Enfoque tecnológico: sistema de torneado en duro

Torneado en duro de una matriz de carburo en un torno Hembrug Mikroturn 100. Máquinas herramienta Hembrug

Las herramientas de carburo de tungsteno se utilizan en la industria de moldes y matrices, así como en aplicaciones de punzonado, trefilado y extrusión. Estas herramientas son extremadamente resistentes al desgaste y a menudo se caracterizan por contornos complejos, que están sujetos a los más altos requisitos de forma y acabado superficial.

Debido a la difícil maquinabilidad de estas piezas, tradicionalmente se han formado mediante rectificado con muelas de diamante. Sin embargo, a medida que los fabricantes enfrentan el desafío de reducir costos, mejorar la calidad y minimizar los tiempos de preparación, se está considerando el torneado en duro de alta precisión.

El torneado de alta precisión es un proceso muy flexible. Es fácil de configurar y cambiar, y puede combinar operaciones de ID y OD en la misma sujeción. También es posible lograr altas tasas de eliminación de metal.

Se programan contornos complejos y luego se producen en una máquina diseñada específicamente para torneado en duro mediante posicionamiento de corredera CNC.

Durante el rectificado, una pieza de trabajo con varias formas complejas a menudo requiere múltiples configuraciones para completarse. Se necesitan formas de rueda específicas para terminar cada contorno, lo que requiere cambios de rueda. Para lotes pequeños, esto aumenta significativamente el tiempo de producción.

Ahora es posible un proceso de fabricación flexible para el acabado de herramientas de carburo combinando una máquina de torneado dinámicamente rígida y precisa con herramientas de plaquita intercambiable de diamante. Optimizar la máquina y las herramientas es clave para tornear exitosamente el carburo de tungsteno con la misma precisión que el rectificado.

El carburo de tungsteno puede tener un valor de dureza de 80 HRC. El acero endurecido, por ejemplo, se encuentra en el rango de 58 a 65 HRC. Girar este material en un torno convencional genera vibraciones porque estas máquinas suelen tener características mínimas de amortiguación.

Las elevadas fuerzas de corte necesarias para extraer el material de la pieza de trabajo son mayores en el carburo de tungsteno que en el acero endurecido. Estas fuerzas de corte más altas crean una presión de retroceso significativa sobre las guías y los cojinetes del husillo. Los tornos convencionales no están necesariamente diseñados para soportar estas fuerzas y puede producirse un desgaste prematuro de las guías, incluso al cortar acero endurecido y mucho menos carburo. Esto conduce a una disminución en la capacidad de la pieza para mantener su tamaño, precisión de forma y acabado superficial, así como a un mayor desgaste de la herramienta.

Hembrug Machine Tools, de Haarlem, Países Bajos, parte del grupo español de máquinas Danobat, se especializa en la producción de máquinas de torneado en duro de alta precisión. También tiene una amplia experiencia en procesos de torneado de piezas de trabajo de carburo de tungsteno con tolerancias muy estrictas donde se necesita una precisión submicrónica.

Hace más de 50 años, la empresa se alejó de los métodos tradicionales de construcción de tornos y desarrolló cojinetes de husillo y correderas hidrostáticos.

Este troquel de trefilado se fabricó en 30 minutos, en comparación con el antiguo proceso de rectificado de ocho horas, con resultados de precisión similares.

Esta tecnología interna se aplica tanto a la guía deslizante como a los cojinetes del husillo en las máquinas Mikroturn de la empresa.

Esta tecnología proporciona propiedades de amortiguación y crea rigidez dinámica, independiente de la velocidad, lo cual es necesario para minimizar las vibraciones en la punta de la herramienta. Según la empresa, estas características son esenciales para una buena integridad del acabado superficial y una larga vida útil de la herramienta. La ausencia de contacto metal con metal entre los elementos móviles de la máquina da como resultado una plataforma libre de desgaste.

Este diseño y construcción, junto con una base de máquina de granito natural, conlleva un mayor coste de inversión en comparación con el de un torno de precisión convencional. Sin embargo, el beneficio es una mayor vida útil de la herramienta y menos ajustes necesarios de la máquina, junto con precisiones repetitivas consistentes pieza a pieza debido a la estabilidad. Y, según el fabricante, la calidad de la pieza está a la altura de las tolerancias de rectificado.

Además de estos requisitos esenciales de la máquina, también se deben utilizar herramientas optimizadas.

En los últimos años, muchos avances en herramientas indexables han conducido a una mejor maquinabilidad del carburo. Sólo las herramientas más duras y resistentes al desgaste permiten tornear carburo de tungsteno y, por lo tanto, sólo el diamante califica.

Hay muchos tipos diferentes de insertos de diamante disponibles, pero se recomienda el uso de grados de PCD sin aglutinante porque son más resistentes al desgaste y más duros que el tipo de herramienta de diamante monocristalino. Según Hembrug, aumentan la vida útil de la herramienta, mejoran los acabados de las superficies y crean un mejor control dimensional.

El grado de carburo (contenido de aglutinante, dureza, resistencia al desgaste y tamaño de grano) afecta su maquinabilidad. Y cuanto más fino sea el tamaño del grano, mejor será la precisión del acabado de la superficie. Con un tamaño de grano más grueso cuando se requieren acabados superficiales finos, Hembrug integra un husillo de rectificado o una opción de bruñido con piedra en su sistema de torneado.

Con esta combinación, al torneado en desbaste y semiacabado le sigue una operación de rectificado o bruñido para completar la pieza de trabajo. Utilizando una piedra KombiFin, esta opción de acabado permite conseguir acabados superficiales de Ra 0,02 µm. La combinación de torneado en duro y acabado fino en una sola máquina aumenta la precisión y la flexibilidad. De esta manera, un fabricante puede lograr los resultados de rugosidad superficial necesarios independientemente del tamaño del grano.

Aunque el mecanizado en seco es posible con torneado en duro, el uso de un refrigerante (aire o líquido) suele ser beneficioso. Con refrigerante, las virutas se eliminan más rápido, minimizando la transferencia de calor a la pieza de trabajo. El uso de refrigerante también contribuye positivamente a la estabilidad del proceso.

Tener un método de mecanizado flexible, como el torneado en duro, que puede producir herramientas de carburo con calidad de rectificado, definitivamente es bueno para la industria. Los contornos complejos son más fáciles de realizar y, en producciones pequeñas, el torneado en duro suele ser la opción preferida.

El Hembrug Mikroturn 100 de 3.ª generación, totalmente hidrostático y de nuevo diseño, puede tornear en duro y terminar una pieza de carburo en una sola configuración.

La capacidad de completar una pieza en una sola configuración, junto con tiempos de cambio más cortos, da como resultado costos más bajos, menos errores y plazos de entrega más cortos. Estos beneficios contribuyen de manera importante a la competitividad de cualquier fabricante, independientemente de las piezas que se fabriquen.

Gary Anderson es gerente de ventas de Norteamérica y Omar Geluk es comercializador senior de Hembrug Machine Tools, H. Figeeweg 1a+b, 2031 BJ Haarlem, Países Bajos, 31 23 5124900, www.hembrug.com.

El bruñido de la piedra después del torneado permite obtener acabados superficiales de Ra 0,02 μm.