¿Balancear o No Balancear Portaherramientas?

A lo largo de los años, ha circulado mucha información contradictoria sobre el balanceo de las herramientas. La norma ISO 16084: 2017 es autor del nuevo estándar para calcular los desbalanceos residuales estáticos y dinámicos permisibles de herramientas rotativas y sistemas de herramientas. Permítanos explicar un poco más a detalle sobre este tema, para poder ayudarle en sus procesos diarios.

Se puede argumentar que hay que balancear casi todas las herramientas puestas en una máquina. En el mundo de las herramientas rotativas, pequeños cambios en un ensamble, como una nueva herramienta de corte, boquilla, tuerca o tornillo de retención, pueden poner un ensamble fuera de tolerancia. Por lo tanto, es lógico que cualquier desbalanceo se pueda trasladar a la pieza, la herramienta y/o el husillo de la máquina de forma perjudicial, siempre y cuando se analice bajo la norma adecuada ISO 16084: 2017.

Escuchará que es necesario balancear todas y cada una de las herramientas según el antiguo estándar ISO 1940-1. Desde su institución en 1940, la especificación de grado de balanceo G2.5 ha sido ampliamente aceptada en la industria; es decir, "así es como siempre se han hecho las cosas".

Sin embargo, las máquinas eran mucho más lentas hace 80 años. En aquel entonces, las máquinas más avanzadas tenían que girar herramientas más grandes y pesadas a una velocidad máxima de aproximadamente 4.000 RPM. Si realizas las matemáticas desde esos días hasta hoy, las cosas han cambiado radicalmente.

Por ejemplo, las tolerancias definidas por el grado de balanceo G2.5 para herramientas con una masa menor a 1 libra (454g) diseñada para 40,000 RPM se calcula en 0.2 gramos-milímetros (gm.mm.) de desbalanceo permisible y un run-out de 0.6 micras. Esto no está dentro del rango medible de ninguna máquina de balanceo en el mercado. De manera similar, los ensambles específicos de aplicaciones para operaciones como boreado y portaherramientas pequeños, livianos y de alta velocidad, no pueden balancearse con precisión con el grado de balanceo G2.5 (Norma 1940-1).

Los fabricantes de máquinas herramienta también se basan en un número desactualizado, y a menudo basan la cobertura de la garantía del husillo en el uso de herramientas balanceadas con tolerancias muy específicas. Si bien es cierto que las herramientas mal balanceadas que funcionan a altas velocidades desgastan un husillo más rápido, las herramientas balanceadas bajo la norma correcta que realizan operaciones comunes no desgastan los husillos ni las herramientas de manera drástica, y brindan los resultados que está buscando.

Una Pequeña Lección sobre las Fuerzas

Todo esto plantea la siguiente pregunta: ¿Cuándo debe tomarse el tiempo para volver a balancear los portaherramientas? Nosotros recomendamos que las herramientas requieren un balanceo solo si son notablemente asimétricas o se utilizan en RPM más altas para lo que fue diseñado el portaherramientas. Aquí hay una regla que hemos seguido durante mucho tiempo: si las fuerzas de corte exceden las fuerzas centrífugas debido al desbalanceo, no se necesita un balanceo de alta precisión porque la fuerza requerida para balancear la herramienta probablemente será menor que las fuerzas de corte.

En otras palabras, si está realizando un desbaste con un corte radial agresivo, las diferentes fuerzas comenzarán a flexionar la herramienta. Cuando eso suceda, las fuerzas de corte y las fuerzas de avance serán sustancialmente más altas que las fuerzas de desbalaceo que pueda existir en el portaherramientas. Si este es el caso, no es que la fuerza de desbalanceo se sume a la fuerza de corte. En ese punto, el corte agresivo es el que podría dañar su husillo, y no el desbalanceo como la mayoría argumenta.

