En principio, el maquinado de grandes piezas implica la misma acción de corte y el mismo proceso de conformación de viruta que las piezas pequeñas o medianas. Sin embargo, las piezas de grandes dimensiones exigen un enfoque específico para el maquinado, y los fabricantes deben planear procesos tecnológicos y elegir herramientas de corte más efectivas para producir piezas pesadas que ocupan una gran cantidad de espacio.
Los principales desafíos son transportar una pieza dentro del taller, montar la pieza en la máquina herramienta y sujetarla adecuadamente, y la configuración de la máquina. La sujeción de grandes piezas no es una tarea fácil, y a menudo requiere soluciones no estándar. El maquinado de grandes piezas implica la remoción de gran cantidad de material y puede causar deformaciones significativas debido a esfuerzos no liberados. Otro factor que puede ocasionar problemas dimensionales es la expansión térmica causada por la generación de calor durante el maquinado. La necesidad de remover una importante cantidad de material requiere la evacuación de viruta correcta para evitar que la viruta se recorte, lo que afecta a las herramientas de corte utilizadas de forma negativa.
La clave para superar las dificultades radica en la tecnología. Con base en la planeación efectiva de procesos y la utilización de las máquinas herramienta más adecuadas, la sujeción óptima del trabajo y la reubicación mínima de piezas. El maquinado de configuración única representa un ideal absoluto para el maquinado de grandes partes, y los productores de sectores industriales como la generación de energía eléctrica, aeroespacial, ferroviario, fabricación de moldes y troqueles, y la industria pesada hacen todo lo posible para acercarse a este ideal. Las herramientas de corte juegan un papel significativo para alcanzar ese objetivo. Una característica distintiva de estas industrias es su consumo sustancial de grandes herramientas de servicio pesado, en su mayoría intercambiables, destinadas a la remoción productiva de grandes cantidades de material, especialmente en operaciones de maquinado de desbaste y semidesbaste.
Los fabricantes de grandes piezas esperan lo mismo de las herramientas de corte que de cualquier otro productor que utilice tecnologías de corte de metales: excelente desempeño, buena vida útil de la herramienta y alta confiabilidad. Los dos últimos conceptos son especialmente esenciales, porque el gran tamaño de las piezas implica un mayor tiempo de maquinado, pero el reemplazo de una herramienta desgastada durante una pasada o la rotura impredecible de la herramienta durante el corte son totalmente inaceptables. Con el fin de cumplir plenamente con los requisitos de los fabricantes de grandes piezas, los productores de herramientas de corte ofrecen diversas soluciones, con base en diseños estándar y especiales. ISCAR es una empresa líder en la industria de la herramienta de corte de metales; cuenta con años de experiencia y conocimientos acumulados que han demostrado ser ventajosos en el desarrollo de soluciones eficientes para estos desafíos.
Refrentado pesado
Es difícil maquinar una pieza de gran tamaño sin operaciones de planeado. El maquinado de desbaste y fino de planos libres y acotados, y la preparación de superficies de referencia requieren diversos cortadores intercambiables para planear. Los cortadores para planear estándar de ISCAR poseen diámetros nominales de hasta 315 mm (12"); las herramientas especiales hechas a medida pueden ofrecer valores más altos. Los insertos se sujetan a los cortadores para planear y varían en geometrías de corte, ya que están destinados a maquinar diferentes grupos de materiales. La remoción significativa del material de maquinado mediante operaciones de fresado es un problema para la producción de grandes piezas de acero y fundición y, en menor medida, de titanio y aluminio.
La línea de cortadores para planear estándar de ISCAR incluye varias familias de herramientas para la manufactura de grandes piezas. HELITANG T465 ofrece cortadores con un ángulo de filo de corte a 65° y con insertos de sujeción tangencial. El diseño robusto permite un maquinado productivo con una profundidad de corte de hasta 19 mm (.750"). La familia HELIDO 890 presenta cortadores para planear a 89° con insertos cuadrados de doble cara (Fig. 1). Estos cortadores eficientes, que son realmente indispensables para fresar un plano cerca de hombros, ofrecen una ventaja económica importante: los insertos cuadrados proporcionan 8 filos de corte intercambiables para una profundidad de corte de hasta 9 mm (.354").
