Herramientas de corte de metal: ¿cómo evitar y prever su desgaste?

Herramientas de corte de metal: ¿cómo evitar y prever su desgaste?

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Las herramientas de corte están en constante evolución y en la búsqueda lograr mayor precisión, certeza y confiabilidad en el corte. Conozca los puntos clave para lograr que alcancen un máximo desempeño.


En la industria de la manufactura, el corte es una de las operaciones más importantes. La precisión y eficiencia en el corte de materiales, como metales, son fundamentales para la fabricación de piezas y componentes que cumplan con los requerimientos de los clientes y las normas de calidad. En este sentido, las herramientas de corte se han convertido en una pieza clave en la producción industrial.

Por eso, es importante explorar la tecnología disponible en la actualidad para lograr cortes precisos y eficientes, con un enfoque en herramientas de corte para la industria metalmecánica; y algunas recomendaciones para asegurar la calidad de los cortes y optimizar la eficiencia en la producción.


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La importancia de revisar el desempeño de las herramientas de corte

Herramientas de corte: ¿cómo optimizar su desempeño y prever su desgaste?

En muchas ocasiones no se presta suficiente atención al efecto de las desviaciones geométricas de las herramientas de corte en la precisión final de las piezas producidas. Desde el punto de vista de la precisión alcanzable en una pieza a fabricar, la tendencia en una cadena de manufactura es pensar desde la herramienta hacia adelante, sin tener en cuenta que esta también tuvo que ser fabricada de alguna manera.

En el caso de las herramientas de carburos cementados, después de un proceso de sintetizado, los filos son pre-cortados por electroerosión de hilo y afilados finalmente mediante procesos de rectificado. En un paso final, las herramientas de corte pueden ser recubiertas con una o varias capas de diferentes compuestos para mejorar su rendimiento. Toda esta cadena entrega finalmente un determinado valor de tolerancia geométrica, que en ningún caso es igual a cero.

Por otro lado, los insertos de corte, siguiendo la norma ISO 1832-1991 que rige su nomenclatura, la tercera posición en el código de cada uno de ellos, se refiere al tipo de tolerancias dimensionales que tiene el inserto mismo. Se pueden conseguir herramientas de tipo A, con tolerancias que van entre ± 5 y 25 µm, hasta insertos con tolerancia de tipo U, que en tamaños superiores a los 25 mm pueden tener tolerancias entre los 250 y 380 mm.

Cuando se trata de herramientas sólidas, como fresas o brocas, además de la tolerancia del diámetro de corte, que se encuentra normalmente en valores de -20 a -60 µm para herramientas de más de 3 mm, se deben revisar los valores de concentricidad del eje que a su vez llegan a ser de 10 a 20 µm. Herramientas de mayor precisión, pueden alcanzar valores de tolerancia en el diámetro y de concentricidad por debajo de 5 µm, aumentando su costo, pero también la seguridad de que la pieza saldrá de la máquina cumpliendo las tolerancias especificadas.

Todas estas tolerancias, más otras que deben ser informadas por los vendedores de herramientas, como la del radio de la punta de la herramienta en escariadoras, o del radio de la esfera en fresas de bola, suman a la incertidumbre de la medición final de la pieza que se quiere fabricar. Y por esto es necesario instalar equipos de verificación geométrica de herramientas en el taller.

Dentro o fuera de la máquina, dependiendo de la productividad del proceso, pero sin este paso, se está perdiendo gran parte de la información necesaria para obtener un producto de buena precisión.

Pero de nada sirve tener excelentes herramientas si la máquina que las utiliza no tiene buena precisión de posicionamiento y la robustez estática y dinámica que garantice que las piezas fabricadas van a tener una buena calidad.

La empresa F.V. Área Andina S.A. fabricantes de grifería, sanitarios y complementos, con sede en Quito, Ecuador, es un excelente ejemplo de la aplicación de buenas prácticas de manufactura mediante la combinación de maquinaria de última tecnología con herramientas de excelente calidad.

Por otro lado, con la puesta en marcha de nuevas máquinas multitarea basadas en torno de Mazak, se han logrado mejoras de productividad de hasta un 50% en aplicaciones para piezas de latón para grifería, mediante el uso del doble husillo y la doble torreta, haciendo 10 procesos en una misma máquina.

