Selección y Consejos sobre Insertos Intercambiables Para Torneado

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1 42 HERRAMIENTA Foto: elección y Consejos sobre Insertos Intercambiables Para Torneado PARTE I Camilo Marín Villar Coordinador Metal Actual La industria mundial consumió más de millones de plaquitas en En el mecanizado con herramientas de metal duro intercambiables, también llamadas insertos, los factores como la calidad del material base, geometría, forma y tipo de rompeviruta, juegan un papel muy importante. u adecuada selección permite ahorrar tiempo y dinero de manera significativa. La producción de piezas por arranque de viruta en Colombia se encuentra en una etapa de transición y cambio hacia el mecanizado CNC. Cada vez es más común el uso de insertos intercambiables para procesos de torneado y fresado; y, gradualmente, también para aplicaciones de ranurado y roscado. egún comenta Oscar Manrique, gerente técnico nacional de la firma Herratec.A: hace tan sólo una década la industria metalmecánica nacional, en su mayoría, mecanizaba con buriles de acero, con punta soldada de tungsteno, en los que, cada operario, según su experiencia y destreza, debe afilar el ángulo de ataque, e incluso, tallar una especie de cuchara en la cara superior que hace las veces de rompeviruta.

2 HERRAMIENTA 43 Con la entrada de los equipos de control numérico, el aumento de fabricantes y proveedores de herramientas en el mercado local, y el crecimiento de la formación en nuevas tecnologías de maquinado, los insertos simplemente se han puesto de moda. Hoy, los operarios, jefes de taller y empresarios, son conscientes de las ventajas de utilizar insertos: eficiencia, repetibilidad, precisión dimensional y mejores acabados. A lo cual vale añadir el ahorro en costos de maquinado, gracias a que, a diferencia de la década pasada, el mercado actualmente ofrece pastillas tan asequibles como los tradicionales buriles y con mejores prestaciones. El auge de los insertos ante todo es positivo; no obstante, implica grandes retos como la apertura de caminos para que esta tecnología sea de dominio público. El cambio requiere que los usuarios reciban una fuerte dosis de capacitación y conocimiento, con el fin de aprovechar eficazmente las nuevas herramientas y mejorar los procesos. Aunque, los fabricantes, proveedores y los centros de formación hacen continuos esfuerzos para capacitar la industria en el manejo de los insertos intercambiables, aún existe una fuerte desinformación en esta área. Al respecto, Manrique asegura que una constante del taller nacional, al momento de seleccionar plaquitas de corte, es sobrevalorar el recubrimiento que trae el inserto; ya que, si bien es cierto, éste influye en el rendimiento de la herramienta, no es el único elemento que se debería considerar. Es tal la desinformación que incluso, hay operarios que sustentan la elección con base en los colores de las herramientas (doradas o negras), lo cual no es un indicador confiable, pues existen docenas de plaquitas con igual tonalidad cromática y tipo de recubrimiento, pero con amplias diferencias en sus características y propiedades, añadió el ingeniero. Además del recubrimiento, es fundamental analizar los factores externos a la herramienta (material y diseño de la pieza de trabajo, tolerancias, máquina, sistema de sujeción y presupuesto), para finalmente, con base en dichos aspectos, elegir la herramienta correcta, según la forma, tamaño, ángulo, radio, tipo de rompeviruta y calidad del material de la misma, además del tipo de portaherramienta. Hasta los operarios más experimentados omiten alguno o, incluso, varios de estos ítems en la selección de los insertos, lo cual termina por afectar el control de las virutas, aumentar los ciclos de corte y desmejorar el acabado superficial de la pieza. En ocasiones, el taller aprende a convivir con esos problemas; el operario compensa los efectos de una elección incorrecta, modificando los datos de corte, con pasadas