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May 24, 2023

Obtener un control firme de su proceso

Las herramientas y las piezas de trabajo reciben mucha atención en la industria del mecanizado y

Las herramientas y las piezas de trabajo reciben mucha atención en la industria del mecanizado, y con razón. Pero también se deben considerar cuidadosamente los dispositivos que los sostienen si se quiere que un proceso de mecanizado tenga éxito. Si estos dispositivos no están a la altura de la aplicación de corte en cuestión, los resultados no darán en el blanco, lo que podría dejar a los clientes descontentos y a las tiendas con una mancha en su reputación.

Los últimos productos de sujeción de herramientas y sujeción de piezas vienen en diferentes tipos y ofrecen características diseñadas para cumplir con una variedad de desafíos de mecanizado. Además de proporcionar un agarre firme, algunos de los dispositivos más sofisticados pueden transmitir datos clave de mecanizado que ayudan a los talleres a monitorear sus procesos y seguirlos hasta su conclusión.

Otros desarrollos en la forma en que se cambian y fabrican los soportes tienen el potencial de ayudar a los talleres a automatizar sus operaciones.

Algunos de los desarrollos más recientes en portaherramientas son modificaciones de productos familiares. Los ejemplos incluyen cambios realizados en la línea de mandriles FPC ofrecidos por Emuge-Franken USA, West Boylston, Massachusetts. Estos mandriles de boquilla patentados se anuncian como portaherramientas precisos que minimizan el descentramiento y la vibración. Cuentan con un mecanismo de sujeción de engranaje helicoidal que proporciona una alta fuerza de sujeción y concentricidad, según la empresa.

Las últimas noticias de FPC incluyen la introducción de una opción de línea delgada con un cuello cónico de 4,5o destinado a proporcionar un poco más de espacio libre en aplicaciones de mecanizado de cinco ejes. Emuge-Franken también informa que recientemente se agregaron orificios de equilibrio a los soportes FPC de estilo HSK y Capto. Como su nombre indica, estos orificios permiten ajustar los soportes en una máquina equilibradora. El balanceo es particularmente útil en máquinas de mayor velocidad y donde se necesita una mejor concentricidad para obtener dimensiones de piezas de alta precisión, señaló Dan Doiron, gerente de productos de fresado de la compañía.

La clave para obtener el máximo rendimiento de una herramienta de corte es elegir el portaherramientas adecuado. "Los portaherramientas son una especie de base del conjunto de corte de metal, por lo que desea que sean fuertes y rígidos", señaló Brent Godfrey, especialista de productos para la integración de máquinas en Sandvik Coromant EE. UU., Mebane, Carolina del Norte. "Si el portaherramientas y el conjunto de herramientas tienen una buena rigidez a la flexión, entonces la herramienta y el inserto permanecerán prácticamente en el centro hacia abajo donde están cortando aunque estén (sujetos a) altas fuerzas de corte".

De ahí el atractivo de los titulares de doble contacto. Están diseñados para que el cono y la brida del soporte hagan contacto con el husillo de la máquina. Durante el mecanizado, el contacto dual aumenta significativamente la rigidez, lo que puede mejorar el acabado superficial y la precisión dimensional, además de prolongar la vida útil de la herramienta. Aunque los soportes de doble contacto no son nada nuevo, ahora se diseñan más máquinas herramienta para aceptarlos, según Godfrey.

Cuando se necesitan portaherramientas de alto rendimiento, muchos talleres recurren a los mandriles hidráulicos como el CoroChuck 930 de Sandvik Coromant, que cuenta con un pistón interno que presuriza el fluido hidráulico para que el fluido aplique una gran fuerza de agarre de manera uniforme alrededor del mango de la herramienta. Los mandriles hidráulicos y de ajuste por contracción "son los mandriles de mayor precisión y menor descentramiento que existen en la actualidad", dijo Godfrey.

Agregó que los mandriles hidráulicos son cada vez más populares entre los clientes. "Mucho de esto está impulsado por los componentes que tienen que mecanizar", señaló. Estos componentes pueden tener tolerancias estrechas o requerir herramientas largas que puedan alcanzar el interior para taladrar o fresar una característica.

En el pasado, el portaherramientas que se elegía para el fresado era un adaptador de fresa de extremo con un plano Weldon, que permite sujetar una herramienta firmemente en su lugar con un tornillo lateral. Sin embargo, una desventaja de esta disposición es que el tornillo lateral empuja la herramienta ligeramente fuera del centro, lo que genera vibraciones que acortan la vida útil de la herramienta y también aumentan el descentramiento durante el mecanizado, señaló Ronald West, gerente sénior de productos de herramientas globales de Kennametal Inc, con sede en Pittsburgh.