Este proceso reemplaza el trabajo hecho anteriormente en dos máquinas separadas. Miguel Pantalano, gerente de la planta de grifería de F.V. asegura que “los costos claves en este negocio son el minuto productivo y el costo de la materia prima. Al reducir tiempos muertos al no tener que pasar de una máquina a otra, tener mayor velocidad y menor cantidad de operaciones, se logra mayor versatilidad para productos complejos y se logra capacidad para sacar piezas casi listas, reduciendo así costos clave.”


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¿Cómo alargar la vida útil de las herramientas de corte?

Herramientas de corte: ¿cómo optimizar su desempeño y prever su desgaste?

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Existen varios métodos para alargar la vida útil de las herramientas de corte y mantener su rendimiento óptimo durante más tiempo. Algunas de las mejores prácticas para ello son:

  1. Seleccionar la herramienta adecuada para el trabajo: para garantizar una calidad óptima y prolongar la vida útil de la herramienta. Es fundamental tener en cuenta el material de la pieza de trabajo, el tipo de corte necesario y las condiciones de mecanizado. También es importante utilizar una herramienta de corte de calidad que esté diseñada para el trabajo específico.
  1. Ajustar la velocidad de corte: la velocidad de corte es un factor crítico que influye en la vida útil de la herramienta de corte. Si la velocidad de corte es demasiado alta, la herramienta de corte se desgastará más rápidamente, mientras que si es demasiado baja, la pieza de trabajo puede sufrir daños. Es importante ajustar la velocidad a un nivel óptimo que garantice una calidad óptima de corte y una vida útil prolongada de la herramienta.
  1. Mantener las herramientas de corte limpias y lubricadas: para garantizar su buen funcionamiento y prolongar su vida útil. El exceso de suciedad y la falta de lubricación pueden provocar una mayor fricción y desgaste de la herramienta, lo que acorta su vida útil. Es importante limpiar las herramientas de corte regularmente y utilizar lubricantes adecuados para garantizar un rendimiento óptimo.
  2. Utilizar un enfriamiento adecuado: es fundamental para prolongar la vida útil de las herramientas de corte. Las altas temperaturas generadas durante el proceso de mecanizado pueden acortar la vida útil de la herramienta. Utilizar un sistema de enfriamiento adecuado puede reducir la temperatura y prevenir el sobrecalentamiento.
  3. Prevenir el desgaste prematuro: ya que puede acortar significativamente su vida útil. Una de las formas de prevenir el desgaste prematuro es evitar el sobrecalentamiento de la herramienta y mantener las condiciones de corte adecuadas. Además, se pueden utilizar materiales de alta calidad y herramientas de corte revestidas para prolongar su vida útil.

Y es que de manera recurrente, los talleres de fabricación delegan la decisión de cambio de la herramienta a los operarios de turno de cada una de las máquinas. Esto requiere cierto nivel de experticia, que incluye por supuesto un componente subjetivo, generando una falta consistencia en la decisión del momento del cambio.

El operario de un turno puede decidir cambiar la herramienta en un tiempo significativamente menor que otro, generando problemas al momento de calcular y administrar el suministro de herramientas para los trabajos.

Una forma sencilla de comenzar a hacer un manejo de vida útil de las herramientas es generar un macro en el CNC del equipo para contar número de piezas, fabricadas con una misma herramienta, si los trabajos se realizan de una pieza a otra con la misma herramienta, o con trabajos cortos (herramientas que se usan de trabajo en trabajo) que se mida el tiempo de uso.

Según Mauricio Sancio, de Raikes Fonseca, “los programadores de CNC pueden incluir un macro en la máquina que lleve la cuenta consecutiva de minutos, o piezas que cada herramienta del magazine está siendo capaz de producir antes de llegar a niveles de desgaste inaceptables. El macro puede hacer que se muestre en la pantalla el momento en que determinada herramienta ha producido más piezas de las normalmente aceptadas, o ya ha superado los minutos de trabajo predefinidos”.

