Alejarse de (algunas) convenciones de herramientas

Jul 12, 2023

¿Se ha dado cuenta finalmente la industria de herramientas de corte de que los sistemas de plaquitas intercambiables ISO y ANSI, aunque son buenos para la estandarización, a veces se interponen en el camino de una mayor productividad?

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

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

No hay necesidad de repetir esas especificaciones aquí. Cualquier catálogo o sitio web de herramientas de corte indexables tiene una o dos páginas 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 afluencia notable de herramientas que no solo no son estándar sino que, en muchos casos, nos obligan a repensar por completo nuestros procesos de remoción de metal.

Kennametal Inc., con sede en Pittsburgh, por ejemplo, presentó el FIX8, un inserto de torneado de doble cara cuyo diseño tangencial literalmente voltea ISO y ANSI de un lado. El gerente de cartera de marketing, Robert Keilmann, explicó que FIX8 no requiere métodos de programación especiales, aunque podría obligar a las tiendas a reconsiderar sus avances y velocidades.

Como competidor directo de los insertos tradicionales CNMG (diamante de 80°) y WNMG (mejor conocido como trigon), promete hasta un 15 por ciento de reducción en las fuerzas de corte y, como su nombre lo indica, ocho filos de corte por inserto para reducir los 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 soportan velocidades de avance extremadamente altas y DOC [profundidad de corte], incluso en interrupciones fuertes. 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 elección para cualquier operación de desbaste o semiacabado de uso general, independientemente de la industria".

A veces, un inserto de torneado parece cumplir con el estándar ISO pero, en realidad, es un diseño patentado. Lo mismo sucede con las herramientas redondas que se encuentran en la línea CoroTurn 107 de Sandvik Coromant EE. UU., Mebane, NC, que emplean una serie de ranuras (una interfaz de riel) en la parte inferior de la plaquita que se acoplan con elevadores macho en el alojamiento del portaherramientas.

John Winter, gerente de productos de la compañía para el este de los EE. UU., explicó que la interfaz bloquea de manera segura el inserto en su lugar, lo que elimina la rotación durante el corte pesado que puede romperlo o romper 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 intercambiable CoroThread 266 y ha aprovechado su mayor seguridad para ofrecer OptiThreading, un método de programación que "rebota 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 la mayor atención en los últimos años. Aunque Winter no puede revelar los detalles exactos, reveló que la próxima generación del sistema de herramientas de corte único, definitivamente no ISO, llegará a finales de este año. Por ahora, los maquinistas CNC deben contentarse con CoroTurn Prime A, diseñado para desbaste ligero, perfilado y acabado, y CoroTurn Prime B, la plaquita de desbaste con forma de balón de fútbol. Ambos estilos rompen con las convenciones al girar excepcionalmente bien en la dirección Z+ (alejándose 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 efectivo (consulte la barra lateral). Cualquiera que tornee grandes cantidades de ejes sabe que puede disfrutar de beneficios similares utilizando una plaquita redonda o de ángulo de ataque positivo. Sin embargo, estas herramientas convencionales no pueden tornear un reborde cuadrado o socavar, mientras que se dice que Prime A y B sobresalen en ambos, al igual que muchos de los productos de la competencia que han surgido desde su introducción.

Cuando se le preguntó por qué un maquinista no puede simplemente usar un inserto de un solo lado de 35° o 55° para "girar hacia atrás", Winter dijo que trabajó con un taller que estaba haciendo exactamente 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 hacer que funcione, pero en la mayoría de las aplicaciones, los resultados son menos que satisfactorios. Han estado usando nuestra solución Prime desde entonces".

Winter agregó que pasar por alto el estándar ISO brinda a los fabricantes de herramientas de corte una mayor libertad para desarrollar rompevirutas y geometrías innovadoras que a menudo son más productivas que el statu quo. Este fue ciertamente el caso de Ingersoll Cutting Tools USA, Rockford, Ill., 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 alojamientos que no son ISO y fueron diseñados para torneado multidireccional.

Como ejemplo, Avery señaló el TurnSFeedF de la compañía, un inserto de estilo trigonoide que a primera vista parece una herramienta de ranurado excepcionalmente ancha, pero cuenta con velocidades de avance longitudinal de hasta 3 mm/rev en cualquier dirección. También está la serie SuperTurnZ, cuyas diversas formas parecen estar aventurándose en territorio Prime.

