Solución de problemas de plaquitas intercambiables

Paul Williams, Director de Producción de Productos de Torneado, Sandvik Coromant, Reino Unido15/01/2008

La estabilidad y precisión de las plaquitas intercambiables, afectadas por las presiones de par y distorsión, son vitales para obtener el máximo valor de un filo de corte

Los sistemas portaherramientas para mantener el filo de corte estable en la posición necesaria en una herramienta representan un considerable reto para las plaquitas intercambiables. Los sistemas de sujeción deben bloquear las plaquitas con firmeza en el portaherramientas para contrarrestar el esfuerzo y la tensión que ocasionan la flexión del filo de corte y que deforman el apoyo de la plaquita en el portaherramientas. En este artículo se hace un repaso a la historia de las plaquitas intercambiables y se muestra el posible ahorro que se puede conseguir mediante el empleo de CoroTurn TR de Sandvik Coromant, una solución que asegura de forma precisa la posición de la plaquita en un portaherramientas.

Un poco de historia: el desarrollo de la plaquita intercambiable

A mediados de los años 50 las herramientas de corte con plaquita intercambiable revolucionaron el mecanizado. El hecho de que una punta de filo de corte estuviera soldada al soporte implicaba que era inamovible y que se limitaban en gran medida las opciones de material de la herramienta. Asimismo era necesario reafilar el filo repetidas veces. La eliminación de este problema mediante las plaquitas intercambiables condujo al desarrollo de nuevas calidades de carburo cementado y, en consecuencia, al desarrollo de recubrimientos de plaquitas. La reducción de la ubicación y tamaño del material de corte al filo de corte de la herramienta permitió la implantación de nuevas tecnologías que mejorarían considerablemente el rendimiento del mecanizado.

Entre ellas estaban el desarrollo por un lado de geometrías de corte que facilitaran el proceso de mecanizado y por otro lado de un sistema de sujeción de herramientas que hiciera más eficaces tanto la instalación como el mantenimiento. Otro logro lo constituyó la estandarización e intercambiabilidad de las herramientas de corte.

De modo que en la actualidad, medio siglo más tarde, ¿en qué punto se encuentra la tecnología de plaquitas intercambiables?

Es de destacar que a lo largo de la pasada década las plaquitas de corte intercambiables para fresado dieron paso a nuevos conceptos de cuchilla de diseño libre, aunque siempre dentro de los límites impuestos por las normas ISO. El resultado fue un mayor rendimiento, pronunciados ahorros para la industria metalúrgica y herramientas perfectas para la nueva maquinaria CNC.

El movimiento es sinónimo de problemas

La necesidad de un continuo desarrollo de las plaquitas intercambiables surge de la creciente demanda de una calidad superior y homogénea de los componentes, de previsibilidad de los componentes por filo, de ciclos más reducidos y de un menor coste por pieza del mecanizado. Al mismo tiempo las innovaciones en máquina-herramienta han potenciado las posibilidades de las herramientas de corte.

La estabilidad durante el mecanizado es un factor clave para cumplir estas exigencias y la máxima prioridad en la sujeción de las plaquitas. En algunos procesos no es suficiente una sujeción convencional de la plaquita. Los movimientos microscópicos o las flexiones del filo de corte debidos a las fuerzas de corte, en especial la variación en la dirección del recorrido de la herramienta y en la profundidad de corte, tienen una creciente influencia en el rendimiento y en los resultados del mecanizado actual. La falta de estabilidad es a menudo el origen no diagnosticado de las deficiencias del torneado de precisión.

En especial representa un problema el movimiento de la plaquita en el caso de las plaquitas de torneado más grandes, entre ellas las de forma en V y D con ángulos del punto de 35 y 55 grados, que se utilizan con frecuencia para procesos de perfilado y ahuecado. Estas plaquitas se utilizan normalmente para acabado y sus filos de corte generan una superficie estrechamente controlada mediante el acabado superficial y las tolerancias de las dimensiones. La larga palanca existente entre el tornillo central y el filo de corte de estas plaquitas produce una elevada presión, lo cual puede producir una deformación plástica en las localizaciones de los apoyos de las plaquitas y permitir el movimiento del filo de corte.