Por el contrario, dijo West, el portaherramientas HydroForce de Kennametal utiliza el sistema hidráulico para proporcionar una fuerza de sujeción uniforme alrededor del mango de la herramienta, lo que puede limitar el descentramiento a menos de 3 µm. Junto con el efecto de amortiguación del fluido hidráulico, la fuerza de sujeción concéntrica también minimiza la vibración durante el mecanizado, lo que puede aumentar la vida útil de la herramienta en un 30 por ciento en comparación con las herramientas sujetas en adaptadores de fresas de mango convencionales, según West.

West también señaló que los portaherramientas HydroForce están equilibrados a G2.5 a 25 000 rpm, por lo que las velocidades de la herramienta pueden ser mucho más rápidas de lo que es posible con los portaherramientas planos Weldon. Junto con el empuje descentrado del tornillo lateral, las partes móviles de los soportes planos Weldon "realmente limitan su velocidad a menos que vuelva a equilibrar los soportes cada vez que coloca una nueva herramienta", señaló.

Aunque HydroForce se introdujo hace unos siete años, la aceptación de las aplicaciones de fresado tomó algún tiempo. "Por lo general, no era bueno fresar con un mandril hidráulico" debido a sus fuerzas de sujeción relativamente bajas, dijo West. HydroForce, sin embargo, proporciona hasta tres veces más fuerza de sujeción que otros mandriles hidráulicos, señaló, gracias a un "diseño más robusto" que incluye un pistón más grande y una vejiga hidráulica más pesada.

Además, West dijo que HydroForce ha ganado popularidad porque es fácil de usar. En lugar de una llave dinamométrica, todo lo que los usuarios necesitan es una llave Allen común para girar el tornillo del dispositivo. "Simplemente lo giras hasta el punto muerto y está bloqueado y listo para funcionar", dijo.

Al igual que HydroForce, los sistemas de identificación por radiofrecuencia existen desde hace tiempo. Sin embargo, según West, más empresas en la industria del mecanizado están empleando RFID hoy en día debido al advenimiento de la Industria 4.0 y su énfasis en los desarrollos que facilitan la automatización, la interconectividad y la adquisición y uso de datos en tiempo real. "Ahora la vida útil de la herramienta y todas las cosas por las que se preocuparía si tuviera una persona parada frente a la máquina están siendo (verificadas) con RFID", dijo.

Los sistemas RFID, que consisten en un pequeño transpondedor de radio, un receptor de radio y un transmisor, permiten la comunicación entre el controlador de una máquina y los dispositivos que recopilan datos y realizan otras funciones durante un proceso de mecanizado. Por ejemplo, una sonda en una máquina que verifica las dimensiones críticas de piezas o herramientas podría enviar los datos a través de un chip RFID al controlador de la máquina. Si, después de evaluar los datos, el controlador determina que se debe tomar alguna acción, el controlador puede enviar una señal que active esa acción al componente o sistema apropiado a través del chip RFID. Para facilitar este tipo de transferencia de datos, dijo West, Kennametal ahora está colocando bolsillos para chips RFID en todos sus soportes para herramientas giratorias.

Al igual que la sujeción de herramientas, la tecnología de sujeción de piezas se ha visto afectada por el interés generalizado en las capacidades que están sincronizadas con la Industria 4.0. Un ejemplo de esta tendencia es el nuevo SmartChuck vendido por Erowa Technology Inc., Arlington Heights, Ill. El SmartChuck ofrece transmisión de señal inalámbrica que permite monitorear el estado y las fuerzas de sujeción en la nube. Si los datos transmitidos a través de la señal Wi-Fi muestran que la fuerza de sujeción del mandril no es lo suficientemente alta para una aplicación de mecanizado en particular, se envía una señal a la máquina con un código de error que indica una falla de sujeción. Esto evita que la máquina inicie el próximo ciclo, señaló Fred Holzmacher, gerente regional de ventas de Erowa.

Además, el sistema SmartChuck hace posible que los usuarios tomen medidas preventivas al almacenar las fuerzas de sujeción aplicadas por un mandril individual a lo largo del tiempo. "Entonces, si su mandril comienza a fallar con los años, puede determinarse por las presiones de sujeción que se registran y puede evitar posibles fallas", dijo Holzmacher.

Otra variación del tema Industria 4.0 es la denominada sujeción "mecatrónica" de SMW Autoblok Corp., Wheeling, Ill. Como sugiere el nombre, los dispositivos de sujeción mecatrónica incluyen elementos mecánicos y electrónicos. La clave para el funcionamiento de estos productos son los acopladores inductivos que permiten la transmisión inalámbrica tanto de datos de sujeción como de energía para accionar el dispositivo de sujeción. Los acopladores pueden transmitir hasta 1.800 W, según el tamaño y el estilo seleccionado, según la empresa.

