Nueva tecnología ofrece productividad de perforación mejorada para acero y hierro fundido

Jan 30, 2024

Es justo decir que la perforación representa la mayor parte del mecanizado tanto en talleres pequeños como en grandes instalaciones de producción en la actualidad. Y la mayor parte de esa perforación es el taladrado en acero y hierro fundido de hasta 1" (25 mm) de diámetro. Lo que impulsa el rendimiento de taladrado y roscado con macho son los avances en sustratos, recubrimientos, diseños de tres canales y herramientas combinadas. Igual de importante son avances en el suministro de refrigerante, utilizando orificios de diferentes tamaños y formas para facilitar la evacuación de virutas.

Es posible que pueda utilizar algunos de los desarrollos recientes descritos aquí por varios fabricantes de herramientas líderes.

Drew Strauchen, vicepresidente ejecutivo, GWS Tool Group, Tavares, Fla., señaló que parte de la evolución de la tendencia en la fabricación de agujeros (y la metalurgia en general) es la personalización de las soluciones de fabricación de agujeros para que se ajusten más perfectamente a la aplicación exacta del cliente y se minimicen las operaciones. "Poder elegir el mejor sustrato, geometría, recubrimiento y longitudes de herramienta para la aplicación específica del taller es primordial para más fabricantes que buscan competir en un mercado global. Junto con la personalización, se combinan dos o más herramientas para reducir aún más las operaciones y los tiempos de ciclo. —la definición misma de optimización", dijo.

Además de implementar nuevos avances en tecnologías, GWS Tool Group está diseñando herramientas combinadas que permiten a los clientes realizar múltiples operaciones de perforación con una sola herramienta, en lugar de dos, tres o, a veces, incluso cuatro herramientas. "Ser capaz de adaptar una herramienta para una aplicación específica es fundamental para reducir las operaciones y los tiempos de ciclo", dijo Strauchen. Proporcionó un ejemplo de una herramienta combinada desarrollada para un fabricante de automóviles eléctricos.

"La herramienta se diseñó para un componente de aluminio con alto contenido de silicio y altamente abrasivo. La geometría de la herramienta combinó un escariado, un chaflán y un taladro en una herramienta de un solo paso que eliminó el costoso tiempo de ciclo", dijo Strauchen. "Anteriormente, el proceso requería tres operaciones, tres cambios de herramientas y la gestión de inventario de tres números de pieza diferentes. El diseño de corte alto y tres flautas presenta pasajes de refrigerante detrás de cada filo para maximizar el avance, así como flautas súper pulidas para mejorar aún más. evacuación de virutas. Las tasas de alimentación en esta aplicación excedieron las 300 ipm".

El sustrato era carburo de grano ultrafino con contenido reducido de cobalto para reducir la posibilidad de acumulación de filo. El recubrimiento de la herramienta era un recubrimiento ALU específico del material que prolonga la vida útil de la herramienta y mantiene el afilado.

Las aplicaciones de acero también se benefician de las brocas de tres canales por varias razones, según Strauchen. Las brocas de tres flautas, que anteriormente se usaban de manera efectiva solo para aplicaciones de aluminio, se están volviendo cada vez más populares para materiales como el hierro fundido y el acero. "Las nuevas formas de flauta combinadas con la tecnología de refrigeración interna han ampliado la capacidad para materiales ferrosos. Agregar lo último en recubrimientos PVD ultrasuaves e integrar conos de banda inversos ha mejorado aún más nuestra capacidad para producir brocas que optimizan la productividad al tiempo que garantizan una evacuación de viruta estable". él dijo.

El desafío número uno de taladrar con tres canales en acero es lograr que las virutas se evacuen a través de un volumen de canal que naturalmente se vuelve más pequeño con la adición del tercer canal. "Las virutas de aluminio son más suaves y maleables, por lo que pueden expulsarse del agujero incluso si las virutas son más largas", dijo Strauchen. "Las astillas de acero, por otro lado, son mucho menos indulgentes si no se rompen y controlan adecuadamente. Con la adición de una tercera flauta, es fundamental producir astillas pequeñas (6 y 9) para garantizar resultados estables y consistentes".

