Tecnicas Modernas de Mecanizado II

5/24/2018 Tecnicas Modernas de Mecanizado II

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PARTE II

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INDICE TEMATICO

1 Automejora CNC 3

2 Herramientas para Titanio 4

3 Los cermet se vuelven agresivos 8

4 El costo real de la desviacin 11

5 Un patrn diferente para rampas 14

6 Factores importantes sobre el mecanizado de aceros al carbono 15

7 Anatoma de un husillo tipo suizo 21

8 Una nueva cara para la sujecin de partes 23

9 Mecanizado de moldes y matrices a alta velocidad 27

10 Progreso en el mecanizado de moldes 33

11 Consideraciones de CAD CAM para microfresado 35

12 Como perfeccionar un proceso de mecanizado 38

13 Como lograr el mximo beneficio del rectificado con alimentacin CREEP 44

14 Fresado en una rectificadora 52

15 Actualizacin de puntos de vista sobre las herramientas de corte 55

16 Roscado con macho y fresado de roscas 58

17 Recomend. para obtener el mejor desempeo de una rueda de rectificar 62

18 Modelamiento para el proceso de rectificado de ejes de levas 65

19 Herramental para fresado de alta velocidad de matrices y moldes 70

20 Remocin constante de material: la clave del fresado en duro 74

21 Como fresar a alta velocidad 77

22 Mecanizado ultrasnico: no importa que tan duro sea el material 80

23 Como aplicar el torno fresado 85

24 El torneado en duro no es tan duro 90

25 Ms all del taladrado 95

26 Superabrasivos para ranurar 10027 La herramienta apropiada para el mecanizado de Titanio 103


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1 - Automejora CNC

Con el Control de aprendizaje activado, el CNC rastrea el error de posicin de la mquinay compara su movimiento real con el patrn programado.

Solemos pensar en el equipo capital como un recurso cuyo desempeo se degrada con el tiempo. Pero,qu pasa si una mquina-herramienta puede dejarse libre para aprender de nuestros propios errores ycon ello mejorar su desempeo de un ciclo de mecanizado al otro? En otras palabras, qu pasa si lamquina puede hacerse, ella misma, cada vez mejor?

Los CNC disponibles de GE Fanuc(Charlottesville, Virginia, E.U.) ahoraofrecen una caracterstica llamada"Control de aprendizaje", que haceposible esta clase de automejora. Conel Control de aprendizaje activado, elCNC rastrea el error de posicin de lamquina y compara su movimiento realcon el patrn programado. El CNC

utiliza esta informacin para calcularfactores de compensacin que elcontrol puede usar la prxima vez quese realice la misma parte.

El objetivo no es slo mejorar laprecisin sino tambin el tiempo deciclo. Las caractersticas crticaspueden ser mecanizadas a tasas deavance ms altas. Por ejemplo, uncontorno fresado con precisin en 5segundos, puede fresarse con la mismaprecisin en menos de la mitad de esetiempo, una vez el CNC ha tenido la

oportunidad de afinar su desempeopara esa parte.

De hecho, este aprendizaje esacumulativo. Despus de mejorar laefectividad de la primera pieza a lasegunda, el CNC puede mejorar anms su efectividad para la tercerapieza, y as sucesivamente. Larecoleccin progresiva de esas mejorasde desempeo puede continuar hastacon 24 piezas consecutivas, pero enGE Fanuc se dice que el mximobeneficio se obtiene por lo general

mucho antes (normalmente, despusde 5 a 8 piezas).

Obviamente, de esta forma slo sepueden atacar los errores repetibles.Esta capacidad no necesariamente

permite que una mquina de bajo costo iguale el desempeo de una mquina diseada para precisin aaltas tasas de avance. Sin embargo, cualquier mquina de bajo costo podra ser capaz de realizarcontornos rpidos y precisos en ciertas aplicaciones, slo si los errores que afectan consistentemente uncorte en particular pueden ser detectados y evitados. La caracterstica de Control de aprendizajedesarrolla este papel y hace posible migrar hacia mquinas ms econmicas para algunos trabajos deprecisin.

Lo que el CNC aprende del mecanizado de una parte no aplica a una parte diferente. Cuando se realiza

un nmero de partes diferentes por primera vez, el control debe comenzar su curva de aprendizaje desdeese punto. Pero la compensacin para un nmero de partes especficas puede retenerse y llamarse de lamemoria cada vez que se realice de nuevo la misma parte.

Una caracterstica de aprendizaje permite que el control

encuentre y ataque el error de posicin de la mquina,permitiendo que la misma mejore progresivamente en elmecanizado de una parte especfica.


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2 - Herramientas para titanioPara el nuevo Boeing se necesitaran mil husillos

Cualquiera de los 1.000 husillos podra beneficiarse de las herramientas y tcnicas aqudescritas.

El diseo del nuevo Boeing 787 Dreamliner se basa, en gran parte, en materiales compuestos. Eseaspecto del avin ha llamado mucho la atencin. Sin embargo, los compuestos no son la nica razn porla que este avin es materialmente diferente. Comparado con otras aeronaves comerciales, el 787 utilizamuchas ms partes de titanio. nicamente para mecanizar el titanio indispensable para completar lasrdenes de este avin, Boeing necesitar emplear 1.000 husillos dentro de los prximos 3 a 5 aos.

Ese estimado viene de Keith Young, ingeniero y cientfico del grupo de investigacin y desarrollo enmanufactura avanzada de Boeing, con sede en Saint Louis, Missouri, Estados Unidos. Parte del trabajode Young es ayudar a que esos husillos trabajen de manera ms efectiva para Boeing. El desafo en lamanufactura de piezas de aeronaves en titanio es hacerlas ms ligeras, con paredes y pisos delgados,adems de reducir el peso parasitario del remanente en los bordes. Por medio de experimentos, Young yotros ingenieros de su grupo desarrollaron tcnicas de mecanizado para lograr estas metas. Ellos lesmanifestaron a los diseadores de Boeing qu caractersticas de mecanizado eran posibles en piezas de

titanio y les ensearon a los proveedores de mecanizado cmo producir tales caractersticas.

Algo de este conocimiento ya ha sidodesarrollado para partes de titanio enaeronaves militares. Sin embargo, losaviones comerciales difieren en escala.Las dimensiones de las partes,principalmente la profundidad de losbolsillos, son mayores. Un bolsilloprofundo en una pieza de una aeronavemilitar es de 3 pulgadas. En loscomponentes del 787 los bolsillos entitanio pueden tener 6 pulgadas deprofundidad. Considerando que las

relaciones de longitud de herramienta adimetro, de 3:1 o 4:1, han sido usadastradicionalmente para mecanizar titaniode aeronaves, las nuevas partesrequieren relaciones de 6:1 u 8:1, y ladiferencia afecta fundamentalmente laeleccin del herramental. Por ejemplo,donde una herramienta de fresado coninsertos poda ofrecer normalmente unvstago de acero, el bolsillo msprofundo podra necesitar un vstago decarburo, ms rgido, para minimizar ladeflexin y ayudar a prevenir lavibracin.

Tom Talley es otro ingeniero y cientficode Boeing en Saint Louis. Junto conYoung, compartieron algo de lo que elloshan aprendido sobre las elecciones del

herramental apropiado para las piezas de ltima generacin en titanio. Sus recomendacionesproporcionaron la base para este artculo, pero vale la pena cualificar qu tan lejos llegan estasrecomendaciones. Boeing puede delegar las tcnicas de mecanizado, segn la apreciacin de ambos,pero no delega el trabajo a los proveedores de herramientas de corte. Ms adelante se mencionanalgunos de los proveedores de herramientas porque ellos ofrecen lo que Talley y Young consideran clarosejemplos de estilos tiles de herramientas. Sin embargo, en la mayora de estos casos, otras compaasde herramientas ofrecen diseos comparables. Una herramienta competitiva puede ser una eleccin msefectiva en el proceso de un taller particular. Las herramientas aqu citadas son simples ilustraciones, quemuestran algunas caractersticas de herramientas aptas para las especificidades de produccin de partes

cada vez ms importantes para Boeing.

Algunas de las tcnicas de mecanizado usadas en aluminioahora son aplicadas al titanio, y la herramienta correcta parael titanio puede moverse, algunas veces, a travs del metal auna tasa de avance que es sugerida para un metal ms

suave. La herramienta que se ve aqu es una fresa deacabado de 1 de dimetro y 10 flautas


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Herramientas para desbaste

La herramienta Weldon Crest-Kut, que se aprecia en la foto 1, ofrece una geometra irregular a lo largo delas flautas. La importancia de esta irregularidad tiene que ver con la eliminacin de la vibracin.

La vibracin es el factor limitante en

muchos procesos de fresado. Suseveridad a una cierta profundidad decorte generalmente previene que laherramienta llegue a una profundidadde corte ms pesada de lo que laherramienta y el husillo permitiran deotra forma. La vibracin se originaparcialmente en las ondas regulares,producidas por la geometraconsistente de una herramienta, queson transmitidas sobre la superficiemecanizada. Con la formainconsistente de estas flautas, laherramienta falla al impartir estas

ondas regulares. De esta manera, la?seal? que podra alimentar elpotencial de vibracin es mucho msdbil. Como resultado, estaherramienta corta de forma eficiente ysilenciosa a una profundidad de corteque puede representar una tasasignificativamente ms alta deremocin de metal.

Una opcin totalmente diferente paralograr una alta tasa de remocin demetal en el mecanizado de titanio es eldesbaste vertical. Para partes de

aeronaves hechas de aluminio, eldesbaste vertical rara vez tienesentido; fresar de la forma convencional es suficientemente rpido. En titanio, sin embargo, el desbastevertical puede ofrecer una alternativa para evitar otro corte lento, de manera que permita retirar una grancantidad de material rpidamente.

El 787 Dreamliner demanda bolsillos profundos en titanio. Lasinstalaciones de investigacin de Boeing en Saint Louis utilizanla parte de prueba, que se observa en la imagen, para probarsus tcnicas de fresado de titanio.

En el desbaste vertical se introduce lafresa de corte en el material como sifuera una broca. El material semecaniza a travs de penetracionestraslapadas, donde cada penetracintoma ventaja de la rigidez inherente dela mquina a lo largo de la direccin Z.La herramienta de corte central deIscar, que se ve en la foto 2, es un

ejemplo de la clase de herramientaque puede hacer este trabajo.

Young afirma que hay dos casos en eltitanio donde la penetracin en Z tienesentido. Estos casos son: 1) bolsillospoco profundos y anchos, y 2) bolsillosprofundos y angostos.

