Torneado duro: opciones para la producción de autopartes

La fabricación en masa de piezas rotativas para la industria automotriz está acompañada de múltiples pasos en su cadena productiva en los que se hace necesario cumplir con requerimientos cada vez más estrictos de calidad y precio. Esto genera presión sobre los proveedores de autopartes para hacer cada vez más eficiente su proceso, en un mercado que se prepara para un aumento en la demanda mundial, tanto de partes para automóviles con motores de combustión, como de los nuevos desarrollos en trenes motrices basados en potencia eléctrica.

Las piezas automotrices requieren cada vez mejores acabados superficiales y tolerancias más ajustadas en materiales de mayor resistencia mecánica. Esto se suma a la tendencia general de los fabricantes a generar una mayor cantidad de modelos con una duración en el mercado más reducida, lo cual hace también que los procesos productivos deban volverse más flexibles para responder a cambios relativamente rápidos en la planeación productiva.

Un proceso interesante para responder a estos retos es el del torneado duro, debido a que en un solo centro de mecanizado se pueden hacer los trabajos para varias superficies funcionales de una pieza sin necesidad de cambiar su ajuste en el mandril. Es decir, se pueden lograr incluso mejores niveles de rectitud, paralelismo y concentricidad que en cadenas productivas donde la pieza tiene que llevarse de máquina en máquina.

El proceso de torneado duro, que generalmente se realiza al final de la cadena de manufactura para alcanzar las especificaciones finales, es más fácil de programar que el rectificado, sumando el hecho de que en un centro de mecanizado se pueden realizar tareas que normalmente requerirían varias máquinas distintas de este último proceso. Por ejemplo, reemplaza la necesidad de programar tareas de rectificado exterior, interior y de perfiles libres, ya que todas ellas se pueden realizar en un solo centro de mecanizado para torno. Incluso se pueden lograr trabajos de muy alta calidad en perfiles para roscas directamente en el material tratado térmicamente.

La reducción en tiempos de ciclo proveniente de todas estas ventajas se suma a la generada por el aumento en productividad que permiten los nuevos insertos de corte de CBN. Su mayor costo inicial se ve rápidamente amortizado por mejoras en la velocidad de remoción de material, reducción en el desgaste y aumento de la confiabilidad del proceso que conlleva tener filos de corte que mantienen la geometría dentro de las tolerancias deseadas.

Entre las ventajas del uso del torneado duro como reemplazo del rectificado están las siguientes:

• Es más fácil hacer cambios en el proceso en un torno CNC que en un proceso de rectificado cuando se requieren modificaciones de diseño en la pieza.
• La viruta que se desprende del proceso de torneado es más amigable con el ambiente, en comparación con la viruta mezclada con el lubricante que se genera durante el rectificado. Debido a que en su gran mayoría no se necesita líquido de refrigeración durante el torneado duro, los costos de desecho y reciclado se minimizan.
• Existe una reducción de consumo energético entre el torneado duro y el rectificado debido a la posibilidad de generar mayores tasas de remoción de material en menos pasos, con menores movimientos de masas grandes.
• Adicionalmente, los costos de una máquina de torneado son mucho menores que los de una máquina de rectificado.

Viabilidad

El torneado duro no es algo nuevo. Se reportan casos de éxito torneando materiales por encima de los 60 HRC desde hace más de 20 años; sin embargo, los fabricantes de insertos de corte continuamente suman mejoras a sus productos que empujan los límites conocidos para sus herramientas. Ha existido una tendencia generalizada que se centra en considerar que la gran dureza de los insertos de CBN los hace inviables para aplicaciones de corte interrumpido. Y es aquí donde existen los mayores avances hoy en día y se debe cambiar esta visión.

Cada vez se desarrollan mejores combinaciones de materiales con las cuales se mantiene una muy alta dureza del inserto, mientras se logran excelentes propiedades de tenacidad a la fractura y de resistencia térmica y química. Un ejemplo de esto lo muestran los insertos para torneado duro recién presentados por el fabricante de origen sueco Sandvik Coromant. Se trata de la serie CB7125 y CB7135 que permite aumentar la velocidad de mecanizado con profundidades de corte también más altas en corte interrumpido.

