El torneado en duro no es tan duro

La mayor atracción del torneado en duro es la posibilidad de eliminar las operaciones de rectificado. Sin embargo, para algunos talleres, el proceso de tornear repetidamente piezas con durezas superiores a 45 Rc y exactitudes del nivel del rectificado, es aún algo no muy claro.

Un proceso de torneado en duro correctamente calibrado puede producir terminados superficiales de 0,00011 pulgadas, redondeces de 0,000009 pulgadas y tolerancias de diámetro de ±0,0002 pulgadas. Un desempeño como este puede ser logrado en la misma máquina que hace el torneado anterior al endurecimiento, lo que maximiza la utilización del equipo. Sin embargo, algunos talleres cometen errores al utilizar inicialmente el inserto no apropiado (por lo general, el más barato) para la aplicación. Otros pueden no estar seguros de que su máquina tenga la rigidez necesaria para soportar las presiones de corte que pueden ser el doble de las que se presentan en las operaciones típicas de torneado.

Tom Sheehy, ingeniero de aplicaciones de Hardinge, Inc., compartió algunos de los consejos y apreciaciones de su compañía sobre el torneado en duro. Los siguientes son ocho elementos clave de proceso que los talleres deben tener en cuenta cuando van a dar una mirada seria al torneado en duro.

- Pieza. Aunque el punto de partida para el torneado en duro es un material con 45 Rc, normalmente se realiza en piezas con 60 Rc o más. Los materiales duros más comunes son aceros para herramientas, aceros para rodamientos o endurecidos superficialmente, Inconel, Hastelloy, Stellite y otros materiales exóticos. Desde el punto de vista metalúrgico, los materiales con pequeñas variaciones de dureza (menos de dos puntos Rc) a lo largo de la profundidad de corte son los que mejor permiten predecir el proceso.

En algunos casos, el tamaño de la pieza o su geometría no permiten por sí mismos llevar a cabo un torneado en duro. Las piezas mejor conformadas para este proceso tienen una pequeña relación longitud a diámetro (L/D). En general, para piezas no soportadas la relación L/D no debe ser mayor de 4:1, y para piezas soportadas no mayor de 8:1. Aunque se utilice un contrapunto de soporte para piezas largas y delgadas, con altas presiones siempre tratará de inducir castañeo.

- Máquina. El grado de rigidez de la máquina determina el grado de exactitud del torneado. La mayoría de las máquinas construidas en los últimos 15 a 20 años tienen la suficiente rigidez para realizar algunas operaciones de torneado duro. En muchos casos, la condición global de la máquina es un factor más determinante que su edad. Aun un torno viejo pero bien mantenido puede ser candidato para realizar torneado en duro. Sin embargo, cuando las tolerancias requeridas por la pieza se hacen más exigentes y los terminados superficiales más finos, la rigidez de la máquina se convierte en un factor esencial.

Hardinge ha integrado un gran número de elementos en sus centros de torneado para aumentar sus características de rigidez y amortiguamiento para aplicaciones de torneado duro. Entre estos se incluyen bases de máquina con refuerzos de polímeros compuestos, husillos de pinzas con apoyos directos que localizan el rodamiento muy cerca de la pieza de trabajo, y guías hidrostáticas.

Maximizar la rigidez del sistema significa minimizar los voladizos y las extensiones de herramientas y de piezas, lo mismo que eliminar calzos y espaciadores. El objetivo es mantener todo tan cerca de la torreta como sea posible.

- Insertos. Algunos talleres no son amigos de los insertos de nitruro de boro cúbico (CBN) por su alto costo, sin tener en cuenta que son el mejor grado de inserto para el torneado en duro. Los insertos CBN se comportan muy bien durante los cortes interrumpidos y ofrecen una buena duración al desgaste en cortes continuos. Con un proceso de torneado duro bien calibrado, estos insertos ocupan el segundo lugar, después del rectificado, en cuanto a obtención de tolerancias diametrales.

Los cerámicos no son tan tenaces como el CBN, y normalmente no se usan con tolerancias mayores de ±0,001 pulgadas. Los cerámicos no son apropiados para cortes interrumpidos y no deben usarse con refrigerante debido al riesgo de daño por choque térmico. Las geometrías despuntadas son inherentes a este material, con lo que se producen altas fuerzas de corte y se reduce el terminado superficial. Adicionalmente, la falla de un inserto cerámico puede ser catastrófica y hacer que todos los bordes de corte queden fuera de uso.

El cermet (carburo sólido de titanio) trabaja bien para el corte continuo de aceros endurecidos superficialmente. Aunque no ofrece la resistencia al desgaste del CBN, tiende a desgastarse proporcionalmente bajo la mayoría de circunstancias en lugar de romperse.

Los insertos con ángulos de incidencia negativos son utilizados típicamente por causa de sus bordes de corte robustos. Sin embargo, insertos con ángulos de incidencia positivos pueden permitir torneado en duro en máquinas de cuya rigidez se sospecha, ya que las fuerzas de corte son menores que en los perfiles negativos.