En un bolsillo poco profundo, una fresade acabado de corte profundo, comola herramienta Weldon, puede no sercapaz de lograr la profundidad axialadecuada para lograr su total

efectividad. Si el mismo bolsillo es lo suficientemente amplio para acomodar una serie de penetracionescon una herramienta de dimetro ligeramente ms grande, el desbaste vertical puede ser ms eficiente.

Fig. 1. La geometra irregular de las flautas inhibe la vibracinpara permitir que esta herramienta corte a mayor profundidad.Fig. 2. Esta fresa de desbaste vertical remueve el materialrpidamente al avanzar en Z.


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Por otro lado, en un bolsillo angosto y profundo, una fresa de acabado puede gastar mucho tiempohaciendo rampas en lugar de fresar productivamente. La herramienta de desbaste vertical puedemecanizar un bolsillo como tal, penetrando profundamente en cada pasada.

Cualquiera sea la eleccin de herramienta y la tcnica para remover una cantidad de material conrapidez, es importante notar que no todas las partes en titanio presentan tal desafo. Esto significa que

no todas requieren desbaste. Las partes de titanio ms nuevas pueden comenzar como partes de formacercana a la neta, con deposiciones de lser para las cuales slo se requiere el acabado. Por esto,afirma Young, la eleccin de herramientas de acabado es an ms significativa que las eleccionesrelacionadas con el desbaste.

Acabado de pisos y esquinas

La foto 3 muestra una fresa deacabado de Data Flute, que tambinutiliza una geometra irregular paradisminuir la vibracin. Las cuatroflautas estn espaciadas enincrementos ligeramente diferentes de90. Colocar de esa forma lairregularidad en la punta es apropiado,

ya que cuando la herramienta hace elacabado del piso de un bolsillo, lapunta est donde debe hacer sutrabajo.

La vibracin es un peligro incluso mssignificativo en operaciones deacabado. En el desbaste, la vibracininhibe la productividad. Sin embargo,en el acabado, la parte, de por s,puede estar en riesgo, porque lavibracin puede comprometer laprecisin y el acabado, o puede

incluso destruir caractersticas delicadas, como costillas y paredes muy delgadas. Por eso, si hay o no

una geometra irregular, las herramientas para acabado de titanio generalmente deberan ser rgidas afin de minimizar el potencial de vibracin. La misma rigidez puede reducir el peligro de deflexin enbolsillos profundos.

Foto 3

La foto 4 muestra un ejemplo. Estaherramienta para acabado vertical, deIngersoll Cutting Tools, puedemecanizar un radio de esquinapequeo en un bolsillo profundo,avanzando en Z. Young seala estetipo de herramienta como un casodonde el vstago de carburo puedeser necesario para maximizar larigidez en lugar de un vstago deacero.

Acabado de paredes y costillas

La foto 5 muestra un diseo deherramienta de 10 flautas, tambin deData Flute, que puede ser efectivo enel mecanizado de paredes y costillasdelgadas para partes de titanio.Debido a que la tasa de avance es unafuncin tanto del nmero de flautascomo de la carga de viruta, esta

herramienta puede recorrer la parte de una manera rpida, incluso cuando la carga de viruta es ligera.

La poca profundidad de la flauta de la herramienta mejora la rigidez. Adems, la herramienta estconcebida para profundidades bajas de corte. El resultado es un dimetro de ncleo grande quemantiene la rigidez de la herramienta. La corta longitud de la flauta ayuda tambin con la rigidez.

Foto 4. Esta herramienta fresa esquinas en bolsillos profundosa travs de la penetracin. Foto 5. Diez flautas le permiten aesta herramienta lograr una alta tasa de avance. Otrascaractersticas mejoran la rigidez de la herramienta.


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Aqu todava no es visible otra caracterstica potencialmente importante de la herramienta. Lasherramientas que realizan acabados de paredes y costillas en titanio deberan ofrecer un alivioexcntrico a lo largo de las flautas, comenta Talley. Interactuando con la superficie mecanizada, estealivio puede amortiguar el proceso para inhibir la vibracin.

Los talleres que suelen mecanizar paredes delgadas de partes de aeronaves en aluminio ya pueden

saber cmo usar una fresa de acabado para mecanizar esas caractersticas en titanio. A travs del"mecanizado tipo lnea de agua", la herramienta deber cortar a ambos lados del rasgo, en pasesalternados, de modo que la pared o la costilla permanece soportada en ambos lados a medida que sedescubre el trazo.

En cuanto a qu tanto material debera remover la herramienta para acabados de este estilo, Young diceque la herramienta misma proporciona una pista. Como regla general, la relacin de altura a espesor delmaterial que queda atrs, despus del desbaste, debe coincidir con la relacin longitud a dimetro de laherramienta que har el mecanizado de acabado.

En otras palabras, para una herramienta con relacin L:D de 6:1, el material restante del mecanizado dedesbaste debera tener un espesor de alrededor de 1/6 la altura de la costilla sin acabar.

De nuevo, esto es slo una regla general, que ciertamente no tiene en cuenta los diferentes mduloselsticos de la herramienta y la pieza de trabajo. Sin embargo, el punto fundamental es este: la pared ocostilla que contina soportada por el material remanente debera ser ms o menos igual de rgida comola herramienta de acabado, y no mayor.

Hacer esa caracterstica apoyada ms gruesa, provoca desperdicios de tiempo y afecta la vida de laherramienta, ya que deja exceso de material que debe ser removido por la herramienta de acabado. Elespesor extra no da ningn beneficio, porque deflexin es deflexin, sea la herramienta o la parte la quese deflecte. Si ya ha sido determinado un espesor particular como el apropiado para la herramienta,entonces, el mismo espesor tambin ser el apropiado para el material que la herramienta vaya a cortar.


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3 - Los cermet se vuelven agresivosAplicaciones y limitaciones

La tenacidad de este material ha mejorado. Ahora, las aplicaciones de los insertos de

cermet van mucho ms all del acabado.Desde hace mucho tiempo, los talleres tienen una concepcin equivocada sobre los insertos de cermet,segn Scott Pettay, ingeniero de aplicacin de herramientas de corte. Los cermet merecen hoy unasegunda percepcin.

Considere la idea de que los cermetslo pueden manejar cortes livianos.Histricamente, estos insertos hanmecanizado a profundidades nomayores de 0.060 pulgadas, peroahora los insertos de cermet cortan,por lo general, acero a profundidadesque alcanzan 0.120 pulgadas.

As, existe la idea de que los cermetson frgiles. Mientras los cermet delpasado eran ms vulnerables a losimpactos y a los choques trmicos, losinsertos de cermet de hoy son mstenaces --algunos de ellos ofrecen unaresistencia a la flexin igual a la delcarburo P15.

Pettay trabaja para Kyocera CeratipCutting Tools (Mountain Home, NorthCarolina, E.U.), una compaa queofrece insertos fabricados en variosmateriales --carburo, cermica,cermet, CBN y PCD--. l comenta que

un punto importante para entender sobre cermet, en relacin con estos otros materiales, es el grado alcual ha cambiado la envergadura de desempeo de los cermet. El desarrollo del cermet de microgramoha mejorado la tenacidad del material de la herramienta. En el continuo de tenacidad versusresistencia aldesgaste, los cermet solan ocupar un punto pequeo, cercano a los cermicos (vase ilustracin). Ahora,los cermet se estiran ms all en esta grfica, llenando la brecha de desempeo entre los cermicos y loscarburos ms tenaces.

Qu es un cermet?

La palabra cermet es una contraccin de 'cermico' y 'metal'. Un cermet est compuesto por un materialcermico (como el carburo de titanio o el carbo-nitruro de titanio) cementado con un metal. El cermico

provee la resistencia al desgaste y el metal aporta la tenacidad.

La combinacin es ms inerte qumicamente que el carburo de tungsteno, comenta Pettay. Que sea inertesignifica que la prdida de filo y el desgaste por picado son menos probables. El resultado no slo esmayor vida de herramienta sino tambin un mejor acabado en el mecanizado. Uno de los beneficiosprincipales de cortar con un filo de cermet es la capacidad de lograr un acabado que puede eliminar lanecesidad de pulir o rectificar.

Los cermet tambin ofrecen mayor dureza en caliente que el carburo, lo cual significa que mantienenmayor resistencia al desgaste a altas temperaturas. Como resultado, pueden incrementarse lasvelocidades de corte con estas herramientas sin comprometer la vida de la herramienta.

Combinar la resistencia al desgaste con la tenacidad mejorada de hoy hace ms fuertes a los cermet.

Pettay comenta algunas ideas erradas sobre el cermet, que no son tan precisas hoy, y destaca lassiguientes:


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No es cierto: los cermet no pueden manejar interrupciones. Los cermet microgramo puedenmanejar interrupciones. Los cermet tradicionales han sido usados para fresado durante aos.

No es cierto: los cermet deben operar a altas velocidades.Los cermet tienden a sobresalir aaltas velocidades, pero el material tambin puede desempearse bien a velocidades por debajode 500 sfm.

No es cierto: los cermet estn limitados al acabado de acero. Adems del acabado, los cermet

tambin pueden usarse para realizar cortes de semidesbaste en aceros al carbono, acerosaleados y aceros para herramientas. Los cermet tambin pueden mecanizar otros materiales,que incluyen fundicin gris, hierro nodular o dctil, metales en polvo, aleaciones no-ferrosas eincluso materiales no metlicos. Sin embargo, hay ciertos materiales que presentan problemas.La fuente de estos problemas generalmente se relaciona con el nquel.

Los cermet micrograno ofrecen una tenacidad mejorada. La fotografa microscpica de uno de tales grados de cermet (arriba),muestra lo que significa fsicamente un micrograno.

Limitaciones de los cermet

El nquel es un material de adhesin comn para los cermet. Esto crea el potencial para una reaccinqumica si la pieza de trabajo tambin tiene un alto contenido de nquel (ello significa que la inertidad delcermet no aplica cuando se trata de nquel). Las aleaciones de alta temperatura y algunos acerosinoxidables estn entre los materiales que contienen nquel y pueden causar problemas cuando se usan

herramientas de cermet sin recubrimiento.


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Con su tenacidad mejorada, los cermet de hoy muestran una furia de desempeo mayor.

Sin embargo, los cermet con recubrimiento son un asunto diferente. En realidad, estas herramientaspueden sobresalir en el mecanizado de aceros inoxidables. Por seguridad se recomiendan los cermetrecubiertos cuando se mecanizan materiales con contenido de nquel.

El aluminio fundido tambin es un metal problemtico. El problema aqu resulta ms mecnico quequmico y el culpable es el silicio. Los cermet generalmente se desempean bien cuando mecanizanaluminio, pero el alto contenido de silicio del aluminio fundido tiene un efecto abrasivo que puedecomprometer la capacidad del inserto para producir un acabado suave.