Cómo aplicar en torno-fresado

El torno-fresado puede ser un término ambiguo. Los centros de torneado con capacidades de herramientas rotativas algunas veces son llamados máquinas torno-fresa. Pero al mismo tiempo, hay una operación metalmecánica específica realizada en esas máquinas cuya denominación correcta debe ser torno-fresado, ya que implica cortar con una herramienta rotativa de fresar mientras la pieza también está rotando.

Por muchas razones un taller puede desear mecanizar de esta manera. Una es el control de virutas. Tratar con corte interrumpido es la otra. Por lo menos un proveedor de herramientas de corte -Sandvik Coromant- ha visto que el torno-fresado se utiliza ahora tan frecuentemente, que ha desarrollado herramientas de corte específicas para esta operación. El especialista de producto de Sandvik, Jim Grimes, quien suministró la información para este artículo, dice que con el uso cada vez más frecuente de sofisticados tornos multitarea, el torno-fresado ya no puede considerarse una manera inusual de cortar. En muchos casos, los usuarios actuales de máquinas torno-fresa podrían pensar en este estilo de corte cuando luchan con el torneado estándar.

Cuándo torno-fresar
He aquí algunos retos específicos que el torno-fresado puede afrontar:

Altas tasas de remoción de metal. Si una pieza torneada requiere que le sea removida una gran cantidad de material, el torno-fresado puede estar en capacidad de hacerlo más eficientemente.

Cortes interrumpidos. Las herramientas de tornear tienden a no trabajar bien en cortes interrumpidos, pero una herramienta de fresar puede hacerlo mucho mejor. Un corte de fresado es, por definición, un corte interrumpido. En la región de la pieza de trabajo donde el corte se interrumpe, puede tener sentido cambiar de torneado a torno-fresado.

Virutas largas. El ‘nido de pájaro’ producido por las virutas largas en algunos materiales no se formará si la pieza es torno-fresada en lugar de fresada. Una consecuencia inherente al corte interrumpido de fresado es que las virutas son partidas en pequeños pedazos.

Ejes flexibles. Cuando la pieza que se va a tornear es larga, esbelta y no tiene apoyos intermedios, el torno-fresado puede prevenir su flexión. Comparado con el torneado, el fresado puede remover material con menor presión de herramienta.

Vida de la herramienta. En metales duros de mecanizar, un solo inserto de tornear puede no estar en capacidad de proporcionar una vida de herramienta suficiente para terminar el corte. Una herramienta de fresar puede cortar más tiempo, porque tiene múltiples insertos sobre los cuales dividir la carga. Al realizar el corte completo, la herramienta de fresar elimina los riesgos involucrados en el cambio de herramientas en la mitad de la operación.

Diámetros excéntricos o formas desiguales. El movimiento radial (eje X) del cortador de fresado puede ser coordinado con la rotación de la pieza para mecanizar perfiles diferentes de círculos perfectos. La misma Sandvik utiliza esta técnica para desbastar la forma cónica de tres lóbulos de sus portaherramientas Capto. El mismo principio -la herramienta de fresar en movimiento hacia fuera y adentro mientras la pieza de trabajo gira- también puede ser utilizado para generar rasgos fuera de centro sin tener que cambiar el montaje. El pin descentrado de un cigüeñal puede ser un ejemplo de esto. (El video en línea asociado con este artículo -véase la caja ‘Aprenda más’ para encontrarlo- muestra este corte fuera de centro en acción).

Técnica de torno-fresado
El torno-fresado no es particularmente exigente para la máquina-herramienta pero, como mínimo, el proceso requiere el movimiento del eje Y.

La rotación de la pieza de trabajo proporciona el movimiento del eje C con el que se obtiene la velocidad de avance del cortador de fresado. En otras palabras, en lugar de sfm (pies cuadrados por minuto), la velocidad de rotación es escogida para unas ipm (pulgadas por minuto) particulares. Esto significa que la velocidad de la pieza de trabajo en torno-fresado es mucho más lenta que las típicas del torneado.