Las herramientas combinadas son versátiles, como sugiere esta selección de GWS. "Cada herramienta tiene su propia historia y el problema que resuelve", dijo Strauchen. "Un taladro crea tres pasos dentro de la pieza con acabados de espejo. Otro es un escariador de alta precisión de cuatro pasos con puertos de refrigerante de 45˚ en cada canal. Este diseño mantiene la tolerancia dentro de 2 μm y el acabado por debajo de 8 RMS".

También describió un gran escariador de carburo soldado con puertos de refrigeración escalonados en cada canal. Este escariador de carburo soldado cuenta con un émbolo giratorio independiente diseñado para detectar agujeros ciegos o de tamaño insuficiente. Detecta estos orificios al comprimirse cuando encuentra una obstrucción y bloquea el refrigerante, lo que detiene la máquina antes de que se rompa la herramienta.

YG-1 USA, Vernon Hills, Illinois, es un proveedor de línea completa no solo de herramientas de perforación, sino también de carburos, herramientas redondas e insertos, así como acero de alta velocidad, metales en polvo y cobalto. Produce unas 60 millones de herramientas redondas al año, según Steve Pilger, gerente nacional de productos, fabricación de agujeros. "Brindamos servicio a nuestros clientes con los CNC más recientes, así como con Bridgeport heredados. El desafío para los talleres de perforación es hacer un producto de mayor calidad y hacerlo en el menor tiempo posible con las tolerancias más altas con herramientas que tienen una vida útil superior y capacidades de aplicación". dijo Pilger.

El principal producto de YG-1 es la broca de metal duro integral Dream Drill, según Pilger. "Dream Drills maximiza la vida útil de la herramienta y la evacuación de virutas cuando se trabaja con hierros y aceros fundidos", dijo. "Por ejemplo, para que las aplicaciones de acero funcionen con los avances y velocidades más eficientes, se puede recomendar un estilo de broca de punta dividida, mientras que para acero inoxidable se puede usar un estilo de cuatro facetas más positivo". Las brocas Dream están disponibles con diámetros de 1 a 20 mm en longitudes de 3xD, 5xD y 8xD. YG-1 también los ofrece en brocas extralargas de 10xD, 15xD, 20xD, 25xD y 30xD, todas en stock. "Algunos clientes están cambiando la forma en que procesan algunos aceros como el acero de aleación 4140. Quieren procesar piezas de alta calidad a altas tasas de producción", dijo Pilger. "Necesitan un corte de mayor velocidad, con un promedio de 350 a 450 sfm para producir piezas de la más alta calidad y lograr la vida útil más larga de la herramienta". Para estos entornos de alta producción y alto volumen, YG-1 ofrece la línea Dream Drill Pro para aceros aleados y autopartes de hierro fundido.

Para perforar acero y hierro fundido donde se valora la flexibilidad y no se requieren las velocidades y avances más altos, YG-1 ofrece la línea I-Dream Drill General, que ofrece versatilidad para perforar aceros, carbono, aleaciones y hierros fundidos.

La incorporación más reciente a la línea de taladros de YG-1 es el taladro de cabezal intercambiable modular I-ONE, disponible en longitudes de 3xD, 5xD y 8xD. El cuerpo de acero ofrece flexibilidad y puede contener cinco o seis insertos de diferentes tamaños cortados del mismo cuerpo de acero flexible. I-One ofrece las ventajas de una broca de carburo con la flexibilidad de un cuerpo de acero.

Para el recubrimiento, YG-1 ha desarrollado un tratamiento posterior al recubrimiento para su recubrimiento H patentado que ayuda a la evacuación de virutas en la perforación profunda. "El tratamiento suaviza los picos y los valles que dan como resultado el recubrimiento. Descubrimos que podemos obtener un 20 por ciento más de vida útil de la herramienta aplicando pulido a los insertos, las puntas de los insertos y las brocas de tamaño normal", dijo Pilger. "Para el taladrado de agujeros profundos, el suministro de refrigerante a alta presión en los centros de mecanizado ha permitido a los talleres que hace 15 años se vieron obligados a taladrar piezas a 1 o 2 ipm en máquinas taladradoras dedicadas. Ahora pueden procesar los mismos agujeros profundos en centros de mecanizado CNC a 20 a 30 ipm".