Otras limitaciones del corte con insertos de cermet estn relacionadas con la resistencia. Los cermet dehoy son ms tenaces que antes, pero su tenacidad an no iguala la de los carburos ms tenaces. Loscermet no resultan aptos para desbaste. Adems, debido a que su resistencia al doblado es baja, loscermet requieren tasas de avance ms lentas.

El choque trmico presenta un potencial adicional de dao. El refrigerante debera usarse slo enaplicaciones de corte continuo donde permanece en la herramienta de cermet, como torneado deacabado y roscado. El refrigerante no debera usarse para fresar con cermet. Incluso en aplicaciones decorte continuo, comenta Pettay, el refrigerante slo debera usarse para cortes que no excedan de 0,010

ipr de tasa de avance o 0.080 pulgadas de profundidad de corte.

Aplicaciones

Los cermet son excelentes para acabados. Pero ms all de eso, qu otras aplicaciones podranconsiderar los posibles usuarios?

Pettay apunta a cuatro:

Ranurado. La combinacin de resistencia al desgaste, velocidad y tenacidad incrementadapuede hacer que los cermet sobresalgan en aplicaciones de ranurado. (En ranurado, comenta,se recomienda el uso de refrigerante).

Partes de forma cercana a la neta.Otra ventaja de la estabilidad de los cermet es un controldimensional estrecho. Las aplicaciones con profundidad de corte baja y requerimientos detolerancias estrechas, como formas cercanas a la neta, son aptas para los cermet.

Partes con necesidades de velocidad. Si la tasa de avance ya est limitada por losrequerimientos del acabado y la profundidad de corte tambin est limitada por las dimensionesde la parte, entonces la velocidad es la nica forma restante para incrementar la productividad.Los cermet pueden proporcionar esta velocidad extra.

Mecanizado tipo suizo. En una mquina de torneado tipo suizo, las tasas de avancegeneralmente son ligeras y las velocidades de husillo altas --una combinacin ventajosa para elcermet--. Los insertos de cermet pueden sobresalir manteniendo tolerancias precisas yacabados que caracterizan el trabajo en estas mquinas.

A esta lista, Pettay aade una quinta aplicacin que puede convertirse en la ms destacada con eltiempo: el mecanizado en seco. La capacidad limitada de los cermet para soportar el refrigerante es una

desventaja slo cuando se usa refrigerante. A medida que los costos de disposicin del refrigerantecrecen, el mecanizado en seco puede representar un inters creciente de los procesos metalmecnicos,y dar potencialmente una razn ms para que los cermet merezcan una segunda percepcin.


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4 - El costo real de la desviacin

Una cantidad aparentemente pequea de desviacin puede ser muy grande para laherramienta. Reduzca esta desviacin y la vida de la herramienta o la productividadpueden incrementarse drsticamente.

Qu constituye una "buena desviacin" para una herramienta de corte en un centro de mecanizado?

Muchos talleres piensan en la respuesta a esta pregunta en funcin de un simple nmero. Cuando elproveedor de portaherramientas de precisin Big Kaiser, ubicado en Elk Grove Village, Illinois, E.U.,investig informalmente las instalaciones metalmecnicas para preguntar sobre lo que consideraban una

desviacin aceptable, el consensopareca estar alrededor de 0.0005pulgadas.

Jack Burley, vicepresidente de ventase ingeniera en Big Kaiser, est deacuerdo en que el consenso escorrecto (algunas veces). Si la

herramienta es de " de dimetro omayor, entonces 0.0005" puede ser,de hecho, una buena desviacin. Peroafirma que aplicar este estndar atodas las herramientas en el tallerpuede convertirse en un error costoso.Para herramientas muy pequeas,reducir la desviacin a 0.0001" omenos, puede generar gananciasconsiderables en vida de laherramienta y la productividad.

Un ejemplo reciente involucr un tallerque mantena una desviacin de

0.0002" para una operacin detaladrado de precisin. Este taller(como la mayora de talleres)consideraba que una desviacin de0.0002" era pequea. Sin embargo,

cambiar a un portaherramientas diseado para sujetar con precisin, le permiti al taller reducir estadesviacin a 0.00009" o 90 micropulgadas. Las fuerzas y el desgaste en la pequea broca sedistribuyeron de manera ms uniforme. Como resultado, el taller fue capaz de cortar ms rpido con estaherramienta, y lograr ahorros en el tiempo de ciclo de 20%. Adems, la vida de la herramienta seincrement tres veces.

Desviacin descubierta

El grfico 1 muestra los resultados de un experimento realizado por la empresa matriz de Big Kaiser, BigDaishowa Seiki. En el experimento, se probaron tres brocas en cuatro valores de desviacin. Lascondiciones de corte y las herramientas fueron las mismas, salvo por el material de la herramienta y lalongitud. Las tres brocas incluyeron una herramienta de carburo que penetraba tres veces el dimetro,una herramienta de acero rpido que alcanzaba la misma profundidad y una herramienta de acero rpidocon refrigeracin interna que penetraba cinco veces el dimetro. La desviacin para todas lasherramientas iba desde 0.0006" hasta 80 micropulgadas.

Los hallazgos ilustraron varios puntos importantes, comenta Burley. Uno seala que la desviacincorrecta es relativa no slo al tamao de la herramienta sino tambin a su material. Mientras la vida decada herramienta mejoraba a medida que la desviacin se estrechaba, la broca de carburo sufra mscuando la desviacin era alta.


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Fig. 1. Aqu hay una comparacin del efecto de la desviacin en la vida de la herramienta para tres brocas diferentes de 3mm, probadas en cuatro valores de desviacin. El material de la pieza de trabajo fue acero 1055. Las herramientas de HSSoperaron a 90 sfm y la herramienta de carburo se trabaj a 250 sfm. La tasa de avance fue de 0,004 ipr.

Los resultados tambin mostraron qu tan significativa puede ser una cantidad 'pequea' de desviacinen una broca de 3 mm. Una desviacin de 0.0006" es cercana a la figura que los talleres considerabanuna buena desviacin en la investigacin informal. Sin embargo, reduciendo mucho ms la desviacinpor debajo de este valor, se mejor la vida de la herramienta de carburo casi tres veces. Incluso, laherramienta menos sensible mostr una mejora de 60% en su vida til.

Este efecto no aplica slo para el taladrado. Cuando se desarrollaron pruebas similares en una fresa deacabado en carburo, de dimetro pequeo y cuatro flautas, la diferencia entre 80 micropulgadas y0.0006" de desviacin signific una mejora en la vida de la herramienta de ms de 30%.

Caractersticas del portaherramientas

Burley dice que para lograr estos ahorrosse comienza con el husillo. La mayorade talleres est familiarizada con la galgacomn usada para probar el error dedesviacin del husillo. La galga es, enesencia, una barra mecanizada contolerancias extremadamente estrechas.Esta se rota lentamente en el husillo paramedir la desviacin esttica. Es menosconocida la existencia de la desviacindinmica. Con las velocidades deoperacin del husillo, la desviacin puedecambiar como resultado del calor, lavibracin y la fuerza centrfuga. En la foto

se puede ver la galga comn para laevaluacin de la desviacin esttica delhusillo y una galga capaz de medir ladesviacin dinmica de un husillo. Si laevaluacin del husillo muestra que puedemantener una desviacin pequeaaceptable, entonces la clave para impartiresa baja desviacin a la herramienta esel portaherramientas.

Fig. 2. Rotando lentamente una barra mecanizada con precisin sepuede medir la desviacin esttica de un husillo. El dispositivo demedicin sin contacto, en la parte de abajo, puede evaluar la desviacin ala velocidad de operacin del husillo.


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Varias caractersticas de diseo de unportaherramientas de precisinpermiten lograr una concentricidadestrecha, segn Burley. Esascaractersticas incluyen:

Tolerancias del cono. La precisinobtenida en el mecanizado del conodel portaherramientas, afecta la formacomo el portaherramientas se ajustaen el husillo. Los portaherramientasfabricados con tolerancias desubmicras y acabados superficiales demicroespejo pueden lograr un contactocono-cono superior a 96%.

ngulo de boquilla. En unportaherramientas de boquilla tpico, elngulo de la boquilla es de 16. Losportaherramientas que usan un ngulo

de boquilla ms pequeo logranvalores de desviacin ms bajos. Laimagen 3 muestra una boquilla con unngulo de tan slo 8. Lacorrespondencia por usar unportaherramientas como tal, es unrango de sujecin ms pequeo. Laboquilla de ngulo pequeo cubre unrango de sujecin menor de la mitad

que el de la boquilla de 16. As, el portaherramien tas para desviaciones ms estrechas necesita msboquillas para cubrir el mismo rango de tamaos de vstago de la herramienta.

Tuerca de la boquilla. La tuerca que prensa la boquilla para sujetar la herramienta puede ser ms que unsencillo accesorio. La sujecin hace encajar la boquilla con la superficie interna de rodamiento de la

tuerca. Generalmente, existe friccin entre estas superficies, pero una tuerca de boquilla de precisinpuede colocar los rodamientos de bolas entre la tuerca y la superficie de rodamiento para contrarrestaresta friccin. Reducir la friccin disminuye la fuerza de giro que, de otra forma, puede deformar laboquilla e incrementar el error de desviacin.

Botn de retencin.Tambin conocido como tirador, esta parte reemplazable del portaherramientas nodebera considerarse barata o desechable. Los botones de retencin de mayor calidad resistirn ms eldesgaste y la deformacin, y tambin se ubicarn con mayor precisin en la lnea de centros delportaherramientas.

Concentricidad y costo

Determinar el costo o valor potencial de la desviacin tan slo puede involucrar un simple clculo. Labroca de carburo de 3 mm, usada para la prueba en la imagen 1, cuesta US$40. La desviacin msestrecha permiti 148 agujeros, mientras que la desviacin ms grande permiti slo un tercio de esacantidad. Por eso, el costo por agujero cay de 80 centavos de dlar a 27 centavos. Con la desviacinms estrecha el taller ahorra alrededor de US$50 por cada 100 agujeros.

Incluso con HSS, los ahorros son significativos. La herramienta de HSS ms corta cuesta US$15.Mejorando la desviacin, se redujo el costo por agujero de 23 centavos a 10 centavos. Sin embargo, alcomparar el HSS y el carburo sucede algo muy diferente. Manteniendo la desviacin en 0.0004", omejor, permite que la herramienta de carburo entregue la misma vida del HSS --a 2,8 veces la velocidad--. En otras palabras, controlar la desviacin podra posibilitar la utilizacin de una herramienta msrpida. El ROI sera medido entonces en el tiempo de ciclo en lugar de la vida de la herramienta. Este esel potencial que se pierde en un taller que no ha considerado la desviacin realmente correcta para elproceso.