Gavilán extendido, efecto extendido
Los cortadores intercambiables de gavilán extendido y filos de corte largos se consideran herramientas líderes en operaciones de fresado productivo de desbaste. Se destacan en el maquinado de hombros y cavidades profundas para la fabricación de grandes piezas. Los cortadores de gavilán extendido también se utilizan en el fresado de bordes rectos y anchos; una operación común para diversos procesos, desde el maquinado de placas y lingotes hasta el contorneado primario. La línea de cortadores intercambiables de gavilán extendido de ISCAR varía en su configuración de diseño, integrando un método de montaje tipo zanco o tipo árbol y un principio de sujeción radial o tangencial de los insertos. Estas herramientas pueden trabajar bajo condiciones de corte difíciles, experimentando cargas mecánicas y térmicas significativas. La remoción intensiva de material requiere canales de viruta del volumen adecuado para asegurar la evacuación efectiva de la viruta. La situación se puede mejorar importantemente utilizando los cortadores de gavilán extendido de ISCAR, que cuentan con insertos de geometría divisora de viruta, para cortar la viruta ancha en pequeños segmentos. Como resultado, se reducen las fuerzas de corte, se estabilizan las vibraciones y los problemas térmicos se reducen. Aunque la herramienta a 90° son los cortadoras más utilizados, el maquinado de grandes piezas también requiere del fresado/desbaste de superficies inclinadas y 3D. Para ello, ISCAR ofrece una familia de cortadores cónicos de gavilán extendido con ángulos de filo de corte de 22.5° a 75°. En algunos casos, particularmente para la fabricación de moldes y troqueles, se necesitan operaciones combinadas de fresado de desbaste y fresado de hombros. Los cortadores hemisféricos de gavilán extendido DROPMILL 3 se diseñaron específicamente para tales aplicaciones.
La producción de componentes aeroespaciales de gran tamaño a partir de aleaciones de titanio difíciles de maquinar es un proceso extremadamente intensivo en metales con una importante proporción material usado/material total. El peso final de una pieza puede ser solo del 10%, o aún menor, del peso original de una pieza de trabajo. La familia de cortadores de gavilán extendido XQUAD, uno de los más recientes productos de ISCAR, se diseñó para el fresado de alta eficiencia de cavidades profundas y bordes anchos en piezas de titanio. Estas herramientas (Fig. 2) son adecuadas para el maquinado con suministro de refrigerante a alta presión, lo que incrementa significativamente la productividad y mejora la vida útil de la herramienta. Las herramientas ya han demostrado su eficacia: por ejemplo, los productores de componentes han logrado una tasas de remoción de metal (MRR) de 700-1000 cm³/min (43-61 in³/min) mediante el uso de cortadores XQUAD de 80 mm (3") de diámetro. En ingeniería ferroviaria, los cortadores combinados se utilizan para garantizar el maquinado simultáneo de varias áreas de la pieza. Estos cortadores incorporan un filo de corte extendido, formado por un conjunto de insertos intercambiables montados sucesivamente.
Velocidad productiva
El maquinado de alta eficiencia utilizando cortadores de gavilán extendido intercambiables y cortadores para planear de gran diámetro puede compararse con el trabajo de una excavadora pesada que excava arena con una pala de gran tamaño. La pala, operada por un potente motor, mueve lentamente un gran volumen de material de desecho. Así mismo, existe un método alterno para una excavación eficiente. Imagine una zanjadora de orugas más compacta con una cadena de excavación que se mueve rápidamente. Cada eslabón de la cadena elimina un pequeño volumen de arena, pero lo hace rápidamente. En el corte de metales, esta zanjadora es un cortador de alto avance, que maquina a poca profundidad de corte, pero con un avance por diente mucho más alto que las tasas habituales, milímetros en lugar de décimas de milímetro.
Los cortadores con altos avances se aplican principalmente al maquinado/desbaste de superficies planas, cavidades y superficies 3D (Fig. 3). Estas herramientas son típicas de la fabricación de grandes piezas de acero y fundición, aunque el fresado de alto avance (HFM) de titanio y aleaciones termorresistentes también es frecuente hoy día. ISCAR ofrece una amplia variedad de familias de cortadores con altos avances, destinadas al maquinado de diversos materiales con diferentes aplicaciones. El "mundo" de los cortadores para fresado con altos avances de ISCAR abarca familias de herramientas en rangos de diámetros de hasta 160 mm (6.3"), que pueden cumplir con los requerimientos del cliente más exigente. El fresado de alta velocidad requiere máquinas herramienta con accionamiento de avance de alta velocidad. Los fabricantes de grandes piezas frecuentemente cuentan con máquinas pesadas, potentes pero lentas, que no son adecuadas para el planeado de alto avance. Para estos clientes, ISCAR desarrolló cortadores de avance moderado (MF). En comparación con los cortadores de avance rápido, los cortadores de avance moderado presentan un ángulo de corte más alto; se mueven más lentamente, pero maquinan a mayores profundidades y necesitan más potencia, haciéndolos adecuados para su aplicación en máquinas pesadas.
