Las vibraciones suelen ser una parte inevitable del proceso de mecanizado. Son de naturaleza forzada o auto excitada y siempre acompañan a una acción de corte. Las vibraciones son inherentes a todo proceso en el que se forman virutas. Incluso si el mecanizado es estable es posible que se generen vibraciones. En este caso las vibraciones se mantienen dentro de los niveles que permiten obtener los resultados requeridos, y se considera como una operación “sin vibraciones”
Las vibraciones en el mecanizado son un factor negativo que reduce el rendimiento. Los fabricantes realizan grandes esfuerzos para minimizarlas hasta un nivel que no afecte al resultado del mecanizado. Se trata de un tema de investigación que ha llevado a los fabricantes a diseñar sistemas para controlar las vibraciones que, a pesar de su complejidad, pueden llegar a ser muy efectivos para reducirlas. Sin embargo, este control lleva tiempo y requiere la introducción de varios datos, incluyendo en ocasiones algunas medidas adicionales. En la mayoría de los casos, cuando los fabricantes se enfrentan a las vibraciones durante el mecanizado, sólo disponen de algunas herramientas como respuesta en tiempo real para reducir vibraciones. La práctica más común es variar la velocidad de corte y el avance, aunque esto suele reducir la productividad. Por tanto, cualquier método efectivo para reducir vibraciones que no afecte negativamente a la productividad será atractivo para fabricantes.
La reducción de vibraciones en mecanizado se debe considerar para la unidad de producción, que es el sistema formado por los siguientes elementos interrelacionados: máquina, pieza, sistema de fijación y herramienta de corte. Dado que la influencia de cada elemento en la vibración es diferente, la mejora de uno de ellos puede tener un impacto significativo en el comportamiento dinámico general del sistema. La mayor parte de los esfuerzos realizados en este sentido se centras en el desarrollo de máquinas más rígidas, con sensores inteligentes, controladas por ordenador y con dispositivos para amortiguar vibraciones. ¿Es posible que la herramienta de corte, el más pequeño y probablemente simple elemento del sistema, varíe espectacularmente la vibración de una unidad de producción? Aunque los fabricantes no confíen plenamente en ello, en ciertos casos, la selección de la herramienta óptima puede eliminar las vibraciones sin ningún efecto adverso sobre la producción.
Geometría de Corte
La geometría correcta de la herramienta permite un corte suave y estable, ya que tiene una fuerte influencia en la fluctuación de las fuerzas de corte, la evacuación de viruta y otros factores directamente relacionados con las vibraciones. Los ingenieros de diseño de ISCAR creen que la geometría puede amortiguar considerablemente la vibración de la herramienta y han desarrollado interesantes soluciones en base a ello.
ISCAR dispone de diferentes plaquitas y cabezas intercambiables y herramientas integrales con filos de corte fragmentadores de viruta, ya sean dentados o con ranuras. Esta acción divide una viruta grande en varios segmentos, dando como resultado un mejor comportamiento dinámico de la herramienta durante el mecanizado y la reducción de vibraciones. En mecanizado de desbaste las fresas multidiente arrancan una gran cantidad de material y pueden trabajar en condiciones pesadas, pero generan unas fuerzas de corte que actúan cíclicamente y ocasionan problemas de vibraciones. Para evitas estas dificultades se utilizan plaquitas con filos de corte fragmentadores de viruta. Las fresas con plaquitas redondas, realmente poderosas en el mecanizado de cavidades y cajeras, especialmente para moldes y matrices, suelen tener grandes voladizos que afectan a la rigidez y a la resistencia de la herramienta a las vibraciones. Los problemas de estabilidad surgen cuando el voladizo es mayor de tres veces el diámetro de la fresa. La utilización de plaquitas redondas con filos de corte dentados fragmentadores de viruta compensa esta situación, mejorando sustancialmente la robustez de la herramienta (Fig. 1)
La geometría correcta de la herramienta permite un corte suave y estable, ya que tiene una fuerte influencia en la fluctuación de las fuerzas de corte, la evacuación de viruta y otros factores directamente relacionados con las vibraciones. Los ingenieros de diseño de ISCAR creen que la geometría puede amortiguar considerablemente la vibración de la herramienta y han desarrollado interesantes soluciones en base a ello.
ISCAR dispone de diferentes plaquitas y cabezas intercambiables y herramientas integrales con filos de corte fragmentadores de viruta, ya sean dentados o con ranuras. Esta acción divide una viruta grande en varios segmentos, dando como resultado un mejor comportamiento dinámico de la herramienta durante el mecanizado y la reducción de vibraciones. En mecanizado de desbaste las fresas multidiente arrancan una gran cantidad de material y pueden trabajar en condiciones pesadas, pero generan unas fuerzas de corte que actúan cíclicamente y ocasionan problemas de vibraciones. Para evitas estas dificultades se utilizan plaquitas con filos de corte fragmentadores de viruta. Las fresas con plaquitas redondas, realmente poderosas en el mecanizado de cavidades y cajeras, especialmente para moldes y matrices, suelen tener grandes voladizos que afectan a la rigidez y a la resistencia de la herramienta a las vibraciones. Los problemas de estabilidad surgen cuando el voladizo es mayor de tres veces el diámetro de la fresa. La utilización de plaquitas redondas con filos de corte dentados fragmentadores de viruta compensa esta situación, mejorando sustancialmente la robustez de la herramienta (Fig. 1)
Las fresas de metal duro integral FINISHRED tienen geometría de corte fragmentadora de viruta junto con labios de paso variable (Fig. 2) y proporcionan el acabado superficial requerido.