Un ejemplo de la sujeción mecatrónica de SMW Autoblok es el CC e-motion, un mandril de cuatro mordazas con cuatro accionamientos mecatrónicos de una sola mordaza. Las mordazas pueden ajustarse de forma independiente, moverse en pares o accionarse en cualquier otra combinación posible, señaló Larry Robbins, presidente de la división comercial de la empresa.

Además, los dispositivos mecatrónicos como el CC e-motion ofrecen medición y control de la fuerza de agarre y del movimiento de la mordaza, detección electrónica de piezas de trabajo y control de la temperatura y el par de la pieza. "Casi cualquier cosa que pueda hacer con el monitoreo sensorial, podemos hacerlo", dijo Robbins, y agregó que la tecnología también permite la creación de informes estadísticos basados ​​en los datos recopilados.

Una ventaja de todo este monitoreo es que un proceso puede detenerse rápidamente si algún parámetro de sujeción indica que hay un problema. Por ejemplo, dijo Robbins, si se supone que se debe aplicar presión con cuatro mordazas pero las lecturas de presión indican que una de las mordazas no funciona bien o está rota, el sistema se puede apagar de inmediato. Además, señaló que el monitoreo permite ajustar parámetros que están apagados en el proceso para evitar la fabricación de piezas defectuosas.

Otra ventaja del monitoreo mecatrónico es que permite la automatización de procesos que incluyen múltiples componentes de sujeción, señaló Robbins. En tales procesos, dijo, "toda su sujeción (hace) controles, y puede incorporar pinzas, prensas, mandriles o cualquier (otro) tipo de implemento de sujeción".

Para automatizar el proceso de cambio de sujeción, Hainbuch, con sede en Alemania, ha introducido una línea de interfaces de cabezales de sujeción diseñadas para facilitar el cambio de mandriles y mandriles con un robot. Las interfaces centroteX AC (cambio automático) de Hainbuch permiten cambios de sujeción más rápidos y precisos que los realizados manualmente, según Timothy Wachs, presidente de Hainbuch America Corp. en Germantown, Wisconsin.

Wachs señaló que la clave para hacer esto posible fue rediseñar la interfaz anterior de la empresa para simplificar la forma en que se bloquea en su lugar. "En lugar de tener pernos alrededor de la periferia, tiene un perno en el lado que gira", dijo.

Equipado con un efector final apropiado, dijo Wachs, un brazo robótico puede completar un cambio de sujeción en cuestión de segundos con alta repetibilidad y sin pérdida de rigidez. Para ahorrar más tiempo, agregó, el robot (que puede ser el mismo que se usa para la carga y descarga de piezas) puede cambiar un mandril fuera de línea mientras las piezas se mecanizan usando otra sujeción.

En Europa, Hainbuch ofrece a los clientes un paquete de automatización que incluye un robot y una interfaz centroteX AC, según Wachs. En los EE. UU., sin embargo, el robot actualmente es suministrado por terceros.

Además de realizar cambios prospectivos en los dispositivos que producen, los fabricantes de herramientas y sujeción están considerando un cambio significativo en la forma en que fabrican sus productos. La idea es fabricar algunos componentes difíciles de mecanizar mediante procesos de fabricación aditiva. Para hacer un componente de sujeción de piezas de metal con una geometría desafiante, por ejemplo, un fabricante podría imprimir en 3D una versión básica y luego terminar de pulirlo o usar algún otro proceso secundario para producir el producto final, explicó David Jones, gerente de sujeción de piezas de precisión en Emuge. -Franken Estados Unidos. Cuando se trata de sujeción de trabajos, Jones cree que los mejores candidatos para la impresión 3D son las piezas de alta precisión que entran en contacto con la pieza de trabajo y tienen diseños que tocan las piezas y que son difíciles de terminar con la máquina.

Sin embargo, hasta donde él sabe, la impresión 3D no se utiliza actualmente para la producción convencional de piezas de sujeción. "Los materiales que podemos imprimir ahora son cada vez más exóticos y la precisión es cada vez mejor", dijo. "Pero creo que todavía estamos lejos de la producción".

Según Jones, una de las barreras que actualmente se interponen en el camino para lograr que los componentes de sujeción de piezas impresos en 3D entren en producción es el costo. Agregó, sin embargo, que si bien es posible que no sea rentable imprimir componentes de sujeción de piezas de trabajo en 3D ahora, la situación podría cambiar con el tiempo a medida que la tecnología se desarrolle y los costos bajen.

En un futuro no muy lejano, Jones también cree que los talleres podrán imprimir los componentes de sujeción que necesitan. "Tal vez dentro de unos años, le venderemos la sujeción de trabajo y tendrá una impresora interna", dijo. "Luego, si necesita una pieza, le daremos la licencia del diseño para que pueda imprimir esa pieza en sus propias instalaciones. ¿Qué tan bueno es eso?"

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