Mecanizado bajo

Los aceros con bajo y medio carbono forman la columna vertebral de prácticamente todas las operaciones de los talleres en sus aplicaciones de ingeniería general y piezas fabricadas.

Lo que los define es el porcentaje de carbono en el acero; 0,15 a 0,30 por ciento para acero “suave” con bajo contenido de carbono y 0,30 a 0,60 por ciento para acero con medio carbono. Según cnccookbook.com, los aceros dulces son comunes y tienen usos amplios debido a su buena maquinabilidad y soldabilidad combinadas con su bajo costo. La mayoría de los grados están disponibles conformados en frío o laminados en caliente. El acero dulce se utiliza para piezas que pueden endurecerse, pero cuya resistencia central no es crítica. Dado el coste favorable del material, los fabricantes suelen utilizarlo para piezas de gran volumen, como piezas de máquinas de tornillo, ejes, engranajes ligeramente sometidos a tensión y superficies, pasadores y cadenas resistentes. Otras aplicaciones incluyen piezas soldadas, cajas de cambios, transmisiones y piezas de ingeniería general.

Sin embargo, los aceros dulces presentan problemas al tornear, taladrar y fresar. Son materiales blandos y gomosos, que frecuentemente forman virutas largas y problemáticas. No sorprende que la pregunta más frecuente sobre el procesamiento de estos aceros sea cómo romper la viruta. Las respuestas se encuentran en el control de la viruta a través del avance, la profundidad de corte y la selección de la geometría de la plaquita.

El acero con contenido medio de carbono tiene una ductilidad y resistencia equilibradas, así como una buena resistencia al desgaste para piezas grandes, piezas forjadas y componentes automotrices. Los aceros con contenido medio de carbono son más resistentes y duros que los aceros con bajo contenido de carbono, pero son más difíciles de moldear, soldar y cortar.

En una discusión, Dave Zunis, director de ingeniería de aplicaciones y servicios, Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio; Craig Adorni, ingeniero de aplicaciones, Absolute Machine Tools; y Rich Ford, ingeniero senior de ventas/MTI de Kennametal Inc., Pittsburgh, describieron enfoques para seleccionar la herramienta de corte y los datos de corte adecuados para enfrentar los desafíos del mecanizado de acero con bajo contenido de carbono. La información sobre la herramienta de corte adecuada, la geometría de la plaquita, las velocidades de mecanizado y los avances para la aplicación se encuentran en línea en la Calculadora de ingeniería de Kennametal o en su base de datos de herramientas de corte patentada por NOVO.

Adorni señaló problemas obvios con la perforación de agujeros y la rotura de virutas. "Cuando estás perforando un agujero y las virutas comienzan a subir sobre la herramienta y el portaherramientas, no puedes tener esa bola de virutas en el camino, por lo que debes asegurarte de romper la viruta".

Según Zunis, hay un claro impacto en la automatización si los chips no se rompen. "Si el taladro o el macho de roscar deja un montón de virutas, pueden obstaculizar, digamos, que un robot agarre la pieza", dijo. “Las mejores aplicaciones de molienda producirán un chip que es como palomitas de maíz, como seis o nueve pequeños que realmente puedes sostener en la mano. Serán como pequeños chips como palomitas de maíz volando por todos lados; no están conectados entre sí y no actúan como una cuerda larga.

"Pero en el caso de los aceros con bajo contenido de carbono se puede terminar con una astilla que es como un nido de águila, que queda enrollada alrededor del taladro y lanzada por todas partes", continuó. Observó que, por lo general, una ráfaga de aire no puede apartar las astillas; es necesario romperlas. Esto se puede hacer aumentando las velocidades de avance o cambiando la geometría del inserto para que la viruta salga en una pequeña pieza "básicamente haciendo explotar las virutas", dijo.

Correr a una velocidad de avance más alta parece atractivo. "Pero los clientes a menudo tienen miedo de utilizar las máquinas más nuevas con la velocidad de avance adecuada porque son de la 'vieja escuela' y están acostumbrados a utilizar las máquinas demasiado lento, y esto normalmente genera virutas largas", dijo Adorni. “Pero si puedes aumentar esa velocidad de avance... tienes tendencia a romper el chip. Algunos maquinistas no tienen en cuenta la tecnología más nueva de CNC, insertos y herramientas, que están fabricados de manera que cuando se alcanza una determinada velocidad de avance para la que se diseñó o desarrolló la herramienta, se puede romper o romper el chip. Pero si no puedes llegar allí y no utilizas la geometría de la herramienta como se supone que debes hacerlo, obtendrás una viruta grande y larga, lo que causará problemas en el cambiador de herramientas”.

La nueva tecnología de herramientas de corte ofrece una mejor manera de abordar estas calidades de acero, según Sandvik Coromant, Fair Lawn, Nueva Jersey. Ha lanzado una nueva calidad de carburo: GC4415/GC4425 con un recubrimiento Inveo de segunda generación. La nueva calidad, disponible con insertos de bolsillo patentados y con forma ISO, es adecuada para tornear aceros de baja aleación y no aleados en producción en masa y por lotes.