Fig. 3. Un portaherramientas con un ngulo de boquilla ms pequeo puedesujetar la herramienta con mayor precisin. El ngulo tpico de boquilla es16. El ngulo del cono de esta boquilla es de 8.


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5 - Un patrn diferente para rampasCentros de mecanizado en marcha

El fresado en rampa (plunge milling) ofrece una forma de fresar bolsillos profundos productivamente sinnecesidad de una mquina de alta velocidad. Un centro de mecanizado antiguo puede ser lento, pero amedida que la mquina es algo rgida, puede lograr potencialmente una tasa ms alta de remocin de

metal, desbastando material en una serie de rampas traslapadas con una herramienta larga. Estas rampasson movimientos rectos en el eje Z en el trabajo, similar a los movimientos del taladrado. Ciertas fresasestn diseadas para ser efectivas cortando de esta forma. Segn el desarrollador CAD/CAM, Delcam,cierto patrn de rampas tambin es ms efectivo para esta clase de corte.

En el fresado en rampa, la rampa por s solaes un movimiento recto en el eje Z, pero elpatrn de rampas no tiene que seguir filasrectas. Tener rampas que siguen un patrn dearcos puede hacer ms efectivo el ciclo.

Delcam explic sus ideas sobre el fresado enrampa en una conferencia relacionada con el

mecanizado aeroespacial que la compaapresent recientemente en Pars, Francia. Enel fresado en rampa, explica la compaa,pocos dan juicios sobre el patrn deherramienta. La mayora de los usuariosasumen que rampas con filas rectas yparalelas son suficientes.

Este patrn rasurado de rampas acta as:despus que se mecaniza un agujero inicial(probablemente por taladrado), la primerarampa de fresado se traslapa con este agujero(todas las rampas tienen que traslaparse conespacio abierto, de modo que las virutas se

puedan evacuar). La segunda rampa setraslapa, entonces, con la primera, y assucesivamente --en una fila recta de rampasque van por toda la longitud del bolsillo.Despus que est hecha la primera fila de estamanera, la herramienta pasa a una segunda

fila que se traslapa con la primera, y as sucesivamente.

Esta aproximacin crea problemas para la primera fila, segn Delcam. La ranura mecanizada de estaforma deja poco espacio libre para la evacuacin de la viruta, de modo que es probable que estas secompacten. Adems, toda rampa a lo largo de esta fila se traslapa slo con la rampa anterior y as la cargade material tiende a ser alta.

Otro problema radica en que una serie de filas rectas puede no ser un buen ajuste a la forma del bolsillo.

Esto es particularmente cierto con muchos de los bolsillos de forma irregular, tpicos de partes deaeronaves. Si el patrn de rampas no puede ajustarse a la forma del bolsillo, entonces pueden dejarsecrecientes de material remanente alrededor del borde del bolsillo.

Delcam afirma que una mejor solucin es dejar que las rampas secuenciales sigan un patrn de arcoscirculares. Un agujero inicial contina siendo el punto de inicio, y la primera rampa se traslapa con este.Pero, luego, la segunda rampa puede traslaparse tanto con la primera rampa como con el agujero inicial, yas sucesivamente (con la rampa siguiendo un arco que orbita alrededor del agujero inicial). La segundaserie de rampas puede seguir, de esa manera, un arco ms grande que orbita alrededor de esta rea sinrampas, y as en lo sucesivo.

Una ventaja clara del patrn tpico de lnea recta es la facilidad de programacin. Las filas rectas de rampasson ms fciles de generar por el software. Un patrn ms complejo, como un arreglo de arcos, tiene queser creado por el programador. El ciclo de mecanizado que sigue este patrn tiene el potencial de ser msproductivo y ms efectivo, afirma la compaa, pero la programacin toma un poco ms de tiempo.

En el fresado en rampa, la rampa por s sola es un movimiento rectoen el eje Z, pero el patrn de rampas no tiene que seguir filas rectas.Tener rampas que siguen un patrn de arcos puede hacer msefectivo el ciclo.


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6 - Factores importantes sobre el mecanizado de aceros alcarbono

Este artculo presenta los factores que contribuyen a la maquinabilidad de los aceros al

carbono, informacin prctica para talleres que manufacturan partes complejas, diseadascon precision y altos volumenes.

Los aceros son metales con base ferrosa a la cual se han aadido otros elementos qumicos. La adicin deestos elementos puede crear nuevos constituyentes en el metal, que afectan sus propiedades mecnicas(dureza, resistencia a la tensin y a la fluencia, ductilidad) y la maquinabilidad. Los aceros sonconsiderados al carbono cuando no se especifica el contenido mnimo de elementos qumicos, que incluyenaluminio, cromo, cobalto, columbio, molibdeno, nquel, titanio, tungsteno o vanadio para el efecto dealeacin; cuando el mnimo especificado para cobre es 0,40 o menos, y cuando no se exceden los lmitespara los siguientes elementos: manganeso (1,65%), silicio (0,6%) y cobre (0,6%).

Aceros al carbono

Si la designacin del grado de un acero comienza con 1, hay posibilidades de que sea un acero alcarbono. Los aceros serie 10XX (donde XX o los ltimos dos dgitos representan el promedio o contenidomedio de carbono del grado) son grados de carbono plano. Los aceros 11XX son grados resulfurizados yaceros de libre mecanizado. Los aceros 12XX, resulfurizados y refosforizados son los mejores gradospara mecanizado. Los aceros serie 15XX contienen alto manganeso, ms de 1%; la serie 13XX tiene anmayor contenido de manganeso y es la nica excepcin a la regla de que el "1 es el primer dgito quesignifica acero al carbono". Los aceros 13XX (manganeso mayor de 1,6%) son considerados aleaciones.

El hecho de que el sistema para nombrar aceros est basado en la composicin qumica muestra laimportancia de los factores qumicos en las propiedades, incluida la maquinabilidad de estos aceros. Laincorporacin del contenido medio de carbono en los dos ltimos dgitos de la designacin del gradomuestra la importancia del carbono como el determinante principal de las propiedades del grado del acero.

Los grados 1008 (0,08 de carbono medio), 1018 (0,18 de carbono medio) y 1045 (0,45 de carbono medio)son aceros al carbono, pero tienen propiedades significativamente diferentes. El grado 1008 tiene altaductilidad por su bajo contenido de carbono y es mejor para extrusin y conformado en fro que paramecanizado. El 1018 es un grado comn usado para muchas aplicaciones generales, incluida la soldadura,y se selecciona a menudo por su bajo costo. El grado 1045 es seleccionado frecuentemente por su altaresistencia y sus propiedades mecnicas, mientras que su contenido de carbono dificulta que sea soldadosin tcnicas especiales; el 1045 es comn para ejes y otras partes de transmisin de potencia.

La tabla 1 muestra cierto nmero de grados de acero al carbono plano y su dureza graficada contra sucategora de produccin por mecanizado. La curva muestra que tanto la dureza como la maquinabilidad seincrementan para estos grados hasta un punto, despus del cual la maquinabilidad declina y la durezacontina creciendo.

Con microscopio puede verse la estructura que resulta a mayor contenido de carbono. El carbono forma

una fase ms oscura y ms dura llamada perlita, compuesta de ferrita entremezclada con capas decarburo de hierro, un constituyente muy duro. El incremento en esta fase de perlita, influida por elcontenido de carbono, explica el incremento en las propiedades mecnicas del acero, especialmente en ladureza. Con ms de 0,60 de carbono en aceros al carbono planos, se usa un tratamiento trmico llamadorevenido para modificar la microestructura y reducir la dureza del acero.

El carbono tiene un papel principal en la maquinabilidad de los aceros al carbono planos, bsicamente porsu efecto en las propiedades mecnicas generales como dureza, resistencia a la tensin, fluencia yductilidad.


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El papel del azufre

La tabla 1 muestra la categora de produccin de los aceros al carbono planos --cmo alcanzan el picoentre un porcentaje de carbono de 0,18 y 0,22 antes que la maquinabilidad comience a decrecer por lamayor dureza resultante de un contenido de carbono ms alto--. Un acero con maquinabilidad ptima --uno lo suficientemente suave como para formar con facilidad una viruta y lo suficientemente frgil para

permitir que la viruta se rompa y se separe-- resulta en una vida mayor de la herramienta y un acabadosuperficial superior. Los aceros 11XX, llamados aceros resulfurizados, emplean adiciones de azufre ymanganeso para tratar de crear este material suave y frgil para piezas de trabajo.

El azufre se combina con el manganeso para formar una sustancia de inclusin slida pero no metlicallamada sulfuro de manganeso. El sulfuro de manganeso, que acta como discontinuidades en el acero,proporciona sitios de nucleacin para que la viruta se rompa. La serie 11XX de acero tiene ms azufre ymanganeso que los grados 10XX, y ofrece mayor maquinabilidad por los sulfuros de manganesoresultantes del incremento en el contenido de manganeso y azufre (el manganeso se aade para unir elazufre y prevenir que reaccione con el hierro en el acero, formando sulfuros de hierro o piritas frgiles alas temperaturas de laminado del acero).

Estas inclusiones de sulfuro de manganeso son visibles al microscopio, generalmente alargadas ydistribuidas por todo el acero. Un beneficio adicional provisto por estos sulfuros es su papel en la retencin

del filo adherido en la herramienta, influido por las propiedades antisoldadura del sulfuro de manganeso.El efecto del trabajo en fro


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En el laminado en caliente, condicin de rolado, los aceros al carbono planos tienen normalmente laspropiedades mecnicas mostradas en las entradas de laminado en caliente (HR) para los tres gradosmostrados en la tabla 2. La mayora de barras para mecanizado son roladas en fro, lo cual incrementa suresistencia a la tensin y a la fluencia y su dureza, y reduce la ductilidad, medida como porcentaje deelongacin y porcentaje en la reduccin de rea. Las propiedades del estirado en fro se muestran en lalnea denominada CD para cada uno de los tres grados. La lnea de cambio en el porcentaje muestra elefecto en porcentaje del trabajo en fro sobre las propiedades mecnicas del acero.

El estirado en fro es un proceso de varios pasos, en el cual las barras se limpian primero con un chorroabrasivo para remover la capa de xido altamente abrasiva, luego se reducen en fro al halarlas a travsde un dado de carburo ms pequeo que el dimetro inicial de las barras, resultando en una cantidaduniforme de trabajo en fro que se imparte a las barras (es llamado "estirado en fro" porque no se aadecalor deliberadamente en el proceso). Despus del estirado, las barras se enderezan y se cortan alongitud con sierra o cizalla antes de ser empacadas para envo.

