Las plaquitas de torneado enfrentan nuevos desafíos

Comercializados originalmente por su competencia en aplicaciones de eliminación de metales pesados ​​y al mismo tiempo por ofrecer una mayor vida útil de la herramienta y eficiencia multipunto, los insertos de torneado se han vuelto más sofisticados en respuesta a los avances en materiales, máquinas, métodos e incluso factores sociales.

Los avances en los materiales que necesitan corte son un factor crucial en el desarrollo de plaquitas de torneado. Una nueva generación de materiales, que incluyen aleaciones resistentes al calor y materiales personalizados especialmente desarrollados, ha dado como resultado el desarrollo estratégico por parte de los fabricantes de herramientas de sustratos y recubrimientos tanto para insertos “listos para usar” como para insertos “especiales” o personalizados. La combinación de velocidades más altas y materiales más exóticos, como aquellos con alto contenido de vanadio, plantea un desafío continuo para los fabricantes de herramientas a medida que los clientes buscan eficiencias aún mayores, según Travis Coomer, gerente nacional de cuentas clave de GWS Tool Group, Tavares, Florida.

“Se necesitan calidades y recubrimientos que sean capaces de soportar altas temperaturas durante el corte. Además, para muchos materiales, como Inconel o titanio, se necesitan geometrías nítidas. Pero las geometrías afiladas y las preparaciones de los filos se ven muy afectadas por las altas temperaturas, por lo que [la plaquita] necesita una geometría afilada/positiva y un recubrimiento que proporcione resistencia al calor para obtener suficiente vida útil de la herramienta”, dijo Lothar Unglaub, director de gestión de cartera de marketing de Kennametal Inc. ., Latrobe, Pensilvania.

Edwin Tonne, especialista técnico y de capacitación en Horn USA Inc., Franklin, Tennessee, comentó: “Los nuevos materiales se desarrollan con propiedades favorables para aplicaciones específicas y no están necesariamente diseñados teniendo en cuenta las herramientas de corte. Esto es especialmente cierto en áreas como los dispositivos médicos y los implantes y genera la necesidad de realizar pruebas de maquinabilidad. Los insertos desarrollados para estas aplicaciones requieren carburos altamente homogéneos y de grado más fino para garantizar una calidad constante y una vida útil más larga, así como recubrimientos depositados mediante pulverización catódica que dan como resultado una mayor densidad y una mejor adhesión al sustrato”.

Martin Dillaman, gerente de ingeniería de aplicaciones de Greenleaf Corp., Saegertown, Pensilvania, señaló los problemas que ocurren con los materiales patentados. “Tenemos que descubrir cómo interactúan los materiales con el sustrato y el revestimiento. Obviamente, la temperatura puede degradar el inserto si es demasiado alta”, afirmó. “La solución es obtener la mayor cantidad de información posible sobre el material. Esto es más fácil con materiales comunes, pero el stock patentado proporcionado por el cliente puede ser extremadamente difícil porque a menudo se niegan a revelar información completa sobre la química y, como resultado, tenemos que depender del ensayo y error en lugar de la simulación”.

John Winter, especialista en torneado de Sandvik Coromant, Fair Lawn, Nueva Jersey, hace referencia al problema del control de virutas en materiales más nuevos. “En nuestro Centro de tecnología aeroespacial, investigamos continuamente sobre nuevos materiales. El control de viruta es un problema importante en los aceros con bajo contenido de carbono en aplicaciones tanto aeroespaciales como automotrices. De hecho, nos referimos a él como "el Santo Grial" en el mecanizado de automóviles. Para responder a esto, estamos desarrollando sustratos creados a partir de mezclas de polvo con alta resistencia al calor y, para aplicaciones de acero e inoxidable, estamos involucrando la tecnología Inveio en la alineación de cristales en los recubrimientos”.

Randy Hudgins, gerente nacional de productos de torneado y roscado en Iscar USA, Arlington, Texas, también destacó el valor de manipular la estructura cristalina. “Los nuevos grados que reducen la fricción y el calor para una vida más larga, incluidas las inserciones recubiertas de CVD, han sido fundamentales para mejorar la delaminación que encontramos en ciertos aceros. Esto ha aliviado los problemas de virutas difíciles de romper y la vida útil de las herramientas”.