El movimiento del eje Y es necesario porque el cortador de fresado tiene que hacer la mayoría del corte fuera de centro. La herramienta no puede mecanizar la pieza al tamaño, si está centrada -cuando la línea central de la herramienta intersecta al eje de rotación de la pieza- porque entonces la herramienta cortaría con la mitad de su cara y no con sus bordes. Para asegurar que los bordes de corte hagan su trabajo correctamente, la línea central de la herramienta debe estar desfasada del eje de rotación de la pieza ź del diámetro del cortador.

Un problema al cortar de esta manera ocurre cuando la herramienta llega a un hombro o al lado de una ranura. La herramienta fuera de centro deja detrás de ella una esquina redondeada.

Aplicación torno-fresadora para la industria aeronáutica

La colaboración entre GP Meccanica (Castell’Alfero, Italia) y Fagor Automation se ha cristalizado en novedades en términos de desarrollo, investigación e innovación en el mundo de la máquina-herramienta multitarea dirigida a la industria de la aviación.

Gracias a la colaboración entre ambas empresas se ha realizado la máquina Premium 3000 Plus Five, que ha sido equipada con el CNC de Fagor 8065 así como de motores, encoders ópticos y reguladores, todos ellos de la marca Fagor. Esta es una máquina con columnas móviles de considerable tamaño: Tiene un recorrido de 3.400 mm para el eje X con doble motor (tandem), 1.000 mm para el eje Y y 1.000 mm para el eje Z.

Asímismo dispone de un doble cambiador de herramientas y dos almacenes de herramientas. Entre las funcionalidades del CNC 8065 cabe destacar que puede gestionar hasta 4 almacenes compartidos en la misma máquina y hasta 4 canales independientes para un máximo de 28 ejes. Además el CNC controla un cabezal inclinable (eje B) con un motor de cabezal de 16.000 rpm y una mesa giratoria (eje C) que permite realizar operaciones de torno en la misma máquina. El resultado es un CNC muy potente, de alto rendimiento que hace de este producto un producto realmente único en el mercado que permitirá a los usuarios de Paventa sacar el máximo rendimiento a sus máquinas.

Preparación de bordes para soldadura y taladrado para trabajos de caldedería

La máquina TRF incorpora dos cabezales independientes en eje Y para el biselado de los dos lados largos de las virolas troncocónicas simultáneamente, gracias a la tecnología DCI, desarrollada por Tecoi. Esta máquina puede hacer biseles complejos hasta 5 caras de forma simultánea.

Creada para satisfacer los requerimientos más exigentes, el modelo TRF ofrece numerosas prestaciones, tales como:

• Grandes dimensiones de chapa, hasta 4.200 milímetros en anchura y hasta 92 metros de longitud
• Grandes espesores de chapa, desde 12 hasta 140 milímetros de una sola pasada
• Máxima velocidad de mecanizado, hasta 1.200 mm/min gracias a las herramientas Tecoi de última generación
• Gran consistencia estructural. Peso de la máquina en torno a las 125 toneladas
• Opción de corte térmico auxiliar
• Biselado contínuo en una sola operación sin necesidad de operaciones posteriores de limpieza
• Gran rendimiento gracias a su sistema de doble canal y dos cabezales

Puede trabajar grandes espesores de chapa, desde 12 hasta 140 mm de una sola pasada.
Apoyado por sus distribuidores, a los cuales agradece su dedicación y colaboración, ha obtenido unos resultados satisfactorios en cuanto al número de visitas y a proyectos cerrados con un strand siempre muy concurrido. Asimismo, desde Tecoi agradecen a todos los visitantes a su stand el interés mostrado en los productos y servicios.

Tecoi dedica esfuerzos y recursos para ofrecer una gran variedad de productos y servicios eficientes líderes en innovación ajustándose a la normativa internacional de garantía y seguridad. Presente en los cinco continentes a través de una cualificada y extensa red técnica y comercial, la empresa garantiza un servicio postventa rápido y experimentado y asistencia técnica permanente y personalizada.