Una viruta como sacada de un libro ilustrado

Los nuevos materiales, la tendencia a la miniaturización, la presión de la competencia, la digitalización y unas prácticas empresariales más sostenibles son solo algunos de los retos a los que deben enfrentarse las empresas de fabricación. Esto también es aplicable al inicio de la cadena de valor, en el que se suele encontrar un método de mecanizado de metales. No es raro que los especialistas en herramientas sean los primeros en recibir solicitudes para optimizar procesos de mecanizado complejos y problemáticos. El desgaste de las herramientas, los tiempos de mecanizado y los costes son algunos de los problemas más comunes a los que se enfrentan los profesionales del mecanizado.

Un recorrido por las innovaciones de los expositores de AMB, que presentarán sus novedades del 10 al 14 de septiembre de 2024 en los pabellones de Messe Stuttgart, ocupados al completo, muestra cómo los fabricantes de herramientas modernas afrontan estos diversos retos. Trabajando en colaboración con constructores de máquinas y usuarios, encuentran respuestas para producir de forma más eficaz y precisa incluso moldes complejos, materiales difíciles o grandes cantidades.

Materiales de corte y revestimientos

El desarrollo de nuevos materiales de corte y revestimientos es un área clave en el perfeccionamiento de las herramientas de precisión. Los revestimientos de metal duro, cerámica y diamante reducen el desgaste y prolongan la vida útil de la herramienta. Al final, suelen ser los que garantizan un trabajo ininterrumpido.

Iscar ha añadido otro elemento que repercute positivamente en la productividad: se han integrado canales internos de refrigerante en las brocas planas de metal duro macizo de 3 filos para mejorar el rendimiento del mecanizado. Las tres boquillas de refrigerante prolongan la vida útil del filo de corte y mejoran el arranque de