“Las nuevas calidades son nuevas en todos los sentidos”, afirma Keith Brake, especialista en torneado de Sandvik Coromant. “Hemos mejorado el recubrimiento, el sustrato y nuestro proceso de postratamiento. Estas mejoras nos han brindado un proceso confiable y eficiente para aplicaciones de torneado de acero, ya que las calidades funcionan bien tanto en aplicaciones de desbaste como de acabado, mostrando un aumento de la vida útil de la herramienta del 25 por ciento. El nuevo sustrato también permite que GC4425 funcione bien en aplicaciones de corte interrumpido donde otras plaquitas P25 pueden tener dificultades. Todo esto se suma a un mejor rendimiento y vida útil de la herramienta para nuestros clientes”.

Según Brake, en todas las aplicaciones de mecanizado, tener un chip controlado es vital. Esto puede resultar especialmente difícil en materiales más blandos y gomosos como el acero dulce. “Un chip no controlado puede provocar fallos prematuros del inserto, piezas desechadas o, lo peor de todo, lesiones a los empleados. Sandvik Coromant tiene una variedad de geometrías de rotura de viruta, siendo la primera la que nos viene a la mente para este tipo de aplicación, la 'LC'. Este rompevirutas, combinado con datos de corte adecuados, puede producir resultados fantásticos.

"Para los clientes que buscan aumentar su productividad, también hemos lanzado las nuevas calidades de nuestra familia CoroTurn Prime", continuó. “PrimeTurning no es una tecnología nueva, pero hemos notado mejoras espectaculares en la vida útil de la herramienta y en la consistencia con las nuevas calidades de torneado de acero, en particular las plaquitas 4425 CoroTurn Prime 'B'. Las reducciones del ciclo de desbaste del 30 por ciento no son infrecuentes con CoroTurn Prime”. También dijo que CoroTurn Prime tiene la capacidad de crear radios y hombros cuadrados sin necesidad de herramientas secundarias.

Sandvik Coromant ha documentado casos de estudio para sus plaquitas GC4425/GC4415 “en muchas aplicaciones de torneado de acero en muchos materiales diferentes y la calidad acaba de publicarse”, afirmó Brake. “Los sectores de automoción y de ingeniería general pueden hacer un excelente uso de las nuevas calidades, pero estas calidades no se limitan sólo a esas áreas. Si está torneando acero, GC4415 y GC4425 le proporcionarán mejoras”.

Otro problema con la gomosidad del acero con bajo contenido de carbono es su tendencia a crear bordes acumulados (BUE) en las herramientas. Iscar USA, Arlington, Texas, utiliza varios enfoques diferentes para abordar este problema, según Randy Hudgins, gerente nacional de productos de torneado y roscado. El tratamiento de superficie Sumo Tec de Iscar suaviza la parte superior del inserto, permitiendo que el material se deslice a través del inserto más fácilmente, evitando BUE. Además, Iscar ha desarrollado recientemente una selección de nuevos formadores de viruta para el mecanizado de acero que van desde cortes pesados ​​hasta cortes de acabado.

"Una ayuda importante para nuestros clientes es la nomenclatura de nuestros formadores de virutas", afirmó Hudgins. “Permite a los usuarios finales identificar y seleccionar fácilmente el formador de chips adecuado. Por ejemplo, tomemos un formador de chip M3P de tablero. La primera letra M indica la aplicación del medio, el 3 indica la velocidad de avance medio estándar y la P al final designa el material (acero). Iscar llega hasta F1P, con F para acabado, 1 para velocidad de avance baja y, nuevamente, P para acero”.

El control de virutas es fundamental en industrias de producción de gran volumen, como la automoción, que utiliza acero con bajo contenido de carbono para piezas como ejes de transmisión, ejes de dirección y, bueno, ejes de todo tipo. ¿Por qué? La industria automotriz depende del uso de mucha robótica y no puede darse el lujo de detener la producción mientras se limpian los chips de las máquinas. Según Hudgins, esto es especialmente cierto cuando hay giros largos y continuos.

"Nos encontramos con una variedad de máquinas de producción para tornear piezas de acero con bajo contenido de carbono, incluidas máquinas de husillo múltiple, de doble husillo y multifunción, así como tornos automáticos CNC y de estilo suizo", dijo.

Como alternativa a los insertos de torneado ISO convencionales, Iscar presentó la línea de productos CXMG Logiq4Turn, que duplica los filos de corte en insertos de inclinación positiva destinados a aplicaciones de torneado generales. “Es una solución económica para torneado de 80° y proporciona insertos de cuatro filos positivos de doble cara que reemplazan fácilmente los insertos de dos filos positivos. La forma de cola de milano encaja en un diseño de bolsillo único, asegurando un mejor posicionamiento y estabilidad de la plaquita para garantizar una mayor vida útil de la herramienta”, dijo Hudgins. "Los soportes están disponibles con o sin canales de refrigerante a través de la herramienta".