adicionales o recorridos diferentes, sin percatarse de que la solución es sencilla y, sobre todo, económica: hay que utilizar el inserto adecuado para cada requerimiento. El presente artículo es el primero de dos publicaciones, que tienen como propósito describir y mostrar los criterios que deben considerarse a la hora de seleccionar un inserto para torneado, ya que este es quizás el proceso de mecanizado más común en la metalmecánica; se estima que el 60% de las piezas metálicas producidas en la actualidad requiere del torneado. La Clave, aber Elegir El desafío se presenta una vez el taller quiere definir el juego de herramientas que más le conviene, ya que en el mercado existe un vasto universo de insertos intercambiables. Actualmente, hay insertos para todas las aplicaciones y necesidades, de allí que, muchas veces, los usuarios se confundan y sea necesario consultar diferentes manuales, para tener una visión completa en la selección del inserto correcto. El ingeniero mecánico, Marco Antonio Velasco Peña, docente de la Universidad anto Tomas de Colombia, recomienda, además de asesorarse con los proveedores de herramienta, conocer y poner en práctica un método técnico con el fin de lograr una elección correcta. Los pasos de este método se describen a continuación: Inicio Clasificar el material a mecanizar según su grupo IO eleccionar la geometría del inserto de acuerdo a la operación eleccionar la geometría del rompevirutas eleccionar el grado de acuerdo al material a mecanizar y las condiciones de corte eleccionar el portaherramientas Fin El primer paso para una adecuada selección es conocer la composición básica del material a trabajar, su grado de durezas y maquinabilidad. Las variables más importantes que describen la maquinabilidad de un material son: composición, tratamiento térmico y microestructura. Además, las propiedades mecánicas como la dureza, resistencia a la tensión y ductilidad dan indicaciones de las características de maquinado que deben esperarse. Todas estas propiedades afectan el comportamiento de la herramienta, en especial su desgaste.

3 44 HERRAMIENTA Conviene tener en cuenta la norma IO 513:2004, que clasifica los diferentes tipos de metal duro de los insertos en seis grupos, según la aplicación y maquinabilidad del material a cortar. Cada grupo se designa con una letra y un color distintivo: P azul; M amarillo; K rojo; N verde; café, y H gris. A continuación la descripción: Insertos para aceros al carbono. (P - azul): El acero es el grupo de materiales más grande del área de mecanizado, abarca materiales no aleados y de alta aleación, e incluye acero fundido y aceros inoxidables ferrítico y martensítico. on materiales que generan viruta larga y su maquinabilidad suele ser buena, pero puede ser muy distinta según la dureza y contenido de carbono del material. Insertos para aceros inoxidables. (M - amarillo): Los aceros inoxidables son materiales aleados con un mínimo de 12% de cromo; otras aleaciones pueden incluir níquel y molibdeno. Los distintos estados, como ferrítico, martensítico, austenítico y austenítico-ferrítico (dúplex), crean una amplia gama. Un factor común de todos estos tipos es que los filos quedan expuestos a gran cantidad de calor, desgaste en entalladura y filo de aportación. Insertos para fundición. (K - rojo): La fundición es, al contrario que el acero, un tipo de material que produce viruta corta. La fundición gris (GCI) y la fundición maleable (MCI) La organización IO, un establecimiento abocado a la normalización y estandarizaciones industriales con sede en Ginebra, uiza, eligió su nombre del griego antiguo ισος (isos), que significa IGUAL. Un término apropiado, ya que la idea de las normalizaciones entre distintos países es exactamente buscar la igualdad entre normas y limitaciones. Esto permite utilizar herramientas y portaherramientas de diferentes proveedores y elegir aquellas que brinden mejores resultados. son muy fáciles de mecanizar, mientras que la fundición nodular (NCI), la fundición compactada (CGI) y la fundición austemperizada (ADI) presentan más dificultades. Todas las fundiciones contienen carburo de silicio (ic), que resulta muy abrasivo para el filo de los insertos. Insertos para no ferrosos (N - verde): Los metales no férreos son más blandos, como aluminio, cobre, latón, etc. El aluminio con un contenido de i del 13% es muy abrasivo. Por regla general, se puede obtener alta velocidad de corte y prolongada vida útil de la herramienta con plaquitas de filos agudos. Insertos para superaleaciones termorresistentes ( - café): Este tipo de superaleaciones incluyen un gran número de materiales de alta aleación con base de hierro, níquel, cobalto y titanio. on pastosos, crean filo de aportación, se endurecen durante el mecanizado (endurecimiento mecánico) y generan calor. on similares a los del área IO M pero mucho más difíciles de mecanizar y acortan la vida útil de la herramienta y del filo de la plaquita. Insertos para materiales endurecidos (H - gris): Este grupo incluye aceros templados con una dureza entre HRc y también la fundición en coquilla de alrededor de HB. Esta dureza hace que todos ellos sean difíciles de mecanizar. Estos materiales generan bastante calor durante el mecanizado y resultan muy abrasivos para el filo. Además del código básico de los grupos de materiales IO, la herramienta se clasifica también según su tendencia a ser tenaz o dura, con un número de 1 a 50, para el grupo azul; de 1 a 40 para los grupos amarillo, rojo, verde y café, y para el gris del 1 al 30. A medida que se utilizan herramientas más duras se pierde tenacidad, es decir, hay menor resistencia a los impactos y riesgo de fractura. Es muy importante manejar la relación entre tenacidad y dureza, pues el inserto adecuado debe tener un buen balance entre ambas propiedades. Por ejemplo, el numero 01 representa una elevada dureza y baja tenacidad, mientras el 50 corresponde a una herramienta con elevada tenacidad y baja dureza. En cualquier caso, se prefiere una herramienta grado 01 cuando las condiciones de torneado son muy estables, con baja tendencia a la vibración y al golpe, para prolongar la vida de la herramienta; mientras una de grado 50 puede ser más útil si el inserto tiende a quebrarse o desportillarse. Algunos fabricantes incluyen su propia nomenclatura para identificar las herramientas, pero siempre ubican los dos números IO de la norma, que muestran la relación entre tenacidad y dureza, al final del código del propio, en las cajas, empaques, catálogos y folletos promocionales de los insertos. Para obtener condiciones de corte ideales (tiempos de mecanizado cortos, amplia vida útil de la herramienta y buen acabado) lo recomendable es no dejar nada al azar, conocer el proceso, el material a mecanizar, su dureza y la capacidad de la máquina.

4 HERRAMIENTA 45 Fuente: andvik Coromant R + V + C W T D 90º 80º 80º 60º º + - A P 35º Forma y Radio de Nariz Bajo la norma 1832:1991, la IO codificó los parámetros que deben cumplir los insertos de metal duro a nivel mundial según su geometría. Dicha norma incluye insertos en diferentes formas y tamaños, los cuales deben elegirse según el tipo de trabajo a realizar. Las plaquitas más comunes son: cuadrada, triangular, rómbica, redonda y la llamada trigonal; así mismo, hay plaquitas especiales para ranurar y roscar. La figura muestra las formas de inserto más comunes, desde el circular hasta el inserto de punta de 35. La escala en la parte superior indica que, en relación con la resistencia del filo (), cuanto mayor sea el ángulo en la punta de la izquierda será mayor la resistencia, mientras que en relación con la versatilidad y la accesibilidad (A) los insertos de la derecha son mejores. En la escala 2 se muestra que hacia la izquierda los torneados tienen mayor tendencia a la vibración mientras que a la derecha tienen menor consumo de potencia. El ingeniero Velasco Peña, explica que la forma del inserto debe seleccionarse con relación al ángulo entrante necesario y la accesibilidad de la herramienta para hacer una operación en particular. La forma del inserto y la orientación del filo variarán según se desee hacer una operación de refrentado, cilindrado, perfilado, roscado o ranurado, entre otras. e debe tratar de seleccionar