Además, la sujeción convencional del tornillo de estas plaquitas en el apoyo del portaherramientas ocasiona que se ejerza una acción combinada hacia abajo y hacia los laterales al apretar estos tornillos, lo que aumenta la inestabilidad de la plaquita en el portaherramientas.

Representa un problema el movimiento de la plaquita en el caso de las plaquitas de torneado más grandes, entre ellas las de forma en V y D con ángulos del punto de 35 y 55 grados, que se utilizan con frecuencia para procesos de perfilado y ahuecado

Cuando se presenta un problema de movimiento de la plaquita, la estrategia habitual es reducir la profundidad de corte o el avance para aliviar carga del filo de corte y, de esa forma, reducir la tendencia al movimiento. Desafortunadamente, esta práctica tiene una importante consecuencia negativa: una clara reducción de la productividad del mecanizado.

Cualquier tendencia de las plaquitas a moverse en el apoyo, por ligera que sea, puede afectar también a la formación de virutas. Cuando la profundidad de corte se reduce desde un nivel que es relativamente pequeño al principio, dicha profundidad se hace mucho más pequeña en relación con el radio delantero de la plaquita, de modo que el proceso de rotura y formación de dichas virutas se degrada.

El objetivo es conseguir que la plaquita no se mueva, lo que eliminaría la necesidad de reducir los datos de corte.

¿Constituyen las normas ISO un obstáculo para la innovación?

Las normas ISO ofrecen la ventaja de permitir a los usuarios utilizar herramientas de diferentes proveedores. Sin embargo, limitan el potencial aumento del rendimiento al restringir el diseño dentro de unos parámetros determinados. ¿Quiere decir esto que muchas normas ISO han dejado de ser útiles? ¿Ha llegado el momento de eliminar restricciones para permitir el avance de las herramientas de torneado?

El torneado con plaquitas intercambiables se ha visto frenado por dos problemas concretos:

Acabado y torneado semiacabado

En primer lugar, el acabado y el torneado semiacabado, especialmente el perfilado con varias operaciones de copiado de entrada y salida, son especialmente sensibles al fenómeno de la desviación del filo de corte de la plaquita de su posición teórica o establecida durante el mecanizado. Es posible que las fuerzas de corte muevan el filo de corte tan solo ligeramente de su posición, pero a medida que las tolerancias se reducen y debido a la necesidad de una mayor productividad, el problema se hace cada vez más manifiesto y también más acusado. A medida que un filo se desgasta, las fuerzas aumentan y con ello la desviación, lo cual acorta la vida de la herramienta. Puede que la plaquita no esté totalmente desgastada, pero no puede mantener la calidad requerida en el componente; esto hace que las herramientas no se usen hasta el final de su vida y que la máquina sufra paradas innecesarias.

Este problema es producto de diminutos desplazamientos de las plaquitas dentro del juego de sujeción del sistema portaherramientas. Por supuesto que este mismo efecto influye asimismo en el rendimiento y en los resultados de los procesos de torneado medio, que presentan una creciente necesidad de conseguir tolerancias de trabajo precisas.

CoroTurn TR de Sandvik Coromant evita el movimiento de las plaquitas. Unas ranuras perpendiculares en la parte inferior de las plaquitas que encajan en rieles coincidentes (riel en T) del portaherramientas impiden cualquier movimiento de la plaquita en su apoyo cuando la fuerza de corte actúa sobre el filo. CoroTurn TR soluciona el problema del deterioro de la precisión, el desgaste innecesario de la herramienta y la pérdida de productividad debidos a la flexión del filo de corte durante el mecanizado. Otro efecto favorable añadido es la localización precisa de la plaquita en el portaherramientas, que influye positivamente en el ángulo de montaje y en la necesidad de compensación de la máquina.