Los principios de una geometría de corte a prueba de vibraciones, con efectividad demostrada en fresas de metal duro integral, se han aplicado al diseño de las cabezas de fresado multi labio MULTIMASTER, fabricadas en metal duro cementado.
Taladrado Sin Vibraciones
Las vibraciones en taladrado ocasionan problemas de precisión y de calidad superficial. En la familia SUMOCHAM de ISCAR de brocas con puntas intercambiables de metal duro, el diseño de doble gavilán de las puntas QCP/ICP-2M incrementa sustancialmente la estabilidad dinámica de la herramienta.
Si se producen vibraciones en la entrada de la broca en el material, pueden ocasionar serios daños e incluso la rotura de la broca. La familia SUMOCHAM-IQ de cabezas intercambiables de metal duro integral (Fig. 3), diseñadas para montar en los mangos SUMOCHAM estándar, garantizan un auto-centrado fiable. La clave es el inusual perfil cóncavo de la punta que recuerda a una pagoda. Esta original geometría de corte permite el taladrado de agujeros de excelente calidad con una profundidad de hasta doce veces el diámetro directamente, sin necesidad de agujero previo.
La "pagoda mágica" presenta otra innovación de ISCAR: la familia LOGIQ3CHAM de brocas de última generación con puntas de taladrar intercambiables de 3 dientes para garantizar la mayor productividad. Los cuerpos de acero tienen 3 labios helicoidales que debilitan la estructura del cuerpo en comparación con las brocas de 2 labios del mismo diámetro. Para mejorar la rigidez dinámica, el ángulo de la hélice es variable. Este diseño, junto con los filos de corte en forma de pagoda, es una excelente solución a prueba de vibraciones para un taladrado estable y de elevada eficiencia.
Material del Cuerpo de la Herramienta
Una herramienta de corte modular está formada por un cuerpo que monta los elementos de corte, ya sean plaquitas, cabezas o puntas. La selección del material del cuerpo es otro parámetro que influye en la formación de una estructura de herramienta sin vibraciones. Muchos cuerpos de herramientas se fabrican en aceros de la mejor calidad, para las cuales el comportamiento de tensión-deformación unitaria del material es similar. Sin embargo, en algunos casos los ingenieros de diseño de herramientas han identificado materiales alternativos con una mayor resistencia a las vibraciones.
La familia de herramientas rotativas con cabezas intercambiables MULTI-MASTER de ISCAR incluye una gama de cuerpos, a los que denominamos mangos, fabricados en acero, carburo de tungsteno o metal pesado. Los mangos de acero son los más versátiles. El carburo de tungsteno, con su elevado módulo de elasticidad longitudinal (módulo de Young) permite un diseño extremadamente rígido, por lo que estos mangos se utilizan principalmente en fresado con grandes voladizos y para ranuras interiores circulares. El metal pesado, una aleación con el 90% de tungsteno caracterizada por sus propiedades amortiguadoras de vibraciones, por lo que los mangos fabricados en metal pesado son excelentes para operaciones de ligeras a medias en condiciones inestables.
Herramientas Anti Vibratorias para Torneado Profundo
Una herramienta para operaciones de mandrinado está formada por una barra de mandrinar con una plaquita o con un cartucho con plaquitas. La barra es decisiva para el comportamiento dinámico de la herramienta. La rigidez de la barra depende de la relación entre el voladizo y el diámetro de la barra, un valor alto de esta relación puede causar la flexión de la herramienta y vibraciones que afectan a la precisión dimensional y al acabado superficial del mecanizado.
ISCAR ha desarrollado tres tipos de barras de mandrinar para cubrir un extenso abanico de aplicaciones de mandrinado: dos de ellas son de acero o metal duro integral y la tercera es modular, con un sistema de amortiguación de vibraciones incorporado.
Las barras de acero permiten un mecanizado estable con voladizos de hasta cuatro veces el diámetro. A partir de este valor es pueden producir vibraciones a causa de la elasticidad del acero. Si el material de la barra es metal duro, conseguiremos un mandrinado sin vibraciones con voladizos de hasta siete veces el diámetro. Sin embargo, la profundidad de mandrinado está limitada por el comportamiento ante la tensión-deformación. Para eliminar esta barrera, ISCAR ha desarrollado la familia ISOTURN-WHISPERLINE de barras cilíndricas anti-vibratorias. Estas barras montan cabezas de mandrinar con plaquitas intercambiables de diferentes geometrías y disponen de refrigeración interna. El elemento clave del diseño de estas barras es el dispositivo anti-vibratorio que incorporan y que permite un mandrinado eficaz para voladizos entre siete y catorce veces el diámetro. (Fig. 4)
Las herramientas ISCAR para tronzado y ranurado profundo también disponen de una unidad para la eliminación de vibraciones, situada en la lama por debajo del asiento de la plaquita. Cada lama está pre-calibrada por ISCAR para obtener un rendimiento óptimo para una amplia gama de voladizos, pero el usuario puede ajustar esta calibración si es necesario.
Los fabricantes de herramientas de corte cuentan con medios limitados para reducir las vibraciones durante el mecanizado, como la geometría de corte, el material del cuerpo y el dispositivo anti-vibratorio. Se requiere una habilidad e ingenio considerables para crear una herramienta sin vibraciones con estos recursos limitados, pero es posible, y las soluciones ofrecidas por ISCAR lo confirman.