Las tecnologías avanzadas utilizadas en la línea de taladrado de cabezal intercambiable SUMOCHAM de dos canales de Iscar USA forman la base para el diseño de su línea de taladro de cabezal intercambiable de tres canales LOGIQ3CHAM. "Cuando piensas en un agujero, parece ser muy simple: solo un radio proyectado en una tercera dimensión. Pero es una característica común que se usa para producir productos en talleres y entornos de alta producción, como la industria automotriz. [También es común en] aplicaciones de alta precisión como las industrias de moldeo por matriz, médica y fuera de carretera", dijo Craig Ewing, especialista nacional de productos de perforación para Iscar USA, Arlington, Texas.

SUMOCHAM, que está disponible en diámetros que van desde 4 a 32,9 mm (0,157 a 1,295") en incrementos de 0,1 mm (0,004"), ofrece una variedad de preparaciones de borde para diversos aceros al carbono y aleados, así como aleaciones de acero de alta temperatura y inoxidable. SUMOCHAM cuenta con un sistema de sujeción que permite mejores tasas de producción de productividad, al tiempo que permite más índices de plaquita. El vástago en sí está diseñado con boquillas retorcidas y tiene un cuerpo duradero y de construcción estable. Los cabezales indexables están disponibles en diez geometrías estándar diferentes diseñadas para perforar acero, materiales exóticos, hierro fundido o aluminio, según la empresa.

El exclusivo diseño de bolsillo de la broca SUMOCHAM aprovecha las fuerzas de corte que se ejercen mecánicamente sobre la herramienta. Estas fuerzas se convierten en fuerzas de agarre utilizadas para apretar el inserto hacia la parte posterior de la cavidad: cuantas más fuerzas de corte se apliquen, mejores fuerzas de agarre se obtendrán.

Las brocas de cabeza intercambiable SUMOCHAM ofrecen una variedad de estilos para las aplicaciones comunes de acero aleado, dijo Ewing. "Están disponibles en profundidades de 1,5D, 3xD, 5xD, 8xD y 12xD para aplicaciones típicas de centros de mecanizado con vástagos CAT 40 y 50, HSK, CAPTO, herramientas motorizadas en tornos y para uso en máquinas multifunción como Mazak Integrex", dijo. .

LOGIQ3CHAM es una línea de brocas de cabeza intercambiable de tres ranuras disponible en diámetros de 12 a 25,9 mm (0,472-1,020"). Los cuerpos de broca vienen en 1,5xD, 3xD, 5xD y algunos tamaños en 8xD. La ranura adicional permite un mayor avance tasas que se obtienen, lo que aumenta la productividad."Vemos que la tercera flauta es más beneficiosa en aplicaciones de alta producción, además de aumentar la vida útil de la herramienta", dijo Ewing.

LOGIQ3CHAM está diseñado para materiales de acero al carbono y hierros fundidos ISO P e ISO K y hierros nodulares. Puede aumentar la productividad hasta en un 50 por ciento en comparación con los taladros comunes de dos canales con cabezales intercambiables, según Iscar. Los bordes de corte cóncavos permiten una penetración suave en el material de trabajo, así como un excelente centrado y una perforación estable. Las características incluyen un cuerpo de perforación duradero hecho de un grado de acero duro de alta resistencia para una mejor resistencia al desgaste. Las superficies de estrías pulidas aseguran una evacuación de viruta fácil y suave, y la sujeción en cola de milano evita que la cabeza de perforación se extraiga del bolsillo de la broca durante la retracción, según la compañía.