Jens Bald, gerente de línea de productos de Seco Tools, Troy, Michigan, cita la dificultad para mecanizar materiales desarrollados para fines específicos: “Estos materiales se desarrollan para usos muy específicos, a menudo sin considerar su maquinabilidad o facilidad de producción. Vemos que los talleres mecánicos luchan por encontrar métodos y herramientas adecuados para mecanizar estos materiales, y los apoyamos con nuestra experiencia para encontrar una solución. Si es necesario, las inserciones (tanto el sustrato como el revestimiento) pueden adaptarse a ese nuevo material específico”.

La secuencia de las operaciones de producción también puede desempeñar un papel importante en el torneado de aleaciones duras. Jim White, gerente nacional de ventas de Carmex USA, Richfield, Wisconsin, afirmó: “El mecanizado después del tratamiento térmico supone un enorme ahorro de tiempo, pero hacerlo de forma económica no es tan fácil. Cualquier interrupción, como ranuras y orificios transversales, suele provocar roturas, por lo que encontrar el equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad del sustrato supone una gran diferencia. Los recubrimientos más recientes pueden soportar un 25 por ciento más de calor que los recubrimientos tradicionales como AlTiN. Dado que los materiales endurecidos y resistentes al calor, como las aleaciones a base de níquel y titanio, son más difíciles de mecanizar, los rangos de calor más altos ofrecen una mejor vida útil de la herramienta”.

La importancia de "pensar fuera de lo común" y conocer las capacidades del cliente es extremadamente importante, según Mike Trimble, gerente de producto de Vargus USA, Janesville, Wisconsin. "Hemos encontrado situaciones en las que el material que el cliente estaba usando tenía un alto contenido abrasivo". contenido que resultó en tener que ejecutar imágenes en la superficie inferior. En ocasiones, nuestro ingeniero de aplicaciones puede sugerir un material alternativo que funciona tan bien en la aplicación y da como resultado un mejor rendimiento y un menor tiempo de ciclo. También es fundamental conocer las capacidades de las máquinas del cliente para garantizar que el inserto funcione correctamente. Además, se debe tener en cuenta el portaherramientas, especialmente en situaciones difíciles de control de viruta”.

A medida que han aumentado tanto las velocidades de las máquinas como la prevalencia de los sistemas automatizados, el control de las virutas se ha convertido en una consideración primordial. "El cliente necesita seguridad en el proceso, y una gran parte de eso puede implicar el control de viruta, especialmente cuando hay varias máquinas involucradas", dijo Winter de Sandvik Coromant.

Hudgins de Iscar añadió: “Las operaciones de alta producción se preocupan especialmente por el control de virutas. Por ejemplo, la industria aeroespacial está bajo una tremenda presión debido a la cantidad de aviones que ahora requieren reemplazo. Su uso de nuevos materiales de alta temperatura exige un control eficiente de la viruta en la herramienta, así como en el manejo de todo el sistema”.

Dillaman de Greenleaf hizo referencia a la influencia de mejores capacidades de las máquinas. "Así como los materiales han evolucionado, las máquinas de hoy son mucho más avanzadas y ofrecen un mayor grado de control". Trimble de Vargus USA estuvo de acuerdo. "Los equipos actuales son mucho más rápidos y los clientes pueden maximizar el rendimiento de la herramienta mientras reducen los tiempos de ciclo".

Cuando se trata de características y propiedades deseadas por los clientes, siempre se cita una mayor vida útil de la herramienta, aunque se convierte en una mayor prioridad en tiempos económicos más difíciles. "El año pasado, el énfasis estuvo en la productividad", dijo Dillaman. "Este año, por razones económicas, la vida útil de las herramientas parece ser la principal prioridad".

Hudgins observó que la definición de vida útil de la herramienta por parte del cliente está altamente relacionada con la confiabilidad. “El precio es una cosa. El costo es otra. Para ofrecer mayor valor a los clientes, estamos muy involucrados en la capacitación sobre desgaste de insertos para evitar el reemplazo prematuro”.

Si bien la vida útil de la herramienta es un hecho, Unglaub de Kennametal destacó el valor de “la mayor precisión de indexación posible y geometrías de acabado más precisas”. Obviamente, la mayor vida útil de la herramienta debe caracterizarse por un rendimiento consistente y repetible”.

En general, una vida más larga y la capacidad de lograr tiempos de ciclo más rápidos son factores clave, según White de Carmex. “Ambos contribuyen a reducir los costos al aumentar la utilización o la eficiencia de la máquina. Si su taller tiene una eficiencia del 50 por ciento, sería una cifra extremadamente impresionante. La mayoría ronda el 25 por ciento”.