5 46 HERRAMIENTA Fuente: andvik Coromant. el máximo ángulo en la punta del inserto, para obtener resistencia y economía, pero de existir tendencia a las vibraciones en el corte debe considerarse que prima la estabilidad contra la resistencia y se deben usar menores ángulos en la punta. Aunque la norma 1832 solamente cobija las herramientas de metal duro, estos parámetros sirven de referencia, de manera orientativa, también para las plaquitas de cermet, cerámica, diamante policristalino y CBN 1. Con el fin de guiar al operario, la norma IO 1832 clasifica los insertos bajo un código de símbolos alfanuméricos (nueve caracteres: seis letras y tres números), que representa las características principales de la herramienta, según su geometría (forma de la cara superior de la plaquita); ángulos de corte; radio de la punta; tipo de rompeviruta; sistema de sujeción y sentido del corte. Los símbolos de la primera a la séptima posición, se utilizan en todas las designaciones, mientras las posiciones octava y novena, son opcionales; en todo caso, el código conserva un estricto orden. Algunos fabricantes añaden una décima posición con carácter propio para una mejor descripción y personalización de su producto (por ejemplo, los rompevirutas exclusivos). En este caso, el símbolo ha de estar separado de la designación normalizada por un guion. (Ver tabla: Código IO para insertos intercambiables). Las herramientas más robustas se utilizan para maquinado exterior e interior, por su parte, las plaquitas delgadas; por ejemplo, una herramienta romboidal con un ángulo de la punta menor a 30, se usan para maquinar piezas pequeñas, largas y delgadas, además cavidades estrechas y dar acabados finos. (Ver gráfico: Forma sugerida de la plaquita según la operación). El radio de nariz es un factor geométrico del filo de la herramienta que influye de manera considerable en la resistencia en operaciones de desbaste y la rugosidad en operaciones de acabado. A mayor radio de nariz mayor resistencia y mejor acabado. in embargo, un mayor radio de nariz también aumenta la tendencia a la vibración. Como regla empírica el avance para operaciones de desbaste puede fijarse como un 50% de la medida del radio de nariz. En general, para desbaste debe seleccionarse el máximo radio de nariz posible, con el fin de obtener el filo más fuerte posible. Un radio más grande permite avances más altos, aunque puede generar tendencia a la vibración. Usualmente, un inserto puede tener varios radios de nariz opcionales, que pueden variar de manera considerable, las alternativas grandes son para operaciones de desbaste y van de 1.2 a 1.6 mm. Cuando se establece la velocidad de avance para operaciones de desbaste, es esencial no exceder los niveles máximos con relación al radio de nariz. (Ver tabla 1). Tabla 1. Radio de la nariz (mm) Valores recomendados de avance Rango de avance recomendado (mm/rev) Los avances más altos del intervalo recomendado para el inserto se aplican a insertos con filos cortantes más fuertes, por lo menos a un ángulo de punta de 60º, de un solo lado, empleado con un ángulo de entrada menor de 90 y en materiales de buena maquinabilidad.