Roscar un agujero es uno de los últimos pasos críticos de producción y tener el macho correcto es fundamental para evitar el retrabajo de piezas o incluso piezas desechadas, según Mark Hatch, director de producto, Emuge Corp., West Boylston, Massachusetts. "Cuando se trabaja con materiales como como las aleaciones de acero y el hierro, hay una amplia gama de complejidades que abordar para la selección adecuada del grifo", dijo. "Al roscar aceros aleados, [existen] variaciones en la forma, el tamaño y la longitud de la viruta debido a las variables en las propiedades químicas y el tratamiento térmico. El tipo y el porcentaje de cada elemento químico, junto con el tratamiento térmico, se combinan para producir diferentes propiedades mecánicas que afectan la maquinabilidad. Al elegir un grifo para la aplicación en cuestión, es clave tener en cuenta el sustrato, el revestimiento y la geometría del grifo ".

Al seleccionar un sustrato, varios factores de mecanizado son críticos, como el par, la estabilidad térmica y los factores de desgaste. Un sustrato de metal en polvo HSSE-PM, por ejemplo, ofrece mayor resistencia al desgaste para obtener bordes de herramientas de mejor calidad.

En los últimos cinco años, Hatch señala mejoras en la vida útil de las herramientas de roscado y la consistencia del proceso debido a la mejora de los recubrimientos de las herramientas. "Emuge ha desarrollado recubrimientos optimizados que están diseñados para una excelente estabilidad térmica, resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Debido a que la adhesión del recubrimiento en los grifos puede ser un desafío debido a los picos y valles de las herramientas, Emuge ha diseñado recubrimientos que se distribuyen con precisión en las superficies y se quedará", dijo Hatch.

La geometría de la herramienta es un factor clave para el roscado eficiente de aleaciones de acero. La elección de un canal recto o un canal en espiral, como un ángulo de hélice bajo (canal en espiral lento) o un ángulo de hélice alto (canal en espiral rápido), dependerá de la maquinabilidad del material: qué tan duro es y su tratamiento térmico. La elección afecta directamente el chip producido y el grifo elegido para el trabajo. Si el material está recocido, se producirá una viruta larga y un macho de roscar en espiral alto puede ser una buena opción. Sin embargo, a medida que el acero se endurece, este tipo de grifo puede romperse.

Los fabricantes tienen buenas opciones tanto en la formación de rollos (producción de roscas internas sin astillas) como en el corte de machos de roscar. Por ejemplo, Emuge ofrece Innoform–Steel-M, una línea de machos de roscar HSSE-PM para formar roscas con una calidad de superficie mejorada, al tiempo que aumenta la resistencia estática y dinámica de la rosca, en aceros de resistencia media de hasta 44 HRC.

Los machos de roscar Innoform-Steel-M cuentan con geometría poligonal para un par bajo y una vida útil más larga de la herramienta. Un sustrato de metal en polvo especial y un recubrimiento de TiN-66 con mayor dureza reducen la fricción y prolongan la vida útil de la herramienta. Los machos de roscar Innoform-Steel-M se recomiendan para formar aceros de extensión en frío, aceros de cementación, fundiciones, nitruración tratable térmicamente y aceros para trabajo en frío, así como aceros de alta aleación y para trabajo en caliente.

Cuando las virutas largas son el desafío, los machos de roscar están disponibles con geometría de cara de corte y forma de flauta en espiral, que se combinan para afectar el flujo de virutas, la curvatura de las virutas y la longitud de las virutas. La tecnología de rotura de viruta Emuge (Emuge CBTz) produce formaciones de viruta cortas, rotas y controlables que eliminan la obstrucción de la flauta y la posible falla del macho de la máquina debido a dientes de corte astillados o roturas, según la empresa.

La superficie del macho CBTz está tratada con TiN para reducir la fricción entre el macho y la pieza de trabajo, lo que da como resultado mejores acabados de rosca y una mayor vida útil de la herramienta en aceros al carbono y aleados, aceros fundidos y forjados, aceros para herramientas y matrices y acero inoxidable 300 hasta 35 HRC. .