El mejor consejo con respecto a los insertos es trabajar muy de cerca con el proveedor de herramientas, especialmente al principio del proceso, con el fin de llegar rápido a la alta velocidad.

- Refrigerante. La mayor pregunta con respecto al refrigerante es cuándo usarlo y cuándo no. Para algunas piezas, como los engranajes, que tienen cortes interrumpidos, lo mejor es trabajarlos en seco, porque el choque térmico que el inserto experimenta al salir y entrar en los cortes podría causar roturas. Para cortes continuos, la alta temperatura de la punta de la herramienta que se presenta en el torneado seco, sirve para revenir (suavizar) el área de precorte, lo que disminuye el valor de dureza y hace que el material sea más fácil de cortar. Este fenómeno explica porqué es beneficioso aumentar las velocidades de corte cuando se corta en frío. El corte sin refrigerante también trae obvios beneficios en los costos. El refrigerante puede ser conveniente en aplicaciones de corte continuo, en función de proporcionar una mayor vida a la herramienta y mejores terminados superficiales. La clave es mantener el refrigerante en la punta de la herramienta. Refrigerante a alta presión es la mejor estrategia para alcanzar la punta de la herramienta y evitar que se evapore por las altas temperaturas. La alta presión también sirve para mantener las virutas de un tamaño pequeño, lo cual reduce la posibilidad de que estas bloqueen el refrigerante y eviten que llegue a la punta. Otra manera de asegurar que el refrigerante alcance continuamente la punta es suministrarlo de forma simultánea por la parte superior e inferior del inserto.

Si se usa refrigerante, debe ser con base de agua. Una viruta formada en un proceso de torneado en duro bien configurado se lleva entre 80% y 90% del calor generado (las temperaturas en la zona de corte pueden alcanzar los 1.700 ºF). Si una viruta ardiente como esta entra en contacto con un refrigerante con base de aceite de bajo punto de llama, el proceso puede literalmente estallar en llamas. Si el torneado en duro se lleva a cabo en una máquina abierta, debe haber alguna forma de resguardo en el sitio para proteger al operador de las virutas calientes.

- Proceso. Como el torneado en duro transfiere la mayoría del calor hacia la viruta, el examen de estas durante y después del corte puede revelar si el proceso está bien calibrado. Durante un corte continuo, las virutas deben ser naranja llama y fluir en forma de cinta. Si las virutas enfriadas se desintegran cuando son comprimidas a mano, esto demuestra que se está evacuando la cantidad de calor adecuada a través de las virutas.

- Capa blanca. La mal afamada capa blanca puede demostrar sus perjudiciales efectos tanto en operaciones de torneado en duro como de rectificado. Invisible para el ojo desnudo, es una muy delgada (normalmente de 1 micra) concha de material, más dura que el material de sustrato. Cuando una capa blanca se forma durante el torneado en duro, normalmente se debe a un inserto embotado que hace que mucho calor sea transferido a la pieza. Por lo general, esta se forma en aceros para rodamientos y es más problemática en piezas como las pistas, que están sometidas a altos esfuerzos de contacto. Con el tiempo, la capa blanca se puede deslaminar y llevar el rodamiento a la falla.

La mayoría de fabricantes de rodamientos tiene recursos de medición en casa para estar al tanto de este fenómeno. Para un taller que esté empezando con el torneado en duro, es recomendado que realice pruebas aleatorias durante las primeras semanas de producción para determinar cuántas piezas pueden ser cortadas con un inserto sin que se forme capa blanca. Una empresa metalúrgica puede realizar estas pruebas. Aunque un inserto esté en capacidad de cortar 400 piezas dentro de las especificaciones, puede ocurrir que se embote al punto de que empiece a producir capa blanca después de tan sólo 300 piezas.

- Alesado. Las altas presiones de corte involucradas en el alesado de materiales endurecidos tiende a multiplicar las fuerzas torsionales y tangenciales en la barra de alesar. La presión de corte puede ser reducida mediante una geometría de ángulos de incidencia positivos y agudos –insertos de 35 o 55 grados con pequeños radios de nariz–. Reducir la profundidad de corte y la velocidad de avance al tiempo que se incrementa la velocidad es otra forma de disminuir la presión.

Durante el alesado es importante calibrar la herramienta, bien en el centro o ligeramente arriba del centro de la pieza, porque la deflexión del corte desplaza hacia abajo la línea de centro efectiva. El mejor estilo de fijación es una manga dividida de longitud total, seguida del tipo pinza y del punto simple.

- Roscado. Una geometría apropiada es la clave para el roscado de materiales endurecidos. Uno de los mejores insertos de roscar es una versión triangular similar a los utilizados en las barras de alesar. El ángulo incluido de 60 grados y un radio de nariz reducido trabajan muy bien cuando se rosca dentro de los parámetros correctos.

Pasadas adicionales y profundidades de corte pequeñas son necesarias para el roscado de materiales endurecidos, con el fin de mantener bajas las presiones de corte y aumentar la vida del inserto. Otra alternativa es utilizar un flanco alternativo de penetración, que cambie la localización de la fuerza de corte y conduzca a una mayor vida de la herramienta.

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