6 HERRAMIENTA 47 1ª Forma del Inserto 2ª Ángulo de alivio fronal o ángulo de incidencia Código IO para insertos intercambiables 3ª Tolerancia en las dimensiones A 4ª istema de sujeción u rompeviruta R N in rompevirutas con taladro T C E D V W 80 / B C P d 1 m ÍMBOLO m s d E ± 0,025 ± 0,025 ± 0,025 G ± 0,025 ± 0,025 M De ±0,08 a ±0,18 (1) De ±0,05 a (1) U De a ± 0,38 (1) De a ± 0,25 (1) Ø Tolerancia en mm Con m Con d 1 Círculo int d 1 Clase M Clase U Clase M Clase U 6,35 9,52 12,70 15,87 19,05 25,40 ± 0,15 ± 0,15 ± 0,18 ±0,20 ± 0,27 ± 0,27 ± 0, 38 ± 0,05 ± 0,05 ± 0,10 ± 0,10 ± 0,18 ± 0,18 ± 0,25 d 1 m s M G R B T,H P Z,X Rompevirutas unilateral con taladro Rompevirutas unilateral, con taladro Rompevirutas unilateral sin taladro in rompevirutas con taladro avellanado unilateral Rompevirutas unilateral con taladro avellanado Neg/Pos., unilateral o bilateral, con taladro Ejecucion especial 5ª Longitud de borde del filo 6ª Espesor 7ª Tamaño de radio 8ª Condiciones del filo 9ª entido del corte 10ª Designación del rompe virutas (opcional) I I I d 1 Letra característica (I) mm C D R T V W 3, , , , , , ,00 12, , T3 15, , , , , , I I 1,59 mm 2,38 mm 3,18 mm 3,97 mm 4,76 mm 6,35 mm 7,94 mm r 0,2 mm 0,4 mm 0,8 mm 1,2 mm 1,6 mm 2,0 mm 2,4 mm F E T Vivo Redondeado Biselado (negativo) Biselado + redondeado R L N Derecha Izquierda Derecha e izquierda R. Desbastado M. Mecanizado medio F. Acabado - R1 -F1 -R2 -F2 -M1 -F3 -M2 -F4 -M3 -F5 -F6 -F8 Fuente: International Organization For tandarization

7 48 HERRAMIENTA Forma sugerida de la plaquita según la aplicación Fuente: andvik Coromant. Los insertos de 80º rómbicos son ideales para desbaste y terminación de diámetros interiores y exteriores. Para el copiado, son utilizados insertos rómbicos de 55º o 35º. Aunque tengan menor fuerza en el filo, son ideales para una amplia variedad de operaciones dependiendo de la geometría de la pieza. Formas Especiales Un avance importante, entorno a la geometría de los insertos, lo constituye el sistema de insertos Wiper, que nació hace pocos años, y hoy lo ofrecen la gran mayoría de los fabricantes de herramientas de corte, como una alternativa válida para mecanizados de acabado. Los insertos Wiper, logran combinaciones de avances elevados y acabado de superficie mejorado, al permitir que se duplique el régimen de avance, así mismo pueden reducir Fuente: andvik Coromant. los tiempos de mecanizado a la mitad y mejorar tanto el acabado de superficie como el control de virutas. Básicamente, es un inserto que tiene un filo corto y plano, localizado en la parte recta del filo donde inicia el radio. El sistema Wiper permite obtener, con radios convencionales (0,4-0,8 mm), mejores terminaciones usando un mismo avance, o lograr el mismo acabado superficial, aplicando el doble avance (f= 2 avances) pero reduciendo el tiempo de la operación a la mitad. Con ambas variantes, avance simple o doble avance se logran mejoras sustanciales. Los insertos con sistema Wiper bien utilizados, permiten suprimir los rectificados simples, agregando una última pasada de terminación en un torno tanto CNC como convencional. in embargo, esta tecnología no es recomendable en todas las operaciones de mecanizado. No es conveniente en trabajos con mucho voladizo y wiper r iso r wiper R max R max deficiente sujeción, ya que se generaría una importante vibración, lo que significa mal acabado superficial y la casi segura rotura de plaquita. Los lectores de Metal Actual y usuarios de herramientas de corte, podrán encontrar en la siguiente edición de la revista, la continuación de este tema. La selección de los insertos según las condiciones del mecanizado, el ángulo de corte, geometría del rompevirutas y el tipo de portaherramienta. Citas 1) Para mayor información sobre los insertos de diamante policristalino (PCD) y de nitruro de boro cúbico, consulte el artículo: Herramientas de Diamante y CBN, las más Duras de la Industria. Publicado en la edición número 25 de Metal Actual. Agosto octubre de Páginas 54 a la 59. Asesoría Técnica Marco Antonio Velasco Peña. Ingeniero mecánico. Máster en Materiales y procesos de Manufactura. Docente, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad anto Tomás. Oscar Andrés Manrique Pardo. Ingeniero. Gerente Técnico Nacional de Herratec.A. Fuentes CORREA. Julio Alberto. Tecnologías de las herramientas de corte. files.wordpress.com/2007/09/tecnologia-decorte_parte-1.pdf consultado el 3 de abril de www. sandvik.coromant.com/es - com/es com - com com -

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