Introduccin de los grados 12XX

Hemos visto que los aceros al carbono planos alcanzan una maquinabilidad ptima (categora deproduccin cercana a 35% del recorrido de la herramienta por minuto del grado 1212) y dureza en elrango de 125 a 140 BHN. Hemos visto cmo la adicin de azufre (y manganeso) puede mejorar la

maquinabilidad del acero. La tabla 2 muestra cmo el trabajo en fro, por estirado en fro, puede mejorarlas propiedades mecnicas del acero, e incrementando su resistencia, eliminar la gomosidad. En losaceros serie 12XX, todas estas soluciones se combinan con el fin de hacer un producto optimizado para elmecanizado:

Bajo carbono: el 12L14 se funde generalmente hasta obtener un carbono mximo de 0,15; el 1215 sefunde generalmente hasta 0,09 mximo para no sobrepasar la dureza deseada despus del estirado enfro.

Elementos de trabajo en fro: se aade manganeso, fsforo y, algunas veces, nitrgeno para mejorar larespuesta de estos grados al esfuerzo por el estirado en fro. Estos elementos para endurecimientopermiten realizar avances ms pesados y, as, obtener mayores tasas de produccin en el taller.

La tabla 3 muestra la categora de produccin y los datos de dureza para el 1215 y el 12L14.


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Con plomo o sin plomo

Para obtener la mxima produccin en las mquinas automticas, se usan normalmente adiciones deplomo, bismuto, selenio y telurio. La consolidacin en la industria mundial de acero ha hecho del plomo yel bismuto las opciones ms ampliamente disponibles. Sin embargo, otro acero "sin plomo", llamado12T14, est disponible en Laurel Steel (Ontario, Canad). Este acero usa estao como adicin para

mejorar la maquinabilidad.

La adicin de plomo al acero mientras contina en estado lquido, conduce a que el plomo sea depositadocomo partcula de plomo metlico, puro en las cabezas y las colas, de los sulfuros de manganesodispersadas por todo el acero. El plomo puro es ms suave que el acero y tiene un coeficiente de friccincomparable al del lubricante de grafito. Debido a su papel como lubricante interno, el plomo permite que elacero sea mecanizado a mayores velocidades que su contraparte sin plomo.

Se ha establecido fuertemente que el plomo promueve la maquinabilidad, pero la contribucin relativa delplomo comparada con el azufre es poco conocida. Por ejemplo, el grado 1117 es casi idntico al 1018,excepto por el manganeso y el azufre. El incremento en la tasa de produccin (medida en pulgadas derecorrido de la herramienta por minuto) de 33% es atribuible al incremento de azufre. Aadir plomo al 1018para obtener el 10L18 incrementa la tasa de produccin en 27%, mientras que la adicin de plomo al 1117resulta en una categora de produccin 65% ms alta que la del 1018. Estas diferencias en la tasa deproduccin muestran que hay dos mecanismos diferentes involucrados. La adicin de azufre controla el

filo adherido en la herramienta, de modo que la temperatura mxima durante el corte est ms en el filoadherido que en la herramienta, lo cual promueve una vida ms larga de la ltima y velocidades y avancesms altos. Un examen ms riguroso de las virutas mostrar que ellas son ms delgadas en acerosresulfurizados, demostrando que el endurecimiento por deformacin causado por la herramientadisminuye. El endurecimiento por deformacin cuenta hasta por 75% del calor involucrado en el corte,segn algunos expertos.

Por otro lado, el plomo acta como un lubricante interno, que reduce la friccin y resulta en una mejoramucho menos significativa en la produccin por mecanizado. A medida que se han desarrollado otrosmedios tecnolgicos para remover el calor durante el mecanizado (refrigerantes a alta presin y altavelocidad, por ejemplo), la importancia del plomo deja de ser tan crtica como alguna vez lo fue.

En el acero 12T14 se piensa que el aditivo de estao promueve la maquinabilidad por su segregacin enlas fronteras de grano del acero. Esto permite que los granos se separen con menores fuerzas y menosenerga durante el mecanizado que los aceros similares, pero sin tratamiento de estao. Mientras que lasvelocidades y los avances para el 12T14 no son consistentemente iguales a aquellas del 12L14, variosmiles de toneladas han sido vendidas para aplicaciones que se especifican sin plomo y tasas deproduccin ms altas que las obtenidas normalmente con el 1215


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EL V, RoHS y WEEE

Varios talleres norteamericanos de mquinas estn comenzando a recibir requerimientos de sus clientescon el fin de certificar sus partes mecanizadas en acero, para cumplir los requerimientos de las directivasELV (End of Life Vehicles) de la Unin Europea, RoHS (Restriccin de sustancias peligrosas) y WEEE(Equipo elctrico y electrnico de desecho). Estas directivas pretenden prohibir el plomo, pero cada una

permite en realidad que el plomo sea un "elemento de aleacin" hasta 0,35% en aceros, de acuerdo conlas declaraciones de excepcin y los anexos. Mientras la certificacin de material muestre un porcentajede plomo entre 0,15 y 0,35, las partes de acero cumplen estas directivas.

Maquinabilidad general

La maquinabilidad de aceros al carbono se determina por varios factores. La microestructura, el trabajo enfro y el contenido de carbono, azufre, manganeso, fsforo, nitrgeno y plomo, todos desempean unpapel para mejorar la productividad por mecanizado. Como regla general, los contenidos de azufre msaltos promueven mayores avances, reducen el endurecimiento por deformacin de la viruta y mantienenun filo adherido consistente en la herramienta. La adicin de plomo permite velocidades ms altas ya quesu accin lubricante reduce la friccin, y de este modo, el calor. Ambos mecanismos prolongan la vida dela herramienta. Para aplicaciones que no requieren plomo, el 1215 o un grado serie 12XX con contenido

de estao (12T14) puede ser apropiado. Cuando el mecnico se pregunta por qu parece haber tantavariacin entre lotes diferentes o grados de aceros, la variacin que podra ocurrir en cualquiera de losfactores discutidos puede darle un punto inicial para entenderlo.


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7 - Anatoma de un husillo tipo suizo

El diseo de un husillo tipo suizo ofrece reducciones potenciales de costos en todos losfrentes: tiempo de alistamiento, herramental, velocidad y costos ambientales.

La popularidad de los tornos CNC tipo suizo se ha incrementado en los ltimos aos. A medida que lascompaas luchan por permanecer competitivas, muchas encuentran las mejores oportunidades encomponentes complejos torneados con tamaos de lotes pequeos a medianos. El control numricocomputarizado ha aadido capacidades a la automatizacin suiza, que antes los diseadores demquinas CAM slo podan soar.

Un aspecto del diseo de mquina que se ha mantenido sin cambio es el cabezal deslizante y elcorrespondiente buje gua. Para trabajar con barras de dimetro ms grande a altas velocidades, el bujegua debe rotar sincronizadamente con el husillo. De otra forma, la alta velocidad rotacional de una barrade dimetro grande, al rotar en un buje fijo genera mucho calor, causando que la barra se confisque en elbuje gua.

Las primeras unidades de buje gua conducidas usaban pasadores o manguitos telescpicos para llevar larotacin del buje gua directamente desde la tuerca del mandril del cabezal. Las nuevas mquinas CNC

utilizan manguitos telescpicos con transmisin por correa desde un eje secundario o bien unatransmisin por correa con servomotor. Cada uno de estos sistemas tiene sus ventajas exclusivas, perotodos comparten una tendencia hacia la deflexin, aumentada por el dimetro pequeo y la posicin desus rodamientos.

Entendiendo las fuerzas del torneado

Las fuerzas de corte en el torneado pueden aproximarse mediante una serie de frmulas matemticas.Las fuerzas que actan contra el trabajo que est siendo torneado y causan deflexin son Ft (fuerzatangencial), Fr (fuerza radial), y Ff (fuerza de avance). Las fuerzas combinadas resultan en una fuerzavectorial R como se observa en el diagrama. La maquinabilidad del material que se est cortando, lageometra de la herramienta, la profundidad de corte (DOC) y la tasa de avance por revolucin del husillopueden afectar estas fuerzas. Un cambio de cualquiera de estos factores resulta en un cambio en lasfuerzas de corte. Ya que cambiar el material no suele ser una opcin, un cambio en la DOC o en la tasade avance se usa a menudo para eliminar la deflexin causada por las fuerzas de corte. En el torneadoconvencional, la fuerza resultante acta para deflectar el trabajo. Debido a que reducir la tasa de avancepor revolucin resulta generalmente en un pobre control de viruta y en un decremento de la vida de laherramienta, la DOC se reduce y el torneado se lleva a cabo realizando mltiples pasos.

El principio de corte suizo est basado en que la herramienta de torneado siempre corte el material cerca del soporte (el buje

gua). La barra, amordazada en la boquilla, es alimentada a travs del buje gua y en la herramienta de corte por el cabezal quedesliza en la direccin del eje Z.


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En el torneado suizo, el corte tiene lugar en la cara del buje gua. El bujeaprisiona el trabajo y elimina la deflexin causada por las fuerzas de corte.Cuando se usa una unidad de buje gua conducida, el juego de rodamientosen el buje debe soportar la fuerza de corte y no deflectarse. No es prcticoincrementar la posicin de los rodamientos en una unidad de buje guaconducida, ya que tal incremento resulta en remanentes ms largos debarras y aumenta la probabilidad de que una fuerza de corte tangencial actesobre la barra provocando su giro. Ya que el material y la DOC son fijas, lasnicas opciones restantes para reducir la fuerza de corte y la deflexin y lavibracin resultantes, son cambiar la geometra de la herramienta y disminuirla tasa de avance. Cambiar la geometra hacia un ataque positivo y usar unradio de nariz ms pequeo ayuda a reducir la fuerza de corte. Sin embargo,

el efecto es mnimo, generalmente no ms de 5% de reduccin de la fuerza. Los insertos con ataquepositivo son ms costosos, tienen la mitad del nmero de filos y estn disponibles en menos grados yrecubrimientos que los insertos con ataque negativo. Disminuir la tasa de avance --ms efectivo parareducir la carga en los rodamientos--, genera que muchos usuarios de los tornos suizos operen susmquinas a velocidades menores que las ptimas. Si el avance se incrementa pasado el punto donde lasfuerzas de corte vencen los rodamientos del buje gua, los rodamientos se deflectan y causan unainclinacin al comienzo del torneado, adems de vibracin a su alrededor. Las tasas de avance mslentas tambin resultan en prdida del control de la viruta y de la vida de la herramienta, mientras seincrementa el tiempo de ciclo y el costo de la pieza de trabajo.

Un diseo de husillo normal de Tsugami (East Granby, Connecticut, E.U.) enfoca el problema de rigidezcomn en todos los sistemas conducidos de buje gua, con una estructura de doble husillo compuesta deun husillo interior y uno exterior. Un cabezal convencional se usa como husillo exterior. El buje gua semonta en el extremo del husillo exterior fijo en un cartucho de cambio rpido. Un segundo husillo, un ejehueco estriado, se desliza al interior del husillo exterior, proporcionando el movimiento del cabezaldeslizante de un torno suizo. El resultado total provee lo mejor de ambos mundos: la rigidez de un husillode cabezal fijo con el torneado de un pase tipo suizo.

