidades de avance y los canales de viruta más pequeños de las cortadoras tangenciales requieren volumen y presión para evacuar las virutas. Al ranurar y perfilar aleaciones difíciles de mecanizar, se requieren las capacidades de enfriamiento y eliminación de virutas del refrigerante a alta presión.

"Un sistema de refrigerante estándar en una máquina típica podría estar en el rango de 80 a 200 psi", continuó. “Para cada salida de refrigerante en la bolsa se divide la presión. Para un sistema de 100 psi y una cortadora de 20 cavidades, eso significa que la presión de salida para cada salida de refrigerante es de aproximadamente 5 psi. No existe un número mágico para cada aplicación, pero definitivamente más es mejor”.

Acelerar la configuración aumenta la eficiencia y ha habido mejoras en los márgenes. DeRoss afirmó que Sandvik Coromant ahora utiliza tornillos más grandes en algunas de sus fresas porque “a veces los tornillos más pequeños son difíciles de manejar. Una vez utilizados, pueden empezar a bloquearse en el cortador. Por lo tanto, los tornillos más grandes son un poco más fáciles de quitar”.

Dillaman señaló el hecho de que Greenleaf suele utilizar una geometría redonda, “debido a la resistencia de la plaquita y a la capacidad de adelgazamiento de la viruta de esa forma en el fresado. También se presta para una indexación más rápida y sencilla de los insertos, porque puede aflojar el tornillo e indexar hasta el siguiente borde bueno simplemente girando el inserto. Ya sea que gire 20˚ o hasta 90˚, es solo una simple rotación, vuelva a bloquearlo y estará listo para comenzar”. Y como se mencionó anteriormente, Greenleaf ofrece insertos y portaherramientas de cerámica y carburo que admiten cualquiera de los dos. “De esa manera, se podría utilizar el mismo cortador, especialmente en talleres o lugares donde se mueven entre múltiples materiales y múltiples durezas. Una sola fresa podría utilizarse con distintos grados, ya sea de carburo o de cerámica”.

Greenleaf también ofrece una familia de herramientas con nidos indexables para los insertos. Llamadas cortadoras C4 y CP4, Dillaman explicó que permiten al usuario cambiar fácilmente entre geometrías de plaquita completamente diferentes. "Ya sea una plaquita redonda, una cuadrada o un diamante de 80°, se pueden cambiar los nidos, dependiendo de la geometría de la pieza que se está mecanizando".

Tucker y DeRoss destacaron la ventaja de los portaherramientas de cambio rápido, como el Coromant Capto, que se integran con el husillo de forma segura y con alta repetibilidad. La interfaz Capto ya no tiene patente y varios proveedores ofrecen muchos adaptadores de extensión y reducción, además de adaptaciones a otras interfaces de máquinas. DeRoss informó que aproximadamente tres cuartas partes de todas las nuevas máquinas multifuncionales y multitarea con cabezal de eje B ahora vienen equipadas con un husillo Capto.

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