El Correcto Portaherramientas para el Trabajo

Los portaherramientas juegan un papel fundamental en la conexión de herramientas y maquinas los cuales maximizan el desempeño del maquinado; sin embargo, hay disponibles varias opciones y la más adecuada dependerá del tipo de aplicación. Tenga en cuenta las características clave, ya que diferenciarán un portaherramientas convencional de uno que sea la elección óptima para un maquinado preciso y de alta velocidad. Al seleccionar un portaherramientas de alta velocidad que genere consistentemente una operación segura y de alta calidad, las plantas productivas y talleres deben enfocarse en el balanceo (bajo la norma ISO 16084), el contacto angular y la precisión. Alan Miller, Gerente de Ingeniería de BIG Kaiser Precision Tooling, analiza por qué estos tres aspectos son las principales prioridades para los fabricantes médicos y revela los resultados alcanzables de cada uno.

Importancia del Contacto Angular

Para una alta precisión de maquinado, el cono debe fabricarse con tolerancias extremadamente estrechas para que el portaherramientas se coloque con precisión dentro del husillo para proporcionar una conexión rígida para las cargas axiales y radiales. La buena repetibilidad dentro y fuera de la máquina mantiene consistencia. Los requisitos necesarios dependerán del tipo de portaherramientas utilizado: interfaces ISO 7:24 (CAT, SK y BT), HSK y Capto.

Los portaherramientas HSK cuentan con una estructura hueca (los tipos disponibles son A, E y F) y ofrecen rigidez radial y están preparados para alta velocidad. Este tipo de cono es mucho más corto (25mm, 32mm, 40mm, 50mm, 63mm, 80mm, 100mm y 125mm) e incluye un mecanismo interno para conexión radial y axial.

“Dado que se trata de un portaherramientas hueco y es pequeño, la selección del material es extremadamente importante”, dice Miller. “El portaherramientas HSK se sujeta con pinzas internas que alcanzan el interior de su estructura hueca fijando el portaherramientas al husillo. El grosor de la pared es muy delgado y es realmente fundamental tener un grado de acero de calidad PREMIUM, por lo que BIG KAISER utiliza acero herramental PREMIUM para los portaherramientas".

Otra consideración importante para los portaherramientas tipo HSK es el acabado donde se realiza la sujeción interna después del tratamiento térmico. Debido a que las pinzas alcanzan el interior y agarran dentro de ese portaherramientas hueco, asegurarse de que esté con un acabado dentro de tolerancia después del tratamiento térmico asegura que esté en la ubicación correcta para que obtenga una repetibilidad más precisa en el husillo.

Los portaherramientas interfaz ISO: CAT, SK y BT, tienen una geometría cónica tradicional. Tienen conicidad 7:24 y requieren un tornillo de retención o perno de tracción para asegurar el portaherramientas dentro del husillo de la máquina. A medida que la máquina sujeta, el husillo sufre una deformación elástica para asegurar el contacto cónico. En tamaños más grandes y por la conicidad del husillo, la fuerza centrífuga incrementa a medida que las velocidades aumentan significativamente generando una expansión interna del husillo. A medida que el husillo se expande, la sujeción del portaherramientas hace que exista una pérdida de altura de la herramienta, lo que genera errores en el maquinado por perdida del offset de la herramienta.

Para solucionar este problema, el sistema de husillo BIG-PLUS de BIG KAISER permite que el portaherramientas entre en contacto con la parte cónica del husillo y la cara del husillo simultáneamente, lo que permite una mayor rigidez de la herramienta debido al mayor diámetro de contacto de la cara de la brida del portaherramientas. El contacto frontal combinado con el contacto cónico, trabaja en conjunto para resistir a la deflexión.

Los tipos de portaherramientas Poligonal (Capto) ponen en contacto la cara y la parte cónica del husillo de máquina y el portaherramientas, lo que garantiza una alta repetibilidad. El diseño de polígono también permite el autocentrado para mejorar la precisión. Sin embargo, estos tipos de portaherramientas son más difíciles de fabricar debido a su ángulo de inclinación y geometría, por lo que se necesita una máquina de alta gama para fabricarlos y para lograr la precisión de esta interfaz Capto requiere forzosamente ser utilizado como una interfaz de husillo y no como un sistema modular de conexión.

Balanceo de Portaherramientas

A medida que aumentan las velocidades del husillo, se vuelve más importante obtener el balanceo adecuado del portaherramientas bajo la norma correcta ISO 16084. Los portaherramientas balanceados bajo la norma correcta permiten a los usuarios trabajar a mayores velocidades de husillo y mejores velocidades de avance mientras maximizan la vida útil de la herramienta, acabado superficial y vida útil del husillo. El correcto balanceo asegura que el filo de las herramientas corten de manera uniforme en el material para evitar vibraciones generando una calidad de acabado superficial optima.

"Balanceo, estamos hablando acerca de las cargas laterales generadas por una masa desbalanceada funcionando a altas velocidades (desbalanceo residual permisible)”, explica Miller. “Por tanto, eso puede influir en los rodamientos del husillo de la máquina hasta el desempeño de corte de la herramienta. Es muy importante considerarlo, y existe un nuevo estándar ISO de balanceo de portaherramientas que se lanzó en 2017 para ayudar a los usuarios a cumplir con los requerimientos de maquinado".