También se culpa a las herramientas desbalanceadas por problemas que resultan ser errores en la selección del husillo de una máquina. Visitamos talleres con husillos nuevos de alta velocidad que tenían problemas para trabajar con microherramientas a más de 15.000 RPM. Volvieron a balancear todas las herramientas siguiendo el consejo de su proveedor de máquinas herramienta, pero fue en vano. Resultó que la máquina estaba ajustada para un mayor par y mayores fuerzas de corte. Antes de realizar el esfuerzo de volver a balancear los portaherramientas, trabaje con el fabricante de la máquina para comprender como viene preparado su husillo.

Equilibrar las herramientas puede ser riesgoso

El volver a balancear los portaherramientas bajo la norma ISO 1940-1, no sólo no es necesario, sino que puede ser arriesgado. Nuestros cabezales de boreado de acabado por diseño asimétricos son un buen ejemplo. Como los balanceamos en su posición central, una posición neutral del rango de trabajo, no pierden el balanceo bajo la norma correcta si se ajusta hacia fuera o hacia dentro.

Para ajustarlo, normalmente añadir peso puede ser un problema para la evacuación de la viruta y un obstáculo al maquinado o el quitar peso podría debilitar la herramienta.

En los ensambles de herramientas más largos, las correcciones comunes realizadas bajo la norma ISO 1940-1 para el desbalanceo estático también pueden causar problemas. Esto ocurre cuando se corrige el desbalanceo estático de un portaherramientas en el plano equivocado; es decir, añadiendo o quitando peso en algún lugar del ensamble que no está a 180 grados del área donde hay un exceso o un déficit. Una vez que la herramienta se hace girar a toda velocidad, esos pesos crean una carga en direcciones opuestas y generan un desbalanceo de ensamble que a menudo empeora la situación.

Si se opta por el balanceo, es mejor saber dónde se pueden modificar las herramientas, qué hay dentro, a qué profundidad se puede llegar y en qué ángulos. Tanto si vas a añadir como a quitar material en un portaherramientas, te recomendamos encarecidamente que consultes primero al fabricante de la herramienta para que te oriente.

Una Historia con Moraleja.

Como advertencia, considere a un cliente que intentaba equilibrar un lote de nuestros soportes alimentados con refrigerante. Basado en la máquina equilibradora, el operador taladró orificios de ¼ de pulgada en el ángulo prescrito en el cuerpo de los soportes. Sin darse cuenta de lo que había adentro, perforó orificios transversales que conectaban el flujo de refrigerante y arruinó varios soportes.

Los fabricantes de herramientas están haciendo su parte para evitar este tipo de desastres. En la mayoría de los casos, las herramientas sencillas, como los conos portaboquillas o los hidráulicos, son bastante fáciles de balancear durante su fabricación. Tenemos en cuenta cualquier característica asimétrica durante el maquinado y el rectificado de los conos y comprobamos cada pieza que estará en movimiento, asegurándonos de que se sitúan concéntricamente durante el montaje. Estas medidas garantizan que el desbalanceo residual permisible de los ensambles este dentro de tolerancia permisible de la norma ISO 16084: 2017 y eliminan la necesidad de volver a balancearlos.

Los cabezales de boreado autobalanceados están diseñados específicamente para el acabado de alta velocidad que hemos mencionado antes, donde la fuerza de desbalanceo puede ser mayor que la fuerza de corte. Nuestros cabezales de boreado de acabado EWB, por ejemplo, tienen un contrapeso interno que se mueve en proporción directa con cada ajuste. Como el contrapeso es de carburo, es tres veces más denso que el acero de la unidad micrométrica y se mantiene dentro del cuerpo del cabezal.

Décadas de las mismas normas nos han condicionado a pensar de cierta manera sobre el balanceo de las herramientas. Aunque parece lógico que todas las herramientas deban estar balanceadas bajo la norma ISO 1940-1, esto no es así: Muchos de los problemas que se atribuyen al desbalanceo no son causados por éste, y los riesgos de volver a balancear todas las herramientas a menudo no valen la pena.

Ahorre su tiempo y recursos que está utilizando para volver a balancear para los acabados de alta velocidad. Si tiene un trabajo en el que el balanceo es crucial, revise cómo están balanceadas y controladas las herramientas que compra y/o consulte a los fabricantes antes de realizar cualquier modificación.