Además, los nuevos insertos CXMG de doble cara funcionan de manera similar a los insertos positivos CCMT y pueden reemplazar los insertos CCMT estándar. En algunas aplicaciones, como ejes largos, la geometría positiva de CXMG alivia mucha presión y aún tiene resistencia, y debido a la geometría de cola de milano también puede reemplazar los insertos CNMG negativos estándar.

Cuando se trata de procesos de perforación como perforación y perforación, el acero con bajo contenido de carbono es un desafío debido a su gomosidad, coincidió Jack Burley, vicepresidente de ventas e ingeniería de BIG Kaiser Precision Tooling Inc., Hoffman Estates, Illinois. “Desde mi punto de vista, muchas empresas consideran que los aceros con bajo contenido de carbono son fáciles de mecanizar, basándose en el éxito que tienen con las herramientas para taladrar, normalmente las brocas y herramientas de mandrinado que nos compran. [Sin embargo,] la baja resistencia a la tracción del acero con bajo contenido de carbono requiere varios elementos en la geometría de la herramienta para tener éxito en la perforación y el mandrinado. Para la profundidad de perforación, realmente debería tener un refrigerante dirigido con precisión al corte con suficiente presión para romper las virutas”, dijo Burley.

Para la perforación de agujeros profundos, el refrigerante es especialmente importante, como en la perforación vertical de agujeros profundos, donde es imperativo evacuar las virutas. "Lo que quiero decir con perforación profunda es cuatro veces el diámetro del agujero", dijo Zunis de Absolute Machine Tools. “Por lo general, tres veces o menos se considera normal, pero si va a aumentar 4 veces, 5 veces o 6 veces el diámetro de la viruta, necesita sacar la viruta del agujero. Es ventajoso utilizar refrigerante a alta presión mientras perfora, pero sin suficiente velocidad de avance, ni siquiera el refrigerante le ayudará a romper la viruta. Los avances, la profundidad de corte y el uso de la plaquita y el portaherramientas adecuados son los principales catalizadores para romper la viruta”.

BIG Kaiser ofrece diferentes tipos de brocas, incluidas brocas de carburo, brocas de espada y brocas indexables, según Burley. “Sin embargo, en el caso de las brocas indexables, la cantidad de avance que se necesita para romper una viruta es tan grande que podría exceder la capacidad del equipo”, añadió.

Esto también se aplica a la perforación en soldaduras para equipos y estructuras de maquinaria agrícola y de construcción, donde comúnmente se usa acero con bajo contenido de carbono. "El metal no suele ser muy puro tal como sale de las fundiciones, por lo que se trata de muchas piezas del material que pueden ser difíciles de mecanizar", dijo Burley. “En estas áreas, es un problema doble porque cuando miras piezas fabricadas, estás haciendo agujeros en piezas de trabajo grandes y de paredes delgadas que no tienen mucha estructura detrás. A medida que comienzas a empujar la pieza soldada o el marco, cede un poco y retrocede y eso es bastante difícil para un taladro o una herramienta perforadora, especialmente al desbastar. Lo que hemos hecho a lo largo de los años es buscar diferentes formas de procesar este tipo de piezas y orificios, incluido el fresado circular para orificios especialmente grandes”.

Aburrido es una historia un poco diferente, según Burley. A medida que los agujeros se hacen más grandes para las piezas soldadas fabricadas, en lugar de usar un taladro, los talleres quemarán los agujeros y no tendrán que perforarlos, y en su lugar utilizarán un cortador doble para perforar el agujero usando inserciones cuadradas y agujeros gemelos con corte equilibrado. Los agujeros calcinables son duros para las herramientas y máquinas, pero con la herramienta adecuada, los avances y velocidades adecuados y la plaquita adecuada, los talleres pueden ser muy eficaces con la aplicación.

"El mandrinado fino plantea sus propios desafíos especiales", afirmó. “Cuando se obtiene una profundidad de corte inferior a 0,020" [0,508 mm], es casi imposible romper la viruta y comenzará a enrollarse alrededor de la herramienta como un cordón de zapato, causando muchos problemas con el acabado de la superficie y con La capacidad de la herramienta para perforar un agujero con precisión. A medida que intenta utilizar diferentes velocidades y avances y aplicar refrigerante, termina utilizando velocidades de avance más altas y mayores profundidades de corte, todas las cosas que se combinan para trabajar en contra de producir acabados superficiales más altos y tolerancias más estrictas”.

El año pasado, BIG Kaiser presentó lo que llama rompevirutas exclusivos para mandrinado fino de acero con bajo contenido de carbono. “Estos insertos están disponibles con nuestra geometría ELM con un radio de punta de hasta 0,008" [0,2032 mm]”, dijo Burley. “El rompevirutas se ha presionado en el inserto para que podamos enrollar firmemente el chip. Incluso con un DOC poco profundo, menos de 0,010" [0,254 mm], todavía podemos enrollar ese chip bastante bien, haciendo que sea menos difícil evacuar el chip del agujero”.

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