Alejándose de (algunas) convenciones sobre herramientas

¿Se ha dado cuenta finalmente la industria de herramientas de corte de que los sistemas de plaquitas indexables ISO y ANSI, si bien son buenos para la estandarización, a veces obstaculizan el aumento de la productividad?

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Las normas están diseñadas para ayudar al mundo a trabajar de manera más eficiente. Esto ha sido cierto durante mucho tiempo en el sector manufacturero. Comenzando con la invención del torno cortador de tornillos por parte de Henry Maudslay y la resultante estandarización de las roscas de los tornillos, la industria se ha esforzado por lograr intercambiabilidad, previsibilidad, calidad constante y reducción de desperdicios, todo lo cual es posible gracias a estándares ampliamente aceptados y bien documentados.

Lo mismo ocurre con las herramientas de corte indexables. Ya sea ANSI B212.4-2002 en los EE. UU. o la norma ISO 1832:2017 del resto del mundo, ambos conjuntos de normas se refieren a especificaciones claramente definidas (y casi idénticas) para la forma, el tamaño, el espesor y otras características de la plaquita, todas ellas que sirven para hacer que estas herramientas de corte críticas sean intercambiables, independientemente del fabricante.

No es necesario repetir esas especificaciones aquí. Cualquier catálogo o sitio web de herramientas de corte indexables tiene una página o dos dedicadas a ellos. También hay docenas de libros y artículos de revistas que explican estos estándares, sin mencionar los innumerables gráficos coloridos que cuelgan en las paredes de las cajas de herramientas en todas partes, brindando a los maquinistas amplios recursos para identificar, ordenar y aplicar insertos de fresado y torneado.

Más interesante es el creciente número de fabricantes de herramientas de corte que han comenzado a desviarse de estos estándares, una tendencia que es particularmente cierta para las aplicaciones de torneado. Sí, las herramientas de fresado tienen su parte de insertos no estándar, pero es el departamento de torneado el que ha visto una notable afluencia de herramientas que no sólo no son estándar sino que, en muchos casos, nos exigen repensar por completo nuestros procesos de extracción de metal.

Kennametal Inc., con sede en Pittsburgh, por ejemplo, ha presentado el FIX8, una plaquita giratoria de doble cara cuyo diseño tangencial literalmente voltea ISO y ANSI. Robert Keilmann, responsable de marketing, explicó que FIX8 no requiere métodos de programación especiales, aunque podría obligar a los talleres a reconsiderar sus avances y velocidades.

Un competidor directo de los insertos tradicionales CNMG (diamante de 80°) y WNMG (más conocido como trígono), promete una reducción de hasta el 15 por ciento en las fuerzas de corte y, como su nombre lo indica, ocho filos de corte por inserto para menores costos de herramientas.

"El FIX8 reduce los costos de herramientas y aumenta la productividad de los fabricantes que realizan torneado y refrentado de servicio mediano y pesado en acero, acero inoxidable y hierro fundido", dijo Keilmann. “Sus fuerzas de corte más bajas y su sistema de sujeción extremadamente rígido admiten velocidades de avance y DOC [profundidad de corte] extremadamente altas, incluso en interrupciones intensas. Debido a esto, estamos viendo una adopción generalizada por parte de los fabricantes de automóviles que tornean ejes y tubos largos, aunque es una buena opción para cualquier operación de desbaste o semiacabado de uso general, independientemente de la industria”.

A veces, una plaquita giratoria parece cumplir la norma ISO pero, en realidad, es un diseño patentado. Lo mismo ocurre con las herramientas redondas que se encuentran en la línea CoroTurn 107 de Sandvik Coromant US, Mebane, Carolina del Norte, que emplean una serie de ranuras (una interfaz de riel) en la parte inferior del inserto que se acopla con los elevadores macho en el bolsillo del portaherramientas.

John Winter, gerente de producto de la compañía para el este de EE. UU., explicó que la interfaz bloquea de forma segura el inserto en su lugar, eliminando la rotación durante el corte intenso que puede romperlo o el tornillo de sujeción. También hace que la indexación sea más consistente, lo que conduce a un mecanizado más predecible. Sandvik Coromant emplea una interfaz similar (iLock) en su línea de roscado indexable CoroThread 266 y ha aprovechado su mayor seguridad para ofrecer OptiThreading, un método de programación que “hace rebotar la herramienta dentro y fuera del corte” y que Winter describe mejor como un movimiento de la máquina de coser.