Abhay Chaubal, director de productos de torneado, roscado y ranurado de Seco Tools, cita la previsibilidad y el rendimiento. “Dependiendo de lo que fabrique el cliente, la vida útil de la herramienta puede variar. Las consideraciones importantes son los procesos predecibles y la consistencia de la vida útil de la herramienta”, dijo.

Según Trimble, es importante observar lo que hace el cliente, no sólo qué herramienta está utilizando. “En un sistema automatizado, cuando una máquina falla, se pierde toda la línea, por lo que en algunos casos, la rotura de virutas es una consideración principal. En otros, podría ser la consistencia del acabado”.

Tonne of Horn USA agregó: “Las características deseadas por el cliente varían según el mercado. Por ejemplo, nos ocupamos de una gran eliminación de material en el sector aeroespacial. En aplicaciones médicas, los principales requisitos son la precisión y el acabado”.

A medida que las piezas forjadas y fundidas con forma casi neta se han vuelto más comunes, se desea una mejor calidad de acabado, observó Winter. “Asimismo, se está ampliando la variedad de materiales utilizados en las inserciones”, afirmó. Las cerámicas con bigotes son cada vez más comunes en las operaciones de desbaste de la industria aeroespacial”.

Coomer de GWS señaló que, en aplicaciones de alto acabado, más fabricantes de herramientas utilizan superficies rectificadas en lugar de moldeadas. "Es la combinación del material y la geometría lo que hace que una plaquita de torneado tenga éxito".

A medida que las piezas se han vuelto más complejas y las máquinas multifunción (como torneado/fresado) aumentan en número, las respuestas de los fabricantes de herramientas han incluido tanto insertos especiales personalizados como herramientas multifunción. "Vemos una mayor demanda de herramientas combinadas de soluciones personalizadas con múltiples cavidades para plaquitas, diferentes diámetros, diferentes chaflanes y diferentes contornos que se pueden generar con un solo corte por herramienta", dijo Unglaub. “También vemos un aumento en la demanda de plaquitas con formas y perfiles complejos. En cuanto a las solicitudes múltiples, hay casos únicos, pero todavía no vemos una tendencia general”.

Bald de Seco Tool ve un aumento en las herramientas personalizadas, especialmente en el nivel más alto de optimización, y señaló que muchas de las ofertas especiales anteriores ahora son artículos “disponibles en el mercado”. Chaubal de Seco comentó: “Las herramientas diseñadas para múltiples aplicaciones incluyen herramientas de torneado y mandrinado, así como nuestras plaquitas MDT (torneado multidireccional) para ranurado y tronzado. En muchos casos, las herramientas especiales implican el desarrollo de herramientas combinadas que unen varias herramientas en una, por ejemplo, herramientas para mecanizado de diámetro interior y exterior. Esto es especialmente cierto en la producción en masa, ya que se relaciona con cualquier situación en la que el cliente no quiere mover la pieza a otra máquina para operaciones secundarias debido a una posible pérdida de tiempo y precisión.

"Las ofertas especiales siempre han sido una de nuestras ofertas principales", afirmó Tonne. “Más clientes están abiertos a ofertas especiales para eliminar compensaciones y reducir el tiempo del ciclo. También se utilizan para crear formularios complejos con una programación mínima. Por ejemplo, el Horn Super Mini HP puede girar, refrentar, perforar y perforar, conservando así las estaciones de herramientas y los tiempos de cambio. Además, las múltiples inserciones de aplicaciones ofrecen más funciones a la vez”.

Hudgins enfatizó la importancia del portaherramientas tanto en aplicaciones especializadas como multifuncionales. "Los portaherramientas no sólo determinan la longitud y el alcance, sino que también pueden ofrecer múltiples bolsillos en la misma herramienta". Dillaman añadió: “Un [portaherramientas] especialmente diseñado, aunque puede tener un coste mayor, puede ser clave tanto en aplicaciones especializadas como en la búsqueda de formas de duplicar los usos de las plaquitas. Con el soporte adecuado, a veces podemos utilizar plaquitas estándar que, con el tiempo, suponen un coste mucho menor”.