Frecuentemente, las grandes piezas están hechas de materiales difíciles de maquinar, como acero templado y acero altamente resistente al desgaste o fundición. La estructura de la pieza soldada y el proceso de reparación de piezas desgastadas rociando rellenos o soldando, agregan materiales que también son difíciles de maquinar. El fresado a alta velocidad (HSM) resuelve estos problemas. Aplicado originalmente en la fabricación de moldes y troqueles, el fresado de alta velocidad se desarrolló como un método productivo para fresar acero templado. Condujo a la disminución de la reubicación de las piezas, de la configuración, a minimizar el acabado y pulido manual y, como resultado, a reducir los tiempos que toman los ciclos. El fresado a alta velocidad presenta una herramienta de diámetro pequeño que gira a altas velocidades y fresa material en cortes ligeros y poco profundos.
La herramienta para HSM más adecuada son los cortadores verticales de carburo sólido y la familia de cortadores verticales/conjuntos ensamblados MULTI-MASTER de ISCAR, que utilizan cabezas intercambiables de carburo cementado, y también representan una opción viable. La línea de cortadores verticales de carburo sólido de ISCAR ofrece diversas herramientas de gavilanes múltiples, en diámetros de hasta 20 mm (.750"), destinadas a materiales de fresado de alta velocidad con una dureza de hasta HRC 70. La disminución de los márgenes de maquinado gracias a la producción de piezas de trabajo más precisas para producir grandes partes, por ejemplo, utilizando fundición o moldeado precisos, abre nuevas oportunidades para el fresado de alta velocidad.
Las cabezas intercambiables cambian la dinámica
En muchos casos, la fabricación de grandes piezas es de pequeño volumen, incluso individual. Bajo este contexto, minimizar los tiempos muertos de la máquina herramienta resulta de crítica importancia. La planeación inteligente de procesos para reducir considerablemente el tiempo de puesta a punto, puede ayudar a resolver este problema. Cada vez que se reemplaza un cortador desgastado, se requieren mediciones adicionales y correcciones al programa CNC, lo que incrementa los tiempos muertos. Las familias de herramientas rotativas ensambladas de ISCAR, con cabezas intercambiables; los cortadores MULTI-MASTER y brocas SUMOCHAM (Fig. 4), permiten reducciones sustanciales en tiempos muertos. El contacto frontal entre la cabeza y el cuerpo de la herramienta asegura que el voladizo de la cabeza quede dentro de límites de tolerancia cerrados, lo que resulta en una alta repetibilidad dimensional del conjunto. Reemplazar una cabeza desgastada no requiere operaciones de puesta a punto adicionales o de retirar la herramienta de la máquina.
Vuelta en U en torneado/fresado
El torneado/fresado, que es el método de maquinar una pieza rotativa utilizando cortadores para planeado, es una buena opción para maquinar piezas rotativas pesadas. En las operaciones de torneado, la velocidad de corte es una función de la velocidad de rotación. Si el motor principal de una máquina herramienta no permite la rotación de grandes masas con la velocidad requerida debido a las limitaciones de sus características, entonces la velocidad de corte está lejos del rango óptimo y el desempeño del torneado será bajo. Las operaciones de torneado/fresado ofrecen una solución efectiva a estas dificultades. Al tornear grandes partes excéntricas, como por ejemplo cigüeñales, las masas fuera de centro generan un desequilibrio de las fuerzas que afecta negativamente el desempeño. El torneado/fresado utiliza una baja velocidad de rotación de una pieza, lo que evita este efecto negativo (Fig. 5).
La mayoría de los cortadores para fresado intercambiables de ISCAR son adecuados para operaciones de torneado/fresado. El éxito de su aplicación depende del posicionamiento del cortador respecto a la pieza maquinada, la elección de la geometría óptima de los insertos y el cálculo de las condiciones de maquinado. Los especialistas de ISCAR estudiaron la cinemática del fresado/torneado en campo y desarrollaron una metodología apropiada para definir estos parámetros.
Desempeño confiable
MEl maquinado de piezas de gran tamaño es un proceso que consume grandes cantidades de tiempo, dónde las herramientas cortan material durante largos períodos. Esto significa que la confiabilidad, la estabilidad y el desgaste predecible de la herramienta son temas prioritarios. Una falla repentina de la herramienta puede dañar seriamente la pieza o incluso provocar su rechazo. Un fabricante de herramientas de corte tiene una selección limitada de instrumentos para mejorar la confiabilidad, incluido el diseño avanzado de herramientas, el corte progresivo del material y los desarrollos tecnológicos. La utilización efectiva de estos instrumentos es la clave para el exitoso maquinado de grandes piezas. La gama de nuevas herramientas y grados de carburo recientemente introducida por ISCAR proporciona esa clave.
