Herramientas de corte

Las vibraciones en el mecanizado son generalmente una parte inevitable del proceso de corte de metales. Tienen una naturaleza forzada o autoexcitada y siempre acompañan a una acción de corte. Se denominan “Chatter”, destacando su naturaleza específica, que es inherente en cada proceso donde se forman las virutas. Incluso si el corte se considera estable, las vibraciones tienen lugar. Se busca permanezcan en un nivel que proporcione los resultados de mecanizado requeridos y -por lo tanto- considerarse como una operación “sin vibración”. Herramientas de corte que cortan las vibraciones

Figura 1.-

De hecho, las vibraciones en el corte son un factor perjudicial que reduce el rendimiento. Los fabricantes hacen todo lo posible para disminuir la vibración e, idealmente, llevarlos a un nivel que no afecte los resultados del mecanizado. Chatter es objeto de una investigación seria que ya ha proporcionado a los fabricantes formas de modelar las vibraciones en el mecanizado que, a pesar de su complejidad, pueden ser muy efectivas para encontrar una manera de reducir la vibración. Sin embargo, este modelado lleva tiempo y requiere varios datos de entrada, que a veces incluyen mediciones adicionales. En la mayoría de los casos, cuando los mecanizadores enfrentan vibraciones durante el mecanizado, solo tienen algunas herramientas a su disposición para una respuesta en tiempo real para disminuir el chatter. La práctica más común es variar la velocidad de corte y el avance, lo que generalmente conduce a una reducción de la productividad. Por lo tanto, cualquier método efectivo para disminuir las vibraciones que no afecte negativamente a la productividad de la operación de mecanizado será atractivo para los mecanizadores.

La reducción de la vibración en el mecanizado requiere la consideración de una unidad de fabricación como un sistema que comprende los siguientes elementos interrelacionados: una máquina, una pieza de trabajo, un dispositivo de sujeción de trabajo y una herramienta de corte. Si bien la influencia de cada elemento en la reducción de la vibración total es diferente, mejorar la característica de vibración de un elemento puede tener un impacto significativo en el comportamiento dinámico general del sistema. La mayoría de los esfuerzos para

Figura 2.-

La reducción de la vibración en el mecanizado requiere la consideración de una unidad de fabricación como un sistema que comprende los siguientes elementos interrelacionados: una máquina, una pieza de trabajo, un dispositivo de sujeción de trabajo y una herramienta de corte.

proteger contra las vibraciones se centran en desarrollar máquinas más rígidas con sensores inteligentes y control por computadora, y herramientas avanzadas de amortiguación de vibraciones. ¿Puede una herramienta de corte, el componente del sistema más pequeño, y probablemente el más simple, cambiar drásticamente la resistencia a la vibración de una unidad de fabricación? Aunque los fabricantes pueden no tener grandes esperanzas para el papel de las herramientas de corte en la disminución de la charla, en ciertos casos una herramienta seleccionada correctamente puede simplemente detener la vibración sin ningún efecto adverso sobre la productividad.

Geometría de Corte

La geometría correcta de la herramienta hace que la acción de corte sea suave y estable. La geometría influye fuertemente en las fluctuaciones de la fuerza de corte, la evacuación de virutas y otros factores, que están conectados directamente con los modos de vibración. Los ingenieros de diseño de herramientas de ISCAR creen que la geometría de corte puede fortalecer considerablemente la amortiguación de vibraciones de una herramienta y han desarrollado soluciones interesantes en consecuencia.

Los diversos insertos indexables de ISCAR, los cabezales intercambiables y las herramientas de carburo sólido cuentan con filos de corte con seccionadores de viruta. Tal filo puede ser aserrado o tener ranuras que dividen la viruta. La acción de división de la viruta hace que una viruta ancha se divida en segmentos pequeños, lo que resulta en un mejor comportamiento dinámico de la herramienta durante el mecanizado, y la vibración se estabiliza. En el mecanizado en bruto, las fresas de vástago extendidas eliminan una gran cantidad de material y trabajan en condiciones pesadas.