Los resultados de un estudio interno demostraron que un tiempo de ciclotpico en un torno suizo CNC consista de casi 30% de tiempo inactivo y70% de tiempo de corte. Por eso, parte del intento de diseo para estehusillo era maximizar el tiempo de corte y reducir, a la vez, los tiemposinactivos tanto como fuera posible. Los ingenieros de la compaaconcluyeron que un mejor traslape de las operaciones y las capacidadespara cortes ms pesados, eran las mejores formas de disminuir el

porcentaje de tiempo de corte del tiempo de ciclo total. El desarrollo de modelos para servicio mspesado, equipados con el nuevo diseo de husillo, enlaz muy bien con el surgimiento de sistemas derefrigerante a alta presin y la tecnologa de insertos wiper, para permitir incrementos drsticos en lastasas de remocin de metal. Al final, se logran tasas de remocin de metal ms altas sin sacrificar la vidade la herramienta ni el acabado superficial.

Mejorar la vida del rodamientoEl nico inconveniente de este diseo es que los rodamientos ms grandes generarn ms calor a unasrpm dadas, que un juego ms pequeo a las mismas rpm. Para compensar esto, Tsugami provee unaunidad de refrigerante del husillo como equipo estndar en los modelos que utilizan el diseo de doblehusillo. La estructura de doble husillo ha probado ser mucho ms confiable en campo que una unidadconvencional de buje gua. El diseo de cabezal fijo tambin permite el uso de refrigerantes solubles enagua, sin daar los rodamientos, ya que hay un espacio adecuado en la nariz del husillo para un selloadecuado. Los refrigerantes solubles en agua remueven mejor el calor en cortes pesados que los aceitesde corte puros, mejorando la vida de la herramienta. Los refrigerantes a base de agua, ms fciles delimpiar, hacen el ambiente de los operadores ms ameno y reducen an ms los costos de operacin.

Un bono adicionalOtro beneficio de este diseo es una reduccin en el tiempo de cambios.El buje gua se monta en un cartucho de cambio rpido en la parte frontaldel husillo. El cartucho puede ret irarse en menos de un minuto. Una teclade funcin en el tablero del operador permite que el eje hueco interioravance en la zona de herramientas para cambio de boquilla. No hay

necesidad de retirar ninguna guarda o cubierta durante el cambio. Las nicas herramientas requeridaspara cambiar y ajustar tanto la boquilla como el buje son una llave hexagonal y una llave para pasadores.La mnima cantidad de herramientas y pasos requeridos va muy bien con la filosofa de las 5S paracambios rpidos. Las ventajas competitivas son difciles de lograr en esta poca. El diseo de un husillotipo suizo ofrece reducciones potenciales de costos en todos los frentes: tiempo de alistamiento,herramental, velocidad y costos ambientales. Tsugami ofrece este diseo de husillo en varios estilos demquinas hasta con 15 hp y capacidades de barra de 20 mm, 26 mm, 32 mm y 38 mm.


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8 - Una nueva cara para la sujecin de partesBeneficios de las puntas de arrastre frontal

Conozca las reglas que aplican para usar puntas de arrastre frontal.

Las puntas mecnicas de arrastre frontal merecen un estudio ms detallado como alternativa a otrosmtodos tradicionales de sujecin con mandril. En muchos casos, el uso de puntas mecnicas de arrastrefrontal en aplicaciones de torneado, provee mayor flexibilidad y menores tiempos de ciclo. El mayorbeneficio de una punta de arrastre frontal es permitir que la pieza de trabajo se tornee completamente,desde un extremo hasta el otro, en una sola operacin.

Pocas limitaciones

Se pens alguna vez que las puntas de arrastre frontal eran bsicamente para ejes cilndricos largos yrectos, que tenan que tornearse entre centros. Ahora, muchos fabricantes encuentran que cualquier cosaque pueda tornearse entre centros puede hacerse con una punta de arrastre frontal.

Algunas piezas de trabajo que rutinariamente se cortan usando puntas de arrastre frontal, incluyen partesde transmisiones de automvil, cigeales, ejes de levas, piones, ejes de motores elctricos, forjas yejes hasta de 36 pulgadas de dimetro. Para que el torneado sea seguro con una punta de arrastrefrontal, se recomienda una relacin tres a uno del dimetro de la punta al dimetro de la pieza de trabajoen bruto, aunque tambin se usan relaciones cinco a uno.

Tambin se pens alguna vez que los cortes pesados eran un problema con las puntas de arrastre frontal,por el deslizamiento de la parte. Esto ya no es as, especialmente con las puntas mecnicas de arrastrefrontal. Con una carga adecuada del contrapunto y el uso de pernos de arrastre (algunas aplicaciones norequieren pernos de arrastre; por ejemplo, ciertas puntas de arrastre frontal usadas en aplicaciones detallado de engranajes incluyen un sistema de disco gua para evitar el deslizamiento), casi cualquier tipode parte puede tornearse y, a menudo, con mayor eficiencia que usando un mandril de mordazas.

Los cortes interrumpidos generalmente se consideraban inaceptables para las puntas de arrastre frontal,pero ahora estos tipos de corte pueden hacerse con avances rpidos y cortes profundos. Hoy los cortes

axiales o los cortes interrumpidos de ranuras en engranajes endurecidos, as como el roscado en duro, sehacen con puntas de arrastre frontal.

Las puntas de arrastre frontal pueden manejar una amplia gama de piezas de trabajo con un solo tamaode punta. Por ejemplo, cambiando los pernos de arrastre, los modelos tamao 4 de Neidlein (ambasversiones cargadas por resorte y con centro fijo), pueden manejar piezas de trabajo desde 1,575 hasta 7,0pulgadas de dimetro.

Estas partes tipifican la variedad que se produce con las puntas de arrastre frontal de hoy. La pieza ms larga mide ms de 15y pesa 22 libras, aunque es comn trabajar partes ms largas y ms cortas.


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Otras aplicaciones, como el torneado en duro, el rectificado, el tallado de engranajes y el fresado, tambinson aptas para estos sujetadores. Por ejemplo, la incidencia de la fresa matriz para tallar engranajespuede ser una preocupacin con varios tipos de sujetadores de trabajos, pero con la punta de arrastrefrontal especificada e implementada correctamente, esta aplicacin puede ser muy exitosa. Loscontrapuntos cargados por resorte que usan un disco de arrastre (en lugar de pernos de arrastre) tienenbuen desempeo en el tallado. El disco de arrastre puede cambiarse rpidamente para darle forma oreemplazarlo, porque es fcil de retirar.

Las reglas

Dos reglas aplican para usar puntas de arrastre frontal.

Primera, la aplicacin debe tener una mquina que pueda entregar suficiente fuerza en el cabezal mvilpara mantener la pieza de trabajo. Sin embargo, la fuerza depende del tipo de pieza que se vaya atornear, el material del que est hecha, el nmero de pernos de arrastre usados en la punta de arrastrefrontal y la clase de operacin que se est desarrollando (torneado, rectificado, torneado en duro, talladode engranajes, etc.). Si existe alguna duda de cunta fuerza es necesaria, se aconseja a los usuariosconsultar con el fabricante de la punta de arrastre frontal para obtener una gua. Por lo general, la mayorade mquinas tiene suficiente fuerza en el cabezal mvil para una punta mecnica de arrastre frontal,

aunque las rectificadoras con cabezal mvil manual y los tornos de roscar son una excepcin.

Segunda, el primer corte debe hacerse generalmente hacia la punta de arrastre frontal para ajustar mejorla pieza de trabajo y permitir a los pernos de arrastre hacer su trabajo apresndola. Una vez se hace elprimer corte hacia la punta de arrastre frontal, se pueden hacer cortes hacia el cabezal mvil. Sinembargo, las aplicaciones de rectificado y torneado en duro pueden no requerir el seguimiento de estaregla.

Componentes de diseo de la punta de arrastre frontal

Las puntas de arrastre frontal tienen cuatro partes principales:

Esta vista de seccin de una punta de arrastre frontal mecnica identifica los componentes principales de su construccin.


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Brida/vstago: se usa un montaje con brida o un montaje con vstago para unir la punta de arrastre alcentro de torneado.

Cono de nariz: esta rea de la punta de arrastre frontal (unida al rea de brida/vstago) es la caja y gua

para los pernos de arrastre, el contrapunto y su mecanismo de compensacin/sistema cargado porresorte. El mecanismo de compensacin/sistema cargado por resorte permite que los pernos de arrastrese ajusten a cualquier variacin en la planitud del extremo de la pieza de trabajo. En algunos diseosmecnicos, un sistema de arandela cncava/convexa trabaja con el contrapunto cargado por resorte ode centro fijo para permitir que el sistema acomode piezas de trabajo refrentadas irregularmente (que seencuentran por lo general en partes aserradas sin uniformidad, fundiciones de forma casi bruta o partesforjadas).

Contrapunto: en el centro de la punta de arrastre frontal hay un contrapunto que mantiene la pieza detrabajo en la lnea central con el otro centro (o soporte de la pieza contraria) en el lado opuesto,generalmente un cabezal mvil con un centro giratorio o esttico. Un centro giratorio/esttico se usa paracentrar la pieza de trabajo y localizar su punto en el agujero de centro de la pieza de trabajo. Loscontrapuntos pueden cambiarse para diferentes tipos y tamaos de piezas de trabajo. (Por ejemplo, laspiezas de trabajo endurecidas requieren normalmente un contrapunto de carburo o dimetros diferentes

de tamaos de centro). Ellos centran la pieza de trabajo para rotar a lo largo del eje de la mquina ypermiten que los pernos de arrastre sujeten la cara de la pieza de trabajo. Con amplia aceptacin en laindustria de hoy, el diseo de contrapunto cargado por resorte incluye posicionamiento de longitud desdeel perno de arrastre o la cara de la pieza de trabajo. Tambin estn disponibles los contrapuntos decentro fijo (las mediciones de longitud se toman con una esfera de medicin sobre la cara de la pieza detrabajo). Las versiones de centro fijo proveen las operaciones ms precisas, con mediciones TIR tanbajas como 0.0002 pulgadas en comparacin con TIR de 0.0004 pulgadas, tpico en diseos cargadospor resorte.