Sin embargo, es el sistema PrimeTurning de la empresa el que ha recibido mayor atención en los últimos años. Aunque Winter no puede revelar los detalles exactos, reveló que la próxima generación del exclusivo sistema de herramientas de corte, definitivamente no ISO, llegará a finales de este año. Por ahora, los maquinistas CNC deben contentarse con CoroTurn Prime A, diseñado para desbaste, perfilado y acabado ligero, y CoroTurn Prime B, la plaquita de desbaste con forma de balón de fútbol. Ambos estilos rompen con la convención al girar excepcionalmente bien en la dirección Z+ (lejos del mandril) y realizan la mayor parte del trabajo pesado con la parte posterior del inserto.

PrimeTurning aprovecha el efecto de adelgazamiento de la viruta, el mismo fenómeno que hace que el fresado trocoidal sea tan eficaz (consulte la barra lateral). Cualquiera que gire grandes cantidades de ejes sabe que puede disfrutar de beneficios similares utilizando una plaquita redonda o con ángulo de avance positivo. Sin embargo, estas herramientas convencionales no pueden tornear un hombro cuadrado o socavar, mientras que se dice que Prime A y B sobresalen en ambos, al igual que muchos de los productos competidores que han surgido desde su introducción.

Cuando se le preguntó por qué un maquinista no puede simplemente usar una plaquita de un solo lado de 35° o 55° para “girar hacia atrás”, Winter dijo que trabajó con un taller que estaba haciendo precisamente eso durante los primeros días de PrimeTurning. “Las virutas largas y fibrosas eran una batalla constante y la vida útil de la herramienta era bastante pobre. Esto se debe a que las plaquitas estándar simplemente no están diseñadas para cortar en la dirección Z+. Como descubrió este cliente, puede hacerlo funcionar, pero en la mayoría de las aplicaciones, los resultados no son satisfactorios. Han estado utilizando nuestra solución Prime desde entonces”.

Winter añadió que eludir la norma ISO da a los fabricantes de herramientas de corte una mayor libertad para desarrollar rompevirutas y geometrías innovadoras que a menudo son más productivas que el status quo. Este fue ciertamente el caso de Ingersoll Cutting Tools USA, Rockford, Illinois, donde el gerente de productos de torneado, Raymon Avery, señaló que muchos de los productos lanzados durante el año pasado bajo la marca SFeedUp tienen cavidades que no son ISO y fueron diseñados para torneado multidireccional.

Como ejemplo, Avery señaló el TurnSFeedF de la empresa, una plaquita estilo trígono que a primera vista parece una herramienta de ranurado excepcionalmente ancha pero que cuenta con avances longitudinales de hasta 3 mm/rev en cualquier dirección. También está la serie SuperTurnZ, cuyas diversas formas parecen aventurarse en territorio Prime.

Avery apoyó la evaluación de Winter sobre las geometrías ISO. Alejarlos, señaló, permite a los ingenieros de herramientas utilizar el análisis de elementos finitos (FEA) y otras herramientas de simulación avanzadas para optimizar las capacidades de eliminación de metal de un inserto, pero sin las limitaciones impuestas por un estándar de décadas de antigüedad.

Avery destacó varias características adicionales, como mecanismos de bloqueo únicos que eliminan el movimiento del inserto durante cargas pesadas y asientos de inserto con contacto de tres puntos para mayor estabilidad al girar en múltiples direcciones. Cuando se combina con los recubrimientos de alto rendimiento actuales y el refrigerante de alta presión que pasa a través de la herramienta, ahora estándar en la mayoría de los portaherramientas (incluido ISO), los talleres están arrancando metal a velocidades nunca antes vistas.

Sin embargo, cualquiera que haya estado parado frente a un torno por mucho tiempo probablemente haya sentido el terror ocasional cuando una pieza sale volando del mandril y sabe que las fuerzas de giro siempre deben aplicarse hacia el cabezal. Es una preocupación justa.

Dijo Avery: “Entendemos que alejarse del mandril tiende a sacar la pieza de trabajo y que algunas aplicaciones no son candidatas viables para el torneado multidireccional. Aún así, suponiendo que tenga una sujeción de alta calidad y un buen agarre del material, los beneficios son claros: no solo puede aumentar significativamente las tasas de eliminación de metal, sino que también puede utilizar ambos lados de la plaquita y el control de viruta es mucho mejor. , y gracias al efecto de adelgazamiento de la viruta, la vida útil de la herramienta aumenta sustancialmente”.

David Essex, gerente de producto de Tungaloy America Inc., Arlington Heights, Illinois, tiene su propia lista de éxitos de productos no ISO para compartir. Estos incluyen el multifuncional TungBoreMini y el MiniForceTurn de doble cara pero con inclinación positiva, los cuales (como sugieren sus nombres) están destinados al torneado de piezas más pequeñas con un DOC más liviano, al menos en relación con las plaquitas de desbaste que se acaban de describir. Para aplicaciones más pesadas, Essex podría recomendar el TurnTenFeed de doble cara y forma de pentágono, particularmente cuando los costos de herramientas son una preocupación, mientras que el TurnFeed de la compañía es un inserto de torneado de "alto avance" similar en forma y función al TurnSFeedF de Ingersoll.