Figura 3.-

Las fuerzas de corte significativas que actúan cíclicamente generan problemas de vibración. Cuando se utilizan insertos indexables con seccionadores de viruta, es posible abordar estas dificultades .

Las fuerzas de corte significativas que actúan cíclicamente generan problemas de vibración. Cuando se utilizan insertos indexables con seccionadores de viruta, es posible abordar estas dificultades. Las fresas con insertos redondos, un verdadero caballo de batalla en el mecanizado de cavidades y alojamientos, particularmente en la fabricación de matrices y moldes, a menudo se operan con un alto voladizo que afecta la rigidez y la resistencia a la vibración de una herramienta. Se producen problemas con la estabilidad de corte cuando el voladizo ya supera los 3 diámetros de herramienta. La aplicación de insertos redondos dentados con un efecto de división de virutas corrige esta situación y mejora sustancialmente la robustez (Fig. 1).

Un paso de diente hábilmente definido es una forma efectiva de llevar el comportamiento dinámico de una herramienta de corte al siguiente nivel. La familia de fresas de carburo sólido (SCEM) CHATTERFREE de ISCAR se diseñó sobre la base de un método de control de cabeceo. La familia presenta un ángulo de inclinación variable en combinación con un ángulo de hélice diferente. Este concepto garantiza un fresado sin vibraciones en una amplia gama de aplicaciones.

La serie FINISHRED de fresas de carburo sólido presenta geometría con seccionadores de de viruta junto con estrías de paso variable (Fig. 2) que proporcionan un acabado superficial cuando se mecaniza de acuerdo con los datos de mecanizado en bruto.Los principios de la geometría de corte a prueba de vibraciones, que demostraron su efectividad en las fresas de metal duro, se han aplicado al diseño de cabezales de fresado intercambiables de múltiples canales hechos de carburos cementados en la

familia MULTI-MASTER.

Perforado Libre de Vibraciones (Chatter-Free)

El chatter en el perforado conduce a problemas de precisión y acabado superficial deficiente. En la familia SUMOCHAM de brocas ensamblables de ISCAR con cabezales de carburo intercambiables, el diseño de doble margen de las cabezas QCP / ICP-2M aumenta sustancialmente

Elegir el material del cuerpo correcto presenta una opción adicional para formar una estructura de herramienta sin vibraciones.

Figura 4.-

la estabilidad dinámica de la herramienta. Si se produce una vibración cuando una broca ingresa al material, puede causar daños graves e incluso la rotura de la broca. La familia SUMOCHAM-IQ de cabezales de metal duro intercambiables HCP (Fig. 3), destinados al montaje en los cuerpos de las herramientas estándar SUMOCHAM, puede garantizar capacidades confiables de autocentrado. La clave es un perfil cóncavo inusual para el filo de la cabeza que recuerda a una forma de pagoda.

Esta geometría de corte original permite perforar agujeros de alta calidad de profundidades de hasta doce diámetros de agujero, directamente en material sólido sin perforar previamente un agujero piloto.

La “pagoda mágica” presenta otra innovación de ISCAR: la familia LOGIQ3CHAM de taladros de última generación que llevan cabezales de metal duro intercambiables con 3 filos para garantizar una mayor productividad. Los cuerpos de perforado de acero tienen 3 flautas o canales helicoidales que debilitan la estructura del cuerpo en comparación con una broca ensamblada de 2 flautas del mismo diámetro. Para mejorar la rigidez dinámica, el ángulo de hélice de flauta es variable. Este principio de diseño en combinación con el filo en forma de pagoda proporciona una solución duradera a prueba de vibraciones para un perforado estable de alta eficiencia.