En las puntas de arrastre frontal con centro fijo, un actuador hidrulico o neumtico empuja los pernos dearrastre a la pieza de trabajo, mientras que con los tipos cargados por resorte, el cabezal mvil empuja lapieza de trabajo al contrapunto. En los casos que se usa una punta de arrastre con centro fijo (cuando senecesitan tolerancias extremadamente altas o donde las longitudes se miden desde el agujero centralmediante una esfera de medicin), se debe tener el actuador y la barra de tiro de tamao adecuado para

evitar sobrecargar el cabezal mvil y optimizar el sistema hidrulico/neumtico de la mquina.

Pernos de arrastre: para tornear eficientemente una pieza de trabajo, los pernos de arrastre deberanactuar como dientes que muerden la cara de la pieza de trabajo. Estos pernos son reemplazables yestn disponibles en juegos de tres, cinco o seis, segn el tamao de la punta de arrastre y de la piezade trabajo que se vaya a tornear.

Algunas aplicaciones requieren pernos de arrastre recubiertos con materiales como carburo o diamante.Las piezas de trabajo metlicas con una dureza Rockwell C 48 o mayor, deberan usar pernos dearrastre recubiertos. Los pernos recubiertos con diamante se continan usando para rectificar piezas detrabajo endurecidas. El rectificado no genera tanta fuerza como el torneado.

Estn disponibles pernos de arrastre microaserrados y con recubrimiento duro. Estos pernos, que

reducen o eliminan el deslizamiento de la parte, reducen as los desperdicios. Tambin duran ms quelos pernos de arrastre con recubrimiento de diamante.

Terminar piezas de trabajo endurecidas usando puntas de arrastre frontal gana mayor aceptacin con lasavanzadas capacidades de las puntas de arrastre, las mquinas-herramienta y las herramientas decorte. Sin embargo, el revenido ha dado la capacidad para sujetar piezas de trabajo endurecidas conconfiabilidad y precisin mientras se mecanizan completamente en una sola operacin. Para aseguraruna apropiada sujecin del trabajo, se necesita un elemento de arrastre adecuado --que pueda manejardemandas de tolerancias estrechas y siga siendo rentable para posibilitar el torneado en duro--. Unaopcin es un sistema de pernos de arrastre microaserrados y con recubrimiento duro montado alrededorde la punta de arrastre frontal (lo cual ha resultado exitoso en muchas aplicaciones de torneado, peroespecialmente en el torneado en duro).

En aplicaciones de torneado en duro y rectificado, la expectativa de vida de los pernos de arrastre

microaserrados y con recubrimiento duro se reporta entre seis y diez veces mayor que aquella de lospernos con recubrimiento de diamante. Los nuevos pernos son ms confiables que los pernos conrecubrimiento de diamante, los cuales pueden perder agarre si el recubrimiento de diamante se pierde en


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condiciones difciles, como el torneado de piezas de trabajo endurecidas. Adems, estos pernos puedensujetar un rea superficial menor, permitindoles manejar una mayor variedad de piezas de trabajo quecon los pernos recubiertos con diamante.

Dados los parmetros apropiados, se dice que estos pernos de arrastre logran tolerancias de redondezmenores de 0.000008 pulgadas (0.002 mm) en corridas de produccin largas.

Mecnicas o hidrulicas?

Aunque ambos tipos se utilicen ampliamente, las puntas mecnicas de arrastre frontal parecen proveermejores razones para seleccionarlas frente a las hidrulicas. Los modelos mecnicos tienen pernos dearrastre compensados y mnimo desalineamiento del centro, resultado de la longitud de gua extendidaen el centro, el contrapunto y su mecanismo de bloqueo (slo en los modelos cargados por resorte). Elcabezal mvil se bloquea mecnicamente cuando est en la posicin sujetada. Estas puntas de arrastrefrontales ofrecen una precisin por debajo de 0.0004 pulgadas TIR. Los dimetros de partes que puedenmanejarse varan desde 0.240 pulgadas hasta 36 pulgadas con puntas de arrastre frontal estndar. (Sehan mecanizado dimetros ms pequeos y ms grandes con puntas de arrastre frontal paraaplicaciones especiales).

Los estilos mecnicos pueden usarse con piezas de trabajo que pesen hasta 8.000 lbs (se dice que laspuntas de arrastre frontal hidrulicas estn limitadas a piezas de trabajo de la mitad del peso). Eltorneado de piezas de trabajo ms largas puede requerir el uso de un descanso continuo para soporteadicional.

La tpica punta mecnica de arrastre frontal requiere menos fuerza del cabezal mvil porque de 90% a95% de esta fuerza est disponible para que los pernos de arrastre muerdan la pieza de trabajo, con 5%a 10% de la fuerza del cabezal mvil usada para colapsar el contrapunto. En las puntas de arrastrefrontal hidrulicas, cerca de 50% de la fuerza del cabezal mvil se usa para colapsar el contrapunto,porque no tienen ningn mecanismo de bloqueo del mismo.

Ahorro de costos y otras observaciones

Otros beneficios de las puntas de arrastre frontal incluyen costos menores de energa, as como menor

desgaste y deterioro del husillo y de los componentes internos de la mquina. Se requiere ms energapara hacer girar un mandril grande montado en una mquina de la que puede requerirse para unapequea punta de arrastre frontal. Las puntas mecnicas de arrastre frontal tambin pueden reducir loscostos de mantenimiento. Por lo general, lo nico que se requiere es aplicar grasa cuando se cambianlos pernos de arrastre.

En centros giratorios/estticos, la punta de arrastre frontal generalmente slo es tan buena como elcabezal mvil. Los centros con punta de carburo trabajan bien en aplicaciones de torneado en duro yrectificado. Conviene escoger un centro del cabezal mvil diseado para minimizar el error dedesalineamiento, soportar altas cargas axiales y radiales y requerir poco mantenimiento.


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9 - Mecanizado de moldes y matrices a alta velocidad

Si el mecanizado de alta velocidad no brinda de manera confiable una produccinsignificativamente ms rpida, entonces las mquinas de alta velocidad no valen suinversin.

Incrementar la velocidad de husillo, reducir la carga de viruta y redondear las esquinas agudas en lospatrones de herramienta, son algunas consideraciones importantes para el xito del mecanizado de altavelocidad. Sin embargo, los programadores y los mecnicos de CN que se detienen en estas reflexionesse encuentran con lugares comunes como la ruptura de herramientas o la restriccin de parmetros comoel stepover, la tasa de avance o la profundidad del corte. Esto es serio, porque si el mecanizado de altavelocidad no brinda de manera confiable una produccin significativamente ms rpida, entonces lasmquinas de alta velocidad no valen su inversin.

Cada vez, ms mecnicos y programadores exitosos toman conciencia de que el mecanizado de altavelocidad es una manera fundamentalmente diferente de mecanizar. Buscan formas para mejorarcontinuamente sus procesos en los equipos de alta velocidad. Algunas de las mejoras pueden ser muysimples. Es el caso de los consejos que se presentan aqu. Las que siguen son ideas que usted podraadoptar hoy para comprender mejor el valor de su propio proceso de mecanizado de alta velocidad.

1. Apuntar a la remocin constante de material

En este sistema optimizado, todos los elementos operan justo por debajo de sus capacidades mximas yninguno de ellos est sobrecargado. Esto es lo que debemos intentar lograr en el mecanizado de altavelocidad. Para evitar el dao de la herramienta, la velocidad y el avance deberan permanecer en loslmites de la carga pico encontrada en el patrn de herramienta. Sin embargo, ajustar la velocidad y elavance de esta forma deja que la herramienta corte ms despacio de lo que debera durante los perodosde carga-no-mxima. Esto significa que queremos una remocin constante de material o una carga deviruta consistente. Si hay una carga de viruta inconsistente, pasa una de estas dos cosas: se daanherramientas en el proceso, o el proceso opera muy lentamente.

Optimizar la tasa de remocin de metal en el desbaste es el paso ms importante en la programacinCAM. La profundidad de corte y el

stepover recomendado por las tablas de mecanizado para una

combinacin dada de herramienta y material, asumen que usted est desbastando con el mismo stepovedurante todo el patrn de herramienta. Sin embargo, si su patrn involucra un movimiento para ranurado oel embebido de una esquina sin cuidado, la herramienta encontrara, entonces, mucho ms material que elprevisto.

Los patrones de separacin sencillos trabajan bien, slo si todos los lados del material a ser removido sonabiertos. Si usted tiene paredes adyacentes al rea que est tratando de desbastar, entonces este patrnpodra hacer que la herramienta se hunda en el material. Una mejor opcin es usar un patrn deseparacin que siga la pieza. Un patrn como tal evita que el ranurado inicie lejos de las paredes de lapieza y se introduzca en ellas. Aun cuando este patrn de herramienta incluye muchos movimientosrpidos, el tiempo de mecanizado total se reduce gracias al incremento en el stepoverque permite estepatrn. Una opcin, incluso mejor, es usar un patrn trocoidal que monitorea la cantidad de embebido dela herramienta para mantener un umbral consistente.


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El mecanizado con un patrn convencional (arriba) ocasiona que la herramienta gaste parte de su tiempo ranurando. Un patrnque sigue la parte (en el medio) hace ms eficiente el proceso al evitar el ranurado. Un patrn trocoidal (abajo) puede hacer anms eficiente el proceso al limitar el embebido de la herramienta.

2. Vinclese con los niveles Z

En la mayora de los casos, realizar el acabado de superficies 3D a travs de las operaciones en el nivel Z(tambin conocidas como mecanizado "lnea de agua" o "Z constante") proporciona un mejor contacto conel material y un acabado ms consistente que las operaciones proyectadas de acabado. Las operacionesde nivel Z garantizan que la tasa de remocin de material y el contacto de la herramienta seanconsistentes, con profundidades de corte axiales fijas y cortes arriba-abajo. En contraste, las operaciones

de lneas paralelas proyectadas van hacia arriba y hacia abajo, segn la geometra de la parte,provocando puntas significativas en el contacto axial cuando pasan por pendientes empinadas. De nuevo,si estas reas de carga pico no daan la herramienta, entonces las partes sin pendientes acentuadas delproceso se estarn cortando muy lentamente.

3. Conozca su controlador

Algunos controladores ofrecen modos de procesamiento de alta velocidad que proporcionan tasas deaceleracin y desaceleracin agresivas durante las operaciones de desbaste, donde una precisin desubmicrones es demasiado. Por ejemplo, en las mquinas Makino que usan controladores Fanuc, con sloactivar el cdigo M251 antes de los ciclos de desbaste es posible reducir el tiempo de desbaste en 30%. Elcontrolador Siemens Sinumerik 840D ofrece un ciclo de alta velocidad similar (ciclo 832), el cual lespermite a los usuarios ajustar varios modos de optimizacin de velocidad. Los sistemas avanzados CAM,como NX de UGS, proveen plantillas de operacin con capacidad de ser personalizadas, y donde estosajustes pueden prepararse una sola vez y luego usarse automticamente.