En el frente multidireccional, Tungaloy lanzó recientemente sus sistemas AddMultiTurn y AddY-axisTurn. El primero es un inserto triangular que, según el sitio web de la empresa, es igualmente adecuado para torneado frontal, torneado posterior, perfilado y torneado frontal. "Ese realmente ha despegado para nosotros", dijo Essex. “AddY-axisTurn, por otro lado, es un poco más limitado en términos de talleres que pueden usarlo actualmente, ya que está hecho para tornos de eje Y y máquinas multitarea con una interfaz estilo PSC (Capto). Estamos viendo que se compran muchos más tipos de máquinas de este tipo con portaherramientas Capto debido a los beneficios en cuanto a precisión y velocidad de los cambios de herramientas”.

A Essex no le preocupa demasiado la posibilidad de que las piezas se salgan del mandril durante las operaciones de giro multidireccional. Aun así, sugirió utilizar un centro activo como soporte siempre que sea posible para obtener la máxima seguridad y, como indicó Avery de Ingersoll, agarrar la pieza con un mandril de alta calidad, preferiblemente uno con mandíbulas superiores endurecidas.

Lo más importante, dijo, es seguir las recomendaciones de avance, velocidad y DOC del fabricante de la herramienta de corte, lo cual es un buen consejo para cualquier aplicación de mecanizado. “Con estas herramientas, normalmente se realizan cortes ligeros a velocidades de avance muy altas. Hacerlo ayuda a romper la viruta y mejorar la vida útil de la herramienta y, en la mayoría de los casos, elimina más metal en menos tiempo que con un corte pesado y una velocidad de avance más baja. Las inserciones de estilo ISO seguirán teniendo su lugar, pero recomiendo encarecidamente a las tiendas que busquen algunas de las alternativas más nuevas. Hablando de Tungaloy, al menos, nuestros clientes están bastante satisfechos con los resultados”.

Cada uno de los proveedores de herramientas entrevistados para este artículo señaló la necesidad de contar con trayectorias de herramientas no convencionales que combinen con sus herramientas de corte no convencionales. Varios proveedores de CAM han comenzado a abordar esta necesidad, entre ellos CNC Software LLC, Tolland, Connecticut, creadores de Mastercam. Ben Mund, director de marketing de canales de la empresa, señaló que estos caminos comparten muchas de las mismas cualidades que los utilizados con las rutinas de fresado trocoidal o, en el caso de Mastercam, el fresado dinámico.

“Trabajamos estrechamente con Sandvik Coromant en su solución PrimeTurning y, durante ese proceso, consideramos necesario desarrollar lo que yo llamaría trayectorias 'conscientes del material'”, afirmó. "El objetivo era distribuir la carga de viruta en tantas superficies como fuera posible manteniendo la carga de viruta constante, por lo que aplicamos algunas de las mismas técnicas que habíamos desarrollado para Dynamic Milling a PrimeTurning".

Estas técnicas incluyen la formación de arcos dentro y fuera del corte a velocidades de avance ligeramente más bajas, reduciendo así el impacto en la plaquita y evitando enterrar la plaquita en las esquinas. Junto con el ángulo de avance positivo de la herramienta y el uso de parámetros de DOC bajo y alto avance, similares a los del fresado trocoidal, PrimeTurning y otras soluciones multidireccionales hacen posible aumentar considerablemente las tasas de eliminación de metal.

La pregunta entonces es: ¿Deberían los talleres utilizar algunos de estos mismos métodos de programación con herramientas de torneado convencionales y omitir los ciclos de desbaste repetitivos múltiples tradicionales G71 utilizados en los controles de máquina compatibles con Fanuc? Quizás sea así, sugirió Jesse Trinque, ingeniero de aplicaciones de CNC Software.

"Como programador de Mastercam, no uso G71 ni ninguno de los otros ciclos fijos que se encuentran en las máquinas CNC, y puedo decirle que hay formas mucho más efectivas de tornear una pieza", dijo. “Sí, para la programación manual no hay otra opción y entiendo la conveniencia que conllevan estas rutinas. Pero por las mismas razones por las que el fresado dinámico y otras trayectorias de herramientas de alto rendimiento son claramente superiores a los enfoques de fresado tradicionales, la programación de tornos moderna generada por CAM también es mejor que los métodos manuales anticuados, especialmente cuando se combinan con algunas de las herramientas de torneado más nuevas. .”

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