Avery apoyó la evaluación de Winter de las geometrías ISO. Alejarse de ellos, 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 extracción de metal de un inserto, pero sin las restricciones impuestas por un estándar de décadas de antigüedad.

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

Sin embargo, cualquiera que se haya parado frente a un torno el tiempo suficiente probablemente haya sentido 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.

Avery dijo: "Entendemos que al alejarse del mandril se 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 trabajo de alta calidad y un buen agarre del material, los beneficios son claro: no solo puede aumentar significativamente las tasas de remoción de metal, sino que también puede usar ambos lados del inserto, 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 productos de Tungaloy America Inc., Arlington Heights, Ill., tiene su propia lista de éxitos de productos no ISO para compartir. Estos incluyen el TungBoreMini multifuncional y el MiniForceTurn de desprendimiento de doble cara pero positivo, los cuales (como sugieren sus nombres) están diseñados para torneado de piezas más pequeñas con un DOC más ligero, al menos en relación con los insertos de desbaste que se acaban de describir. Para aplicaciones más pesadas, Essex podría recomendar el TurnTenFeed de dos caras y con forma de pentágono, especialmente cuando los costos de las herramientas son una preocupación, mientras que el TurnFeed de la compañía es un inserto de torneado de "super 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 apto para el torneado frontal, el torneado posterior, el perfilado y el 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 de estilo PSC (Capto). Estamos viendo que se compran muchos más de estos tipos de máquinas con portaherramientas Capto debido a los beneficios en la precisión y la 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 torneado multidireccional. Aun así, sugirió usar un centro vivo como soporte siempre que sea posible para lograr la máxima seguridad y, como indicó Avery de Ingersoll, sujetar la pieza con un mandril de alta calidad, preferiblemente uno con mordazas 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, por lo general se realizan cortes ligeros a velocidades de avance muy altas. Hacerlo ayuda a romper la viruta y a 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. ISO Los insertos de estilo seguirán teniendo su lugar, pero recomiendo encarecidamente a los talleres que busquen algunas de las alternativas más nuevas. Hablando en nombre 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 trayectorias de herramientas no convencionales para acompañar sus herramientas de corte no convencionales. Varios proveedores de CAM han comenzado a abordar esta necesidad, entre ellos CNC Software LLC, Tolland, Conn., creadores de Mastercam. Ben Mund, gerente de marketing de canal de la empresa, señaló que estas rutas comparten muchas de las mismas cualidades que las que se utilizan con las rutinas de fresado trocoidal o, en el caso de Mastercam, con el fresado dinámico.

"Trabajamos en estrecha colaboración con Sandvik Coromant en su solución PrimeTurning y, durante ese proceso, nos dimos cuenta de que era necesario desarrollar lo que yo llamaría trayectorias de herramienta 'conscientes del material'", dijo. "El objetivo era distribuir la carga de virutas en tantas superficies como fuera posible y mantener la carga de virutas uniforme, por lo que aplicamos algunas de las mismas técnicas que habíamos desarrollado para el fresado dinámico en PrimeTurning".

Estas técnicas incluyen la formación de arcos dentro y fuera del corte a velocidades de avance ligeramente más bajas, lo que reduce el impacto en el inserto y evita enterrar el inserto en las esquinas. Junto con el ángulo de ataque positivo de la herramienta y el uso de parámetros DOC bajos y de alto avance, similares a los del fresado trocoidal, PrimeTurning y otras soluciones multidireccionales permiten aumentar considerablemente las tasas de eliminación de metal.

Entonces, la pregunta es: ¿Deberían los talleres usar algunos de estos mismos métodos de programación con herramientas de torneado convencionales y omitir los ciclos de desbaste repetitivos múltiples G71 tradicionales que se usan en los controles de máquina compatibles con Fanuc? Tal vez sea así, sugirió Jesse Trinque, ingeniero de aplicaciones de CNC Software.

"Como programador de Mastercam, no uso G71 ni ninguno de los otros ciclos enlatados 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 comodidad 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, también lo es el fresado moderno, La programación de tornos generados por CAM es mejor que los métodos manuales antiguos, especialmente cuando se combina con algunas de las herramientas de torneado más nuevas".

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