La norma actualizada ISO 16084 tiene en cuenta todas las variables para un maquinado seguro y productivo. Y Miller dice que también toma en consideración factores adicionales más complejos que pueden conducir a un desbalanceo de herramientas. Se centra en la interacción entre el husillo y la herramienta teniendo en cuenta la carga permisible en los rodamientos del husillo generada por el desbalanceo de la herramienta.

La mejor forma de garantizar el balanceo bajo la norma correcta es medir el portaherramientas como un ensamble completo. En última instancia, esto dará como resultado una herramienta de mejor desempeño. Y aunque cada parte pueda balancearse individualmente, esto no garantizará el nivel más alto de balanceo en general, ni el óptimo desempeño.

Los beneficios de un correcto balanceo son:

• Acabado superficial óptimo
• Mayor rigidez del ensamble en máquina
• Mayor vida útil del husillo

Miller también advierte que “cuando se trata de balanceo también hay un punto en el que podemos llegar a una limitante, donde el balanceo adicional ya no ayudará. El objetivo podría ser exactamente balanceado, pero vamos a dedicar mucho tiempo a cada herramienta que intenten para lograr la misma cantidad de balanceo, y se vuelve más o menos estable. No importa cuánto más balance, no cambiará el desempeño de la herramienta".

Precisión

La calidad mejorada dependerá de la precisión de la herramienta, que se ve afectada en gran medida por el run-out de la herramienta. Un run-out muy bajo del portaherramientas brindará a los usuarios una mejor calidad y un corte mejorado para una mayor repetibilidad y menores costos.

“La precisión del run-out es un punto muy importante”, agrega Miller. "Un bajo run-out le dará una mejor calidad de la pieza y mejorará la vida útil de la herramienta de corte y le permitirá obtener más repetibilidad y menos roturas de la herramienta."

BIG KAISER diseña y maquina sus portaherramientas para reducir el run-out, utilizando:

Materiales de precisión: material, producción, tratamiento térmico pensados para la precisión, incluidos los pernos de retención construidos con acero para herramientas premium H13 endurecido en su totalidad, rectificados en sus zonas de contacto.

Bajo T.I.R: cada boquilla se inspecciona para verificar el T.I.R. al 100%, lo que garantiza un run-out dentro de 0.00004" (0.001mm) en la nariz de la boquilla.

Opciones de diseño esbelto: reducen la necesidad de extensiones para ayudar a evitar interferencias.

Tuercas especializadas: disponibles para un suministro de refrigerante más eficiente, protegiendo los componentes del portaherramientas que pueden causar desviaciones y otros problemas.

Mayor longitud de contacto de la parte cónica interna del portaherrmientas: se reduce el voladizo de la boquilla, lo que mejora la rigidez, la sujeción y la precisión del run-out.

Diseño de cuerpo más robusto y conicidad de la boquilla menos profunda: mejora el T.I.R, reduce la vibración y la deflexión para obtener mejores acabados superficiales y mayor vida útil de la herramienta de corte.

La mayor parte de clientes en general, como ha descubierto Miller, sigue creyendo que 0.0003" (0.007mm) a 0.0005" (0.012mm) podría ser un buen run-out. Sin embargo, esto puede dar solo alrededor del 50% al 60% de la vida útil potencial de la herramienta de corte.

“Nuestros portaherramientas trabajan a 0.0001" (0.003mm) a 4 veces el diámetro para asegurarnos de que tiene ensambles de herramientas precisos", dice Miller. "Todos nuestros portaherramientas de boquillas y portaherramientas de acabado garantizan que la precisión del T.I.R. es de 3 a 5 veces mejor de lo que se considera bueno."

El run-out también puede afectar la fuerza de corte, lo que puede provocar vibraciones y, en última instancia, inhibir la precisión del maquinado.

“La vibración perjudica a los parámetros de corte, sobre todo a la velocidad de corte lo cual implica una velocidad de giro menor,” explica Miller. "El mejor consejo que tenemos para cualquiera que experimente vibraciones es ajustar la velocidad en una dirección u otra y entrar en una situación armónica".

Sistemas de Refrigeración

Hay nuevos desarrollos que tiene BIG KAISER, como portaherramientas para sistemas de enfriamiento criogénico con CO2 para eliminar el refrigerante líquido para el corte de materiales. Reducen la cantidad de contaminación que tienen las piezas médicas dentro del proceso de maquinado y aun refrigeran las herramientas de corte para que los usuarios tengan una buena vida útil. Estas capacidades están integradas en los portaherramientas MEGA Micro Chuck, con una tuerca esbelta y un diseño cónico para evitar interferencias en aplicaciones de micro brocas y micro cortadores. La tuerca sin ranuras evita la vibración y el ruido, ofreciendo un balanceo y T.I.R. superiores.

“La tuerca “Jet Coolant” se diseñó en torno a esos tipos de desarrollos en los que podemos ofrecer componentes únicos específicamente para el maquinado de estilo de enfriamiento criogenizado con CO2, que se está volviendo más importante para la comunidad médica”, concluye Miller.