Material del Cuerpo de la Herramienta

Una herramienta de corte ensamblada comprende un cuerpo con elementos de corte montados, tales como insertos indexables o cabezales intercambiables. Elegir el material del cuerpo correcto presenta una opción adicional para formar una estructura de herramienta sin vibraciones. La mayoría de los cuerpos de herramientas están hechos de acero para herramientas de alta calidad, para los cuales el comportamiento de tensión-deformación del material es similar. Sin embargo, en algunos casos, los ingenieros de diseño de herramientas

han identificado alternativas de materiales exitosas para mejorar la resistencia a la vibración.

MULTI-MASTER, una familia de herramientas

rotativas ISCAR con cabezales intercambiables, proporciona una gama de cuerpos de herramientas, conocidos como vástagos, producidos a partir de acero, carburo de tungsteno o metal pesado. Un mango de acero es el más versátil. El carburo de tungsteno con su módulo de Young sustancial proporciona un diseño extremadamente rígido, por lo que los vástagos de carburo se usan principalmente cuando se fresan en voladizos altos y se mecanizan ranuras circunferenciales internas. El metal pesado, una aleación que contiene alrededor del 90% de tungsteno, se caracteriza por sus propiedades de absorción de vibraciones, y los vástagos de metal pesado son más ventajosos para operaciones de corte ligero a medio en condiciones inestables.

Herramientas Anti-vibratorias para el Torneado profundo

Una herramienta típica para operaciones internas de torneado o alesado comprende una barra de alesar con un inserto montado o un cartucho que lleva un inserto. La barra es el factor principal en el comportamiento dinámico de una herramienta. La rigidez de una barra es función de la relación de voladizo de barra a diámetro, y las relaciones grandes pueden ser una causa de flexión vibración de la herramienta, afectando la precisión dimensional y el acabado de la superficie durante el mecanizado.

ISCAR ha desarrollado tres tipos de barra de alesado para cubrir una amplia gama de aplicaciones de mandrinado: dos integrales (de acero y carburo sólido) y una ensamblada, con un sistema de amortiguación de vibraciones en el interior.

Las barras de acero permiten un mecanizado estable con el voladizo de hasta cuatro diámetros. Exceder este valor puede inducir vibraciones debido a las características de elasticidad del acero. Cambiar el material de la barra de acero a un carburo sólido más rígido asegura un alesado sin vibraciones con un voladizo de hasta siete diámetros. Sin embargo, aumentar aún más la profundidad de perforado también está limitado por el comportamiento de tensión-deformación del material. Para despejar esta barrera de voladizo, ISCAR desarrolló la familia ISOTURN WHISPERLINE de barras cilíndricas antivibratorias. Las barras llevan cabezales de mandrinado intercambiables para insertos indexables de diferentes geometrías y tienen capacidad de suministro de refrigerante interno. El elemento principal del diseño de la barra es un mecanismo incorporado de amortiguación de vibraciones para proporcionar amortiguación “en vivo” durante el mecanizado. Esto permite un alesado efectivo con un voladizo de siete a catorce diámetros (Fig. 4).

También se utiliza una unidad de amortiguación de vibraciones en las herramientas de ranurado profundo y tronzado de ISCAR. La unidad se ubica en la lama de corte, debajo del alojamiento del inserto. Cada lama está precalibrada por ISCAR para un rendimiento óptimo para una amplia gama de voladizos, pero los usuarios finales pueden completar la calibración de ajuste por sí mismos si es necesario.

Los fabricantes de herramientas de corte tienen una elección limitada de medios para reducir las vibraciones de mecanizado, con solo geometría de corte de herramienta, material del cuerpo de la herramienta y quizás una herramienta de corte con dispositivo de amortiguación de vibraciones incorporado a su diseño. Se requieren considerables habilidades e ingenio para hacer una herramienta libre de chatter (chatter-free) con estos recursos limitados. Sin embargo, es factible y las soluciones de ISCAR resaltadas en los ejemplos anteriores afirman las posibilidades.

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