Para acero templado y hierro fundido de viruta corta, los machos de roscar Emuge AH ​​son una nueva generación de machos de roscar Premium HSS-E y HSSE-PM que son especialmente eficientes para roscar materiales abrasivos y materiales con altos niveles de dureza, como el hierro fundido, comunes en la industria pesada. mercados de equipos y vehículos agrícolas. Los machos de roscar Emuge AH ​​están disponibles con o sin orificios pasantes de refrigerante y con recubrimiento de TiCN o tratamiento superficial de nitruro NT para mejorar la vida útil de la herramienta.

Las aplicaciones exitosas de roscado dependen de varios factores importantes. Estos pueden incluir compensación axial en máquinas CNC, suministro de refrigerante interno y ventajas especiales relacionadas con los accesorios de roscado autorreversible, según Mark Johnson, presidente de Tapmatic Corp., Post Falls, Idaho. "El roscado rígido o sincronizado en máquinas CNC se ha convertido en un estándar de la industria", dijo. "Aunque la sincronización del avance de avance de la máquina con la rotación del husillo es precisa, siempre habrá una pequeña discrepancia entre el paso real de un macho específico y el movimiento sincronizado de la máquina".

El uso de un soporte completamente sólido significa que incluso una discrepancia muy pequeña causará grandes fuerzas axiales en los flancos de las roscas. "Esto tiene un efecto negativo en la vida útil y la calidad de la rosca", dijo Johnson. "El uso de un portamachos con una pequeña cantidad de compensación axial permite que el macho siga mejor su paso y esto reduce las fuerzas axiales para una mejora drástica en la vida útil del macho y la calidad de la rosca".

Los portamachos SynchroFlex de Tapmatic incluyen una flexión maquinada que proporciona una pequeña cantidad de compensación axial. "Las flexiones SynchroFlex tienen una alta tasa de resorte, lo cual es importante para evitar cortes axiales erróneos", dijo. "Si la fuerza del resorte es demasiado suave, como en el caso de los portamachos tradicionales de tensión-compresión con una gran cantidad de compensación axial, se puede producir un corte axial incorrecto. Esto es especialmente cierto cuando se usan machos de roscar de alta velocidad de corte libre que a menudo se recomiendan sincronizados o ciclos rígidos de roscado. SynchroFlex está diseñado para proporcionar la cantidad justa de compensación para el roscado sincronizado".

La lubricación es importante para el roscado en general y especialmente para el roscado en forma de rollo. "El uso de un soporte de rosca con capacidad de refrigeración interna permite el uso de roscas con un orificio de refrigeración axial para orificios ciegos o orificios de refrigeración radiales para aplicaciones de orificio pasante", dijo Johnson. "Esto lleva el refrigerante donde se necesita para cortar o dar forma a las roscas. También ayuda mucho a sacar las virutas del orificio cuando se usan machos de roscar".

Todos los soportes de grifo SynchroFlex de Tapmatic incluyen un sistema de refrigeración interno equilibrado de alta presión. Se puede utilizar una presión de hasta 80 bar o 1.200 psi y, dado que el sistema está equilibrado, la presión del refrigerante no influye en la compensación axial del portamachos.

Los accesorios de roscado autorreversible ofrecen ventajas especiales en comparación con el roscado sincronizado. "Con el roscado sincronizado, debido a que el husillo de la máquina necesita detenerse y retroceder dentro de un número muy limitado de revoluciones, no es posible que la máquina mantenga la velocidad del husillo programada. El uso de un accesorio de roscado autorreversible permite que el husillo de la máquina gire continuamente en una dirección a la velocidad real del programa. El resultado es un tiempo de ciclo más corto", dijo Johnson.

Por ejemplo, en una prueba con roscado rígido para roscar diez orificios M8 a 2500 rpm, el tiempo de ciclo fue de 18 segundos. Repitiendo la misma prueba a 4.000 rpm se ahorró solo un segundo. El uso de un accesorio de roscado autorreversible a 2500 rpm para roscar los mismos diez orificios M8 tomó solo 11 segundos. "Además de mejorar el tiempo del ciclo, el uso de un accesorio de roscado autorreversible también permite que la rosca funcione a la velocidad recomendada, y esto también proporciona una vida útil más prolongada", dijo Johnson.

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