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Jul 06, 2023

Conseguir un control firme de su proceso

Las herramientas y piezas de trabajo reciben mucha atención en la industria del mecanizado, y con razón. Pero los dispositivos que los sostienen también deben considerarse cuidadosamente para que un proceso de mecanizado tenga éxito. Si

Las herramientas y piezas de trabajo reciben mucha atención en la industria del mecanizado, y con razón. Pero los dispositivos que los sostienen también deben considerarse cuidadosamente para 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 serán los esperados, 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 piezas de trabajo vienen en diferentes tipos y ofrecen características diseñadas para enfrentar 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 rastrearlos hasta su conclusión.

Otros avances en la forma de cambiar y fabricar los titulares tienen el potencial de ayudar a las tiendas 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, Mass. Estos mandriles de pinza patentados se anuncian como portaherramientas precisos que minimizan el descentramiento y la vibración. Cuentan con un mecanismo de sujeción de tornillo sin fin que proporciona una alta fuerza de sujeción y concentricidad, según la empresa.

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

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 metales, por lo que conviene que sean fuertes y rígidos", señaló Brent Godfrey, especialista de producto para la integración de máquinas en Sandvik Coromant US, Mebane, Carolina del Norte. tienen buena rigidez a la flexión, entonces la herramienta y el inserto permanecerán prácticamente en el centro hacia abajo donde están cortando, incluso 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 y también alargar 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 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 alta fuerza de agarre de manera uniforme alrededor del vástago 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.

Añadió 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 llegar al interior para perforar o fresar una característica.

En el pasado, el portaherramientas elegido para el fresado era un adaptador de fresa con plano Weldon, que permite sujetar la 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, provocando vibraciones que acortan la vida útil de la herramienta y también aumentan el descentramiento durante el mecanizado, señaló Ronald West, gerente senior de productos de herramientas globales de Kennametal Inc, con sede en Pittsburgh.

Por el contrario, dijo West, el portaherramientas HydroForce de Kennametal utiliza sistemas hidráulicos para proporcionar una fuerza de sujeción uniforme en todo el vástago 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 la de las herramientas sujetas a adaptadores de fresas 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 las herramientas 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 reequilibre los soportes cada vez que coloque una nueva herramienta”, señaló.

Aunque HydroForce se introdujo hace unos siete años, la aceptación para aplicaciones de fresado llevó algún tiempo. "Normalmente no era conveniente 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 detienes y está bloqueado y listo para funcionar”, dijo.

Al igual que HydroForce, los sistemas de identificación por radiofrecuencia existen desde hace algún tiempo. Sin embargo, según West, hoy en día más empresas de la industria del mecanizado están empleando RFID debido a la llegada de la Industria 4.0 y su énfasis en 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 que le preocuparían si tuviera una persona parada frente a la máquina se están (verificando) 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 un controlador de máquina y dispositivos que recopilan datos y realizan otras funciones durante un proceso de mecanizado. Por ejemplo, una sonda en una máquina que verifica las dimensiones de piezas o herramientas críticas 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 es necesario 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 rotativas.

Al igual que la sujeción de herramientas, la tecnología de sujeción de piezas se ha visto afectada por el interés generalizado en 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, Illinois. El SmartChuck ofrece transmisión de señal inalámbrica que permite monitorear el estado de sujeción y las fuerzas 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 impide que la máquina inicie el siguiente ciclo, señala el director de ventas regional de Erowa, Fred Holzmacher.

Además, el sistema SmartChuck permite a los usuarios tomar medidas preventivas almacenando las fuerzas de sujeción aplicadas por un mandril individual a lo largo del tiempo. "Entonces, si su mandril comienza a fallar con el paso de los años, se puede determinar mediante las presiones de sujeción que se registran y se pueden prevenir posibles fallas", dijo Holzmacher.

Otra variación del tema de la Industria 4.0 es el llamado dispositivo de sujeción “mecatrónico” de SMW Autoblok Corp., Wheeling, Illinois. Como sugiere el nombre, los dispositivos de sujeción mecatrónicos incluyen elementos tanto mecánicos como 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 estilo seleccionado, según la empresa.

Un ejemplo de portapiezas mecatrónico de SMW Autoblok es el CC e-motion, un plato de cuatro garras con cuatro accionamientos mecatrónicos de una sola garra. Las mandíbulas se pueden ajustar 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 de la carrera de la mandíbula, detección electrónica de piezas de trabajo y control de la temperatura y el par de las piezas. "Casi todo lo que se puede hacer con el monitoreo sensorial, nosotros 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 se puede detener rápidamente si algún parámetro de retención 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 correctamente o está rota, el sistema se puede apagar inmediatamente. Además, señaló que el monitoreo permite ajustar parámetros que están apagados durante 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, “todos los portapiezas (hacen) controles, y se pueden 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 cabezal 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 compañía para simplificar su bloqueo. "En lugar de tener pernos alrededor de la periferia, tienes un perno en el lado que giras", 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, añadió, el robot (que puede ser el mismo que se utiliza para cargar y descargar piezas) puede cambiar un mandril fuera de línea mientras las piezas se mecanizan utilizando otros medios de sujeción.

En Europa, Hainbuch ofrece a sus clientes un paquete de automatización que incluye tanto un robot como una interfaz centroteX AC, según Wachs. En Estados Unidos, sin embargo, el robot lo suministran actualmente terceros.

Además de realizar cambios con visión de futuro en los dispositivos que producen, los fabricantes de herramientas y elementos de 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 fabricar un componente de sujeción de metal con una geometría desafiante, por ejemplo, un fabricante podría imprimir en 3D una versión básica del mismo y luego terminar de pulirla o utilizar 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 piezas, Jones cree que los mejores candidatos para la impresión 3D son piezas de alta precisión que entran en contacto con la pieza de trabajo y tienen diseños en contacto con piezas que son difíciles de terminar con la máquina.

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

Según Jones, una barrera que actualmente impide la producción de componentes de sujeción impresos en 3D es el costo. Sin embargo, añadió que, si bien ahora puede no ser rentable imprimir componentes de sujeción en 3D, 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 el soporte y tendrá una impresora interna”, dijo. “Luego, si necesita una pieza, le otorgaremos la licencia del diseño para que pueda imprimir esa pieza en sus propias instalaciones. ¿Qué tan bueno es eso?

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