Agregó, también, que “usando sistemas de medición se puede compensar el desgaste de la herramienta para que se compense en largo o en diámetro el offset en el programa CNC. Programa una rutina para que la máquina vaya guardando la duración de cada herramienta”

Además de las piezas realizadas en máquinas multitarea basadas en torno, la empresa FV Andina en Ecuador está instaurando procesos en un nuevo centro de mecanizado vertical con capacidad de 5 ejes.

Según Miguel Pantalano, aunque “ahora las aplicaciones son de indexado de piezas para trabajo en 5 caras para disminuir tiempos de configuración y aumentar la flexibilidad de la producción, se irán diseñando nuevas aplicaciones para mecanizado en 5 ejes simultáneos”.

Desde el punto de vista de la vida útil de las herramientas, esto ayudará a reducir su desgaste gracias al potencial de optimizar su trayectoria, ajustando los ángulos de corte para mantener una remoción de material constante y evitando sobrecalentamientos.

De igual manera, se elimina la generación de viruta con diferentes espesores, que causa diferencias en las fuerzas de corte y, por tanto, vibraciones que merman la vida útil de la herramienta. La capacidad de mecanizar en 5 ejes les permitirá también usar herramientas más cortas, que reduzcan la vibración implícita del proceso, disminuyendo también desgaste en la herramienta y mejorando los acabados superficiales.


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¿Cómo prever el desgaste de las herramientas de corte?

Prever el desgaste de las herramientas de corte es esencial para garantizar su buen funcionamiento y prolongar su vida útil. Existen varias señales que indican el desgaste de las herramientas de corte, como el deterioro de la calidad del corte, el aumento de la vibración y el ruido durante el mecanizado, y la aparición de irregularidades en la superficie de la pieza de trabajo.

Además, existen herramientas de monitoreo de desgaste de herramientas que pueden ayudar a prever el desgaste de las herramientas de corte. Estas herramientas miden la vibración y la fuerza de corte durante el mecanizado y utilizan algoritmos para detectar señales de desgaste.

Así, a medida que los filos de la herramienta se van desgastando, la fuerza necesaria para cortar material aumenta. Por tanto, el torque del husillo va siendo cada vez mayor, detectable a través de la corriente que consume, y se hace posible identificar niveles críticos a partir de los cuales se defina cuándo cambiar una herramienta antes de que comience a generar efectos indeseados en las piezas como problemas dimensionales, mal acabado superficial o incluso una ruptura.

Empresas como T MAC tool monitoring systems de Estados Unidos ofrecen servicios de este tipo para ser instalados en máquinas herramienta. Además de la incorporación de sistemas de medición óptica, ofrecen acelerómetros, galgas de deformación y control de lazo cerrado para control de avance de herramienta adaptivo.

La vida útil de una herramienta de corte depende de una multiplicidad de factores, que no solamente tienen que ver con la herramienta misma. Entre ellos se encuentran el tipo de material, su geometría, la forma como está sujetado y su calidad superficial. También influye, desde el punto de vista de la máquina, su rigidez estática y dinámica, al igual que el tipo de la misma.

Para cada proceso, es importante observar y analizar la cinemática, las condiciones de corte y el tipo de fluido refrigerante, al igual que la influencia del ambiente, en cuanto a interferencias externas como vibraciones transmitidas desde el suelo, o cambios drásticos de temperatura.

Los consejos tradicionales para aumentar la vida útil de las herramientas, se basan la optimización de la profundidad de corte (AP) para reducir el número de pasadas, optimizar (FN) para reducir el tiempo de corte y reducir la velocidad de corte (VC) para reducir el calor generado por la fricción de la herramienta con la pieza. Un análisis juicioso de este conjunto de variables logra excelentes resultados, siempre y cuando se pueda determinar cuantitativamente la vida útil de la herramienta.

Para esto, el estadounidense Frederick W. Taylor determinó, en los primeros años del siglo XX, una fórmula para relacionar el tiempo de vida útil de las herramientas de acero rápido (también de su co-invención) con la velocidad de corte.

Entender paulatinamente la complejidad de los procesos de corte permite que poco a poco podamos determinar con mayor precisión el resultado final al fabricar un producto. Reducir la incertidumbre de la producción y con ella la cantidad de trabajos, devoluciones y fallas, permite también ocupar el talento de la industria en Latinoamérica para generar nuevos y mejores productos para la región.


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