Tecnología destacada: sistema de torneado en duro

Sep 08, 2023

Torneado duro de un troquel de carburo en un torno Hembrug Mikroturn 100. Máquinas herramienta Hembrug

Las herramientas de carburo de tungsteno se utilizan en la industria de moldes y matrices, así como en aplicaciones de punzonado, estirado y extrusión. Esta herramienta es extremadamente resistente al desgaste y, a menudo, se caracteriza por contornos complejos, que están sujetos a los más altos requisitos de forma y acabado superficial.

Debido a la difícil maquinabilidad de estas piezas de trabajo, tradicionalmente se han formado mediante rectificado con muelas de diamante. Sin embargo, dado que los fabricantes enfrentan el desafío de reducir costos, mejorar la calidad y minimizar los tiempos de configuración, se está considerando el torneado en duro de alta precisión.

El torneado de alta precisión es un proceso muy flexible. Es fácil de configurar y cambiar, y puede combinar operaciones de ID y OD en la misma sujeción. También es posible lograr altas tasas de remoción de metal.

Los contornos complejos se programan y luego se producen en una máquina diseñada específicamente para torneado en duro utilizando el posicionamiento de deslizamiento CNC.

Durante el rectificado, una pieza de trabajo con varias formas complejas a menudo requiere múltiples configuraciones para completarse. Se necesitan formas de rueda específicas para terminar cada contorno, lo que requiere cambios de rueda. Para tamaños de lote pequeños, esto aumenta significativamente el tiempo de producción.

Ahora es posible un proceso de fabricación flexible para el acabado de herramientas de carburo mediante la combinación de una máquina de torneado dinámicamente rígida y precisa con herramientas de plaquitas intercambiables de diamante. La optimización de la máquina y las herramientas es clave para convertir con éxito el carburo de tungsteno con la misma precisión que el rectificado.

El carburo de tungsteno puede tener un valor de dureza de 80 HRC. El acero endurecido, por ejemplo, está en el rango de 58 a 65 HRC. Girar este material en un torno convencional produce vibraciones porque estas máquinas suelen tener características mínimas de amortiguación de la máquina.

Las elevadas fuerzas de corte requeridas para alejar el material de la pieza de trabajo son mayores en el carburo de tungsteno que en el acero endurecido. Estas fuerzas de corte más altas crean una presión de retroceso significativa en las guías y los cojinetes del husillo. Las máquinas de torneado convencionales no están necesariamente diseñadas para manejar estas fuerzas, y puede ocurrir un desgaste prematuro de las guías, incluso cuando se corta acero endurecido y mucho menos carburo. Esto conduce a una caída en la capacidad de la pieza para mantener su tamaño, precisión de forma y acabado superficial, así como a un mayor desgaste de la herramienta.

Hembrug Machine Tools, Haarlem, Países Bajos, parte del grupo español de maquinaria Danobat, se especializa en la producción de máquinas de torneado en duro de alta precisión. También tiene una amplia experiencia en procesos de torneado de piezas de trabajo de carburo de tungsteno con tolerancias muy estrechas donde se necesita una precisión submicrónica.

Hace más de 50 años, la compañía se alejó de los métodos tradicionales de construcción de tornos y desarrolló cojinetes hidrostáticos deslizantes y de husillo.

Este troquel de estirado se fabricó en 30 minutos en comparación con el antiguo proceso de rectificado de ocho horas con resultados de precisión similares.

Esta tecnología interna se aplica tanto a la guía deslizante como a los cojinetes del husillo en las máquinas Mikroturn de la empresa.

Esta tecnología proporciona propiedades de amortiguación y crea rigidez dinámica, independiente de la velocidad, que es necesaria para minimizar las vibraciones en la punta de la herramienta. Según la empresa, estas características son esenciales para una buena integridad del acabado superficial y una larga vida útil de la herramienta. La ausencia de contacto metal con metal entre los elementos móviles de la máquina da como resultado una plataforma sin desgaste.

Con este diseño y construcción, junto con una base de máquina de granito natural, viene un mayor costo de inversión en comparación con el de un torno de precisión convencional. Sin embargo, el beneficio es una vida útil más larga de la herramienta y menos ajustes necesarios de la máquina, junto con precisiones repetitivas consistentes de pieza a pieza debido a la estabilidad. Y, según el fabricante, la calidad de la pieza de trabajo está a la par con las tolerancias de rectificado.

Además de estos requisitos esenciales de la máquina, también se deben utilizar herramientas optimizadas.

En los últimos años, muchos desarrollos en herramientas intercambiables han llevado a mejorar la maquinabilidad del carburo. Solo las herramientas más duras y resistentes al desgaste permiten tornear carburo de tungsteno y, por lo tanto, solo el diamante califica.

Hay muchos tipos diferentes de insertos de diamante disponibles, pero se recomienda el uso de grados de PCD sin aglomerante porque son más resistentes al desgaste y más duros que el tipo de herramienta de diamante de un solo cristal. Aumentan la vida útil de la herramienta, mejoran los acabados superficiales y crean un mejor control dimensional, según Hembrug.

El grado de carburo (contenido de aglutinante, dureza, resistencia al desgaste y tamaño de grano) afecta su maquinabilidad. Y cuanto más fino sea el tamaño del grano, mejor será la precisión del acabado superficial. Con un tamaño de grano más grueso cuando se requieren acabados superficiales finos, Hembrug integra en su sistema de torneado una opción de rectificado con husillo o bruñido con piedra.

Con esta combinación, al torneado de desbaste y semiacabado le sigue una operación de esmerilado o bruñido para completar la pieza de trabajo. Utilizando una piedra KombiFin, esta opción de acabado permite conseguir acabados superficiales de Ra 0,02 µm. La combinación de torneado duro y acabado fino en una máquina aumenta la precisión y la flexibilidad. De esta forma, un fabricante puede lograr los resultados de rugosidad superficial necesarios independientemente del tamaño del grano.

Aunque el mecanizado en seco es posible con torneado en duro, el uso de un refrigerante (aire o líquido) a menudo es beneficioso. Con refrigerante, las virutas se eliminan más rápido, lo que minimiza la transferencia de calor a la pieza de trabajo. El uso de refrigerante también contribuye positivamente a la estabilidad del proceso.

Tener un método de mecanizado flexible como el torneado en duro, que puede producir herramientas de carburo con calidad de rectificado, definitivamente es bueno para la industria. Los contornos complejos son más fáciles de hacer y, en la producción de lotes pequeños, el torneado duro suele ser la opción preferida.

El Hembrug Mikroturn 100 3rdGeneration de nuevo diseño y totalmente hidrostático puede tornear en duro y acabar una pieza de metal duro en una sola configuración.

La capacidad de completar una pieza en una configuración, junto con tiempos de cambio más cortos, da como resultado costos más bajos, menos errores y plazos de entrega más cortos. Estos beneficios contribuyen en gran medida a la competitividad de cualquier fabricante, independientemente de las piezas de trabajo que se fabriquen.

Gary Anderson es gerente de ventas de América del Norte y Omar Geluk es comercializador senior, Hembrug Machine Tools, H. Figeeweg 1a+b, 2031 BJ Haarlem, Países Bajos, 31 23 5124900, www.hembrug.com.

El bruñido de la piedra después del torneado permite acabados superficiales de Ra 0,02 μm.