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4. Una menor longitud de herramienta es mejorUna herramienta de corte es una viga empotrada, cuyafuerza de corte acta en su extremo libre. Las ecuaciones fsicas comprobadas muestran que la deflexines exponencialmente proporcional a la longitud de la herramienta de corte.

Por ejemplo, una herramienta de dimetro de 6 mm, ajustada a una longitud de 24 mm, podradeflectarse 50% ms que la misma herramienta ajustada a 20 mm de longitud.

Incrementar la longitud de la herramienta en 20% incrementa la deflexin en 50%.

La deflexin en el filo de corte es la principal causa detrs de varios efectos negativos, como la vibracin,el bamboleo y la carga de impacto. De aqu que sea importante mantener esta deflexin en un mnimo.Reducir la longitud de la herramienta es la forma ms fcil de controlar la deflexin de la herramienta ymantener altas tasas de remocin de material. El ayudante de longitud de herramienta en el NXMachining de UGS le da al usuario la menor longitud de la herramienta que sera suficiente paramecanizar una geometra dada.

5. Nunca ascienda de forma recta

Cualquier expedicionario podra decirle que ascender una montaa con un ngulo reduce la pendiente

efectiva y facilita la travesa. Las montaas pendientes tambin son difciles para los escariadores,porque tienen que abrazar ms material en el lado superior de la cima. A medida que la pendiente sehace ms inclinada (en las caras de cada de la mayora de cavidades y ncleos de matrices, porejemplo), el contacto axial puede punzar drsticamente. Esto podra quebrar la herramienta.

Existen dos tcnicas para mitigar las puntas o picos de contacto que resultan de los ascensos inclinados.Uno es cambiar el ngulo de zigzag, de modo que la herramienta tome estas paredes inclinadas con unngulo de 45en lugar de tomarlas de frente. Ascen der con un ngulo reduce la pendiente efectiva yalivia la sobrecarga. Un beneficio adicional de cortar a 45es que los chaflanes que van a 0y 90setocan slo momentneamente durante cada pase, dando tiempo a la herramienta de recuperarse. Cortarparalelamente a estos chaflanes incrementara la carga durante unos pocos pases, elevara posiblementela temperatura de la punta de corte y debilitara la herramienta.

Otra tcnica para evitar la sobrecarga de la herramienta mientras se cortan paredes inclinadas espremecanizar estas paredes mediante operaciones en el nivel Z. El fresado por reas en zigzag de la

parte completa puede venir luego, pero el premecanizado de estas paredes significa que el fresado enzigzag puede evitar cargar la herramienta cuando se encuentre con estas paredes.


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Los patrones de herramienta a la izquierda mandan la herramienta hacia pendientes inclinadas. Cambiar el ngulo del patrnde la herramienta a 45(abajo) ayuda a reducir la carga de la herramienta.


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6. Interacte con su diseador de herramental]

Ciertas caractersticas requieren una programacin y un mecanizado ms cuidadoso que otras. Algunosejemplos potenciales incluyen los pequeos radios de chaflanes cncavos y ranuras angostas que seencuentran a menudo en componentes de moldes. Ensearle a su diseador de herramientas los retos

del mecanizado de estas caractersticas puede facilitar mucho su trabajo.Por ejemplo, la mayora de las superficies de moldes tipo shut-off no necesita chaflanes y ranurasverticales estrechas. Podran modificarse fcilmente para facilitar y agilizar el mecanizado de estaspartes. En resumen, el mecanizado efectivo de alta velocidad puede no slo involucrar la velocidad delhusillo, la tasa de avance y la suavidad del patrn de la herramienta, sino tambin la atencin a lanaturaleza de los mismos patrones, e involucrar incluso una mayor comunicacin.

Incrementar este radio de chafln tipo shut-off permite reducir el tiempo de mecanizado de esta parte en 20%.


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10 - Progreso del mecanizado de moldes

Conceptos y fundamentos del mecanizado lado por lado, del mecanizado en paralelo y deltaladrado profundo en cinco ejes.

Pocos segmentos de la industria metalmecnica son tan dinmicos como la fabricacin de moldes, demodo que examinar el horizonte de las tecnologas emergentes y los conceptos innovadores es una partesignificativa para estar adelante en cualquier taller de moldes. Aqu hay algunos desarrollos que permitencrear oportunidades o establecer el ritmo del mecanizado de moldes.

Mecanizado lado por lado

Concepto.El ncleo y cavidad de un molde se mecanizan lado por lado, as como las caras a la izquierday derecha de una sola pieza de trabajo, en una mquina multipropsito.

Fundamento. Este concepto fuedemostrado en IMTS 2004 en uncentro de mecanizado Integrex Serie-e, de Mazak. Usando la flexibilidad delhusillo para fresado inclinable (eje B) ylos husillos de torneado opuestos (ejeC), los agujeros de refrigeracin fueronfresados en las cuatro caras lateralesy en la cara posterior de una pieza detrabajo rectangular. Los detalles delncleo y la cavidad fueronmecanizados mientras la pieza detrabajo segua siendo una pieza.Coordinando la rotacin de los husillosde torneado con el husillo de fresadoinclinable, poda lograrse la orientacinptima del cortador para mejorar elacabado superficial y extender la vida

del filo del cortador. La pieza detrabajo tambin poda tornearseperidicamente para descargar lasvirutas.

Las porciones del ncleo y la cavidadse separaron luego con cadasegmento, permaneciendoamordazado rgidamente en loshusillos de torneado opuestos. Loslados expuestos de las piezasrespectivas fueron fresados

frontalmente y los agujeros para refrigeracin se taladraron a fin de completar ambas mitades del moldeen un solo alistamiento.

Esta solucin redujo considerablemente el nmero de alistamientos y operaciones en comparacin con elmecanizado convencional. La precisin tambin mejor porque ambas mitades del molde retuvieronperfectamente la orientacin respecto de la otra hasta la separacin.

Tecnologa permisiva. En esta aplicacin, la precisin en el posicionamiento sobre los ejes rotatorios escrtica. La mquina multipropsito utiliza una leva de rodillos que provee una resolucin de 0,0001 gradosen el husillo de fresado. Los husillos de torneado principal y secundarios tambin se indexan enincrementos de 0,0001 grados. Segn el fabricante, la vibracin del husillo de fresado de 12.000 rpm esde 1,5 micrones (0,00006 pulgadas). La extremadamente baja vibracin del husillo protege lasherramientas de corte con dimetro pequeo en las aplicaciones de fresado a alta velocidad.

El ncleo y la cavidad de un molde se mecanizan en el slido a partir deuna sola pieza de trabajo. Los agujeros para refrigeracin sobre las cuatrocaras laterales de estas piezas de moldes se taladran en el mismoalistamiento.


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Mecanizado en paralelo

Concepto.Los componentes grandes de moldes se mecanizan por segmentos en centros de mecanizadoms pequeos. Los segmentos terminados se ensamblan luego en un ncleo o cavidad completa. Enalgunos casos, los segmentos son diseados como insertos para ajustar en bolsillos de la base del molde.

Fundamento. Luego de segmentar un componente grande de molde, cada segmento puede serprocesado en un centro de mecanizado ms pequeo, en lugar de serlo en una mquina vertical msgrande con una cama ms amplia. Un centro de mecanizado horizontal ms pequeo es ideal porqueofrece ventajas en la evacuacin de viruta y en la productividad, aunque una mquina vertical mspequea tambin se puede aplicar.

Ya que sus cubos de trabajo son proporcionalmente ms pequeos, las mquinas ms pequeas puedentener una precisin volumtrica mayor. Con menos masa en los ejes mviles, las mquinas mspequeas pueden lograr mejores tasas de aceleracin/desaceleracin (acc/dec) para contornos. Lastasas ms altas de acc/dec pueden reducir significativamente el tiempo total de mecanizado -en general,20 horas de mecanizado pueden completarse en 15 horas gracias a una acc/dec ms alta-. En lasmquinas ms pequeas, los cambios de herramientas pueden manejarse con ms facilidad. Por ejemplo,hay mayor posibilidad de que una herramienta para acabados pueda completar las operaciones deacabado en su segmento del molde sin tener que cambiar los filos.

An ms importante, dos o tres mquinas en operacin simultnea pueden sobrepasar una mquina msgrande. Por ejemplo, 20 horas de mecanizado pueden completarse en 7,5 horas en dos mquinas mspequeas (divida el tiempo de trabajo, luego factorice en tasas ms rpidas acc/dec). Un grupo demquinas ms pequeas puede programarse con ms flexibilidad que una sola mquina ms grande. Siun molde grande puede disearse para mecanizado en segmentos, es posible que un taller de moldesque posea slo mquinas pequeas pueda seguir haciendo el trabajo que, de otra forma, excedera sucapacidad.

Ms an, las mquinas pequeas representan una menor inversin de capital. Un taller de moldes debecomparar el costo total de dos o ms mquinas pequeas con el costo de un centro de mecanizadogrande, teniendo en cuenta la capacidad combinada de las mquinas pequeas.

Finalmente, un molde diseado para mecanizado en paralelo puede representar oportunidades paramejorar el mantenimiento y la renovacin. Por ejemplo, puede ser posible seccionar el molde de modoque las reas expuestas a mayor desgaste puedan segmentarse por separado. Al remover este segmentopara reemplazo, reparacin o restauracin, puede minimizarse el tiempo de parada.

Tecnologa permisiva. Las mquinas ms pequeas deben tener una precisin volumtricaextremadamente alta, de modo que los segmentos del molde ensamblado produzcan superficiesadyacentes que sean prcticamente una.

Taladrado profundo en cinco ejes

Concepto. La capacidad de taladrar lneas de agua en ngulos compuestos posibilita mejorar lascaractersticas de refrigeracin de un molde grande. Las mquinas de taladrado profundo con cinco ejesfacilitan hacerlo econmicamente al eliminar numerosos alistamientos complejos.

Fundamento. Los moldes como aquellos para el letrero del bumper de vehculos, los tableros deinstrumentos y otras partes plsticas dependen de un enfriamiento rpido y eficiente para lograr tiemposde ciclo competitivos.

Cuando las mquinas para taladrado profundo con mesas fijas y husillos fijos eran la regla, losdiseadores de moldes tenan dos opciones para mejorar la tasa de enfriamiento de un molde grande.Una era adicionar ms lneas rectas de agua a travs de los bloques del molde. La otra consista entaladrar las lneas de agua en ngulos compuestos, de modo que las lneas corran ms cercanas a lasuperficie de la cavidad. La primera opcin significaba gastar mucho ms tiempo en las operaciones detaladrado profundo. La segunda no necesariamente significaba tiempos ms largos de taladrado, pero salargaba bastante el tiempo de alistamiento,

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Tecnicas Modernas de Mecanizado II