White citó la necesidad de tener precaución con las herramientas de múltiples aplicaciones. "Se puede terminar sacrificando la eficiencia por la conveniencia", dijo. “Las herramientas multitarea realizan varias operaciones pero a menudo ninguna de ellas bien. Por ejemplo, una herramienta particular puede tener la capacidad de taladrar, achaflanar y fresar roscados. Si bien solo utiliza una estación de herramientas en lugar de tres, todos los procesos toman más tiempo que si se usaran tres herramientas separadas”.

Trimble presentó una razón particularmente única para incorporar herramientas especiales. "En la industria del petróleo y el gas, ciertos clientes exigen herramientas especiales para fabricar piezas que sean únicas y que no puedan combinarse con piezas de la competencia que utilizan roscas Acme", dijo. "Creo que a esto se le llamaría el 'enfoque patentado' para inserciones personalizadas".

El desarrollo de plaquitas de torneado en el futuro cercano seguirá centrándose en “recubrimientos y sustratos más nuevos para aumentar la velocidad y la vida útil de la herramienta”, dijo Dillaman. Unglaub añadió que "el equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste seguirá siendo uno de los mayores desafíos para los recubrimientos, así como para los sustratos y la preparación de los bordes de las plaquitas".

Coomer ve la necesidad constante de optimizar la combinación de sustrato y recubrimiento, mientras que White observó que “recientemente, he visto más innovación en el ranurado para torno que en el torneado. Las últimas innovaciones suelen requerir propietarios propietarios”.

Según Winter, las ideas más nuevas involucran tanto bolsillos ISO como bolsillos patentados que son específicos para cortadores. "En el futuro, los procesos serán más refinados y afectarán tanto al soporte como al inserto". Trimble prevé “nuevas formas de llevar el refrigerante de alta presión a la vanguardia y habrá crecimiento en el mercado de prensas a medida”.

Hudgins estuvo de acuerdo y señaló que “el refrigerante de 1000 psi es ahora el estándar. El uso cada vez mayor de la impresión 3D para muchos componentes dará como resultado el desarrollo de más inserciones para operaciones de acabado y semiacabado tanto en piezas rotativas como prismáticas. También aumentarán las inserciones dirigidas a nichos de mercado y equipos auxiliares para sistemas automatizados”.

Chaubal anticipó el requisito continuo de "ofrecer soluciones más completas a los clientes, incluidos programas educativos, nuevos materiales, herramientas de acabado para formas casi netas y fabricación aditiva, y un mayor énfasis en la sostenibilidad y el reciclaje en todo el proceso de torneado y mecanizado".

También se ha pedido a los fabricantes de plaquitas de torneado que ayuden a responder a algunos de los desafíos sociales que actualmente afectan a la industria manufacturera. Tonne considera que la mano de obra es uno de los principales factores que influyen en el cambio. “Hablando francamente, la fuerza laboral no está tan capacitada como antes debido a la disminución de la educación comercial. Como resultado, la identificación del desgaste de las plaquitas y la facilidad de uso se han convertido en consideraciones en el diseño de plaquitas de torneado, así como de portaherramientas”.

Calvo estuvo de acuerdo. “Se ha vuelto más difícil atraer talento en el área manufacturera. En respuesta, hemos desarrollado 'Programas de educación técnica de Seco' para conocimientos de aplicación y mecanizado, así como soporte digital en nuestro sitio web y la aplicación Seco Assistant". Chaubal también señaló: "Tenemos que diseñar productos que ayuden al operador de la máquina, que puede tener menos experiencia, a encontrar la herramienta adecuada".

Otras consideraciones "sociales" citadas por Bald incluyen un mayor uso de material reciclado. “En la actualidad, nuestros productos incluyen una buena cantidad de carburo reciclado. La tendencia hacia el reciclaje y la sostenibilidad está creciendo en toda la industria”.

Lo que está claro es que el proceso de torneado, gracias a los avances tecnológicos en materiales, máquinas y complejidad de las piezas, así como a factores externos como las habilidades del operador y la sostenibilidad, continúa evolucionando. Los fabricantes de herramientas que atienden al mercado tendrán que equilibrar las demandas de los clientes de soluciones integrales y a menudo únicas con las presiones competitivas, el énfasis en precios más bajos y el alto costo asociado con la investigación y el desarrollo. Esto, necesariamente, resultará en la necesidad de asociarse con clientes clave, mejorar y agilizar los flujos de información sobre nuevos desarrollos y, cuando sea posible, establecer relaciones con colegas que en realidad pueden ser competidores en otras líneas de productos.

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