En un caso extremo, un taller de maquinaria sustituyó parcialmente las plaquitas intercambiables por herramientas soldadas, con la punta de carburo cementado fijada en su apoyo y rectificada, soldando la plaquita intercambiable al apoyo del portaherramientas. Aunque se trataba de una medida extrema, resultaba lógica ya que al fijar la posición se eliminaba el movimiento del filo de corte. Así, el taller podía mantener los niveles precisos de tolerancia de acabado durante toda la vida de la herramienta que potencialmente ofrecía la plaquita intercambiable. Sin embargo, los resultados negativos fueron un aumento de las necesidades de mantenimiento y un debilitamiento del material de la herramienta producido por la soldadura.

Este usuario tenía que mantener una vida concreta de la herramienta para que el torneado de precisión se ajustase al cambio de configuración de los palets de componentes. El problema se agudizó cuando la herramienta de torneado, con plaquita intercambiable de forma en D según norma ISO, sólo resultó capaz de procesar dos tercios del número de componentes necesarios para cada palet entre cada indexación. La causa detectada fue el movimiento microscópico de la plaquita. El eje de acero que se iba a mecanizar tenía una tolerancia en las dimensiones de 0,02 mm en algunos lugares, un límite de acabado superficial de 1,3 micrones de radio y huecos y hombros, lo que hacía aumentar el movimiento de la plaquita. Al reducir a la mitad la profundidad de corte, de 0,25 a 0,12 mm, se redujo a su vez la fuerza de corte, lo cual ocasionó problemas de rotura de las virutas e interferencia de dichas virutas con la medición automatizada tras el mecanizado.

En otro proceso que implicaba copiado y perfilado de una cavidad radial, se necesitaron varios ajustes del filo de corte mediante compensación de la máquina para mantener la tolerancia de forma. En este caso la vida de la herramienta se duplicó al eliminar el movimiento de la plaquita. Se limitaron las paradas de la máquina a sólo una compensación de filo de corte a mitad del lote.

La solución al problema en ambas aplicaciones fue la precisa colocación de la plaquita en el portaherramientas gracias al riel en T.

Procesos internos y de acabado

En segundo lugar, la precisión de las herramientas de plaquita intercambiable ha sido siempre la suma de la tolerancia individual del apoyo de la plaquita en el portaherramientas y la de la plaquita intercambiable, que juntas son del orden de décimas de milímetro. Por ello se ha necesitado tradicionalmente una herramienta de preajuste o la medición por herramienta incorporada de la posición del filo de corte cuando la exactitud es esencial, como lo es en los procesos de acabado (compárese con la necesidad de herramientas cualificadas en máquinas NC en el pasado, cuando era necesario ajustar o rectificar los portaherramientas para mantener una precisión adecuada de la posición de la herramienta en la torreta de la máquina).

En un caso con mecanizado de acabado interno, el taller de maquinaria usaba una herramienta de mandrinado multifilo que requería una determinación exacta de la posición del filo de corte. Cada cambio de herramienta suponía paradas de 15 minutos. La eliminación del movimiento de la plaquita conseguía mantener la precisión y evitar las paradas. La eliminación de 1.500 cambios de herramienta por año representó un aumento de 375 horas del tiempo de mecanizado.

La sujeción puede implicar obstrucciones

Algunos procesos de torneado son especialmente sensibles al movimiento de la plaquita y la precisión de la herramienta es siempre limitada, por lo que requieren que la posición del filo de corte sea idónea. Una buena sujeción normalmente provoca obstáculos a la circulación y evacuación de las virutas durante el mandrinado. También afecta a la accesibilidad total; un apoyo seguro tiene puntos de soporte que ocupan espacio alrededor de la plaquita, lo cual limita la capacidad en los procesos de perfilado.

Solución de problemas de movimiento de la plaquita

Los operarios experimentados de un taller de maquinaria encuentran formas de solucionar los movimientos microscópicos del filo de corte y las pérdidas de precisión, el doble problema de las plaquitas intercambiables. En ocasiones algún operario llega a una solución temporal o fabrica una herramienta especial para solucionar el problema. De forma alternativa, el taller aprende a vivir con el problema, sin darse cuenta de que procede del empleo de plaquitas intercambiables que cumplen las normas ISO. El usuario compensa los efectos con la programación, normalmente modificando los datos de corte, de pasadas adicionales o distinto recorrido de la herramienta. Las consecuencias indeseadas más comunes de esas soluciones son una mayor duración de los ciclos, un deficiente control de las virutas y el uso de plaquitas innecesariamente grandes.

Evolución de la tecnología de plaquitas intercambiables

Si el problema se ha hecho cada vez más manifiesto, con lo cual se ha hecho patente la necesidad de una mayor precisión de los componentes y de una mayor productividad, y se conoce su origen, es lógico preguntarse por qué no se ha resuelto hace tiempo.

Una razón fundamental es la adhesión a las normas ISO de las plaquitas de torneado y las limitaciones al diseño que induce dicha estandarización. Además, hasta ahora las antiguas técnicas de sujeción de las plaquitas han resultado aceptables para la mayor parte de las aplicaciones, al contrario que en la actualidad, en que las demandas de rendimiento y los resultados exigidos al torneado son mucho mayores.

Otra razón reside en las limitaciones de la tecnología de fabricación de las plaquitas.

Las plaquitas especiales rectificadas solucionaron este tipo de problema cuando las plaquitas estándar dejaron de ser adecuadas. Ahora, la tecnología de prensado de plaquitas permite soluciones de precisión para la localización y el apoyo de plaquitas intercambiables con seguridad, pero únicamente fuera de las normas ISO.

CoroTurn TR

Las pruebas de mecanizado realizadas con plaquitas CoroTurn TR indican que el sistema de localización es muy rígido y evita el movimiento de la plaquita en cualquier dirección. El resultado es que se pueden mantener tolerancias muy estrechas de forma más homogénea. El filo de corte de la plaquita no se flexa desde su posición original preestablecida, a pesar del desgaste, por lo que ofrece unas dimensiones satisfactorias durante toda la vida de la herramienta. En algunas aplicaciones, se consigue una vida de la herramienta más de cuatro veces superior en comparación con las plaquitas con sujeción convencional.

Los claros beneficiarios de este avance son los fabricantes de componentes de precisión. Los componentes se pueden mecanizar con tolerancias muy estrechas y un mejor acabado superficial, con una mayor vida de la herramienta y menos cambios de herramienta. La productividad no tiene por qué verse comprometida por el uso de datos de corte menores y las paradas de compensación se reducen gracias una vida de la herramienta más prolongada y homogénea, además de una mayor precisión.

Muchas aplicaciones de torneado medio se benefician de la ausencia de movimiento y de la precisión de la indexación hasta ± 0,05 mm que proporciona CoroTurn TR.

Problemas esenciales resueltos

El perfilado con plaquitas en punto (D y V) es otro problema solucionado por CoroTurn TR ya que las plaquitas grandes usadas con frecuencia para operaciones de perfilado sufren más movimientos por efecto de la fuerza de corte. Normalmente, los problemas aparecen durante los procesos de copiado interno y externo, y cuando se mecanizan piezas de forjado o de fundición con distintas tolerancias, dureza de la corteza y recorrido de la herramienta. En este sistema no se necesitan cuñas de carburo cementado, al contrario que en la sujeción convencional, porque sin movimiento de la plaquita no aparecen desgaste ni deformación significativos en el apoyo.

Las plaquitas CoroTurn TR solucionan el problema en un creciente número de procesos de torneado en aplicaciones de acero y acero inoxidable. La nueva tecnología de plaquitas proporciona, además, nuevas posibilidades para modernizar procesos de torneado medio o en acabado, así como de perfilado que están sujetos a límites cada día más restrictivos y a presión de la competencia. El desarrollo de CoroTurn TR está en línea con los avances en máquinas multitarea, en las que unas herramientas flexibles, con mayor precisión, permiten un mejor uso, contribuyendo a un mecanizado completo de los componentes “de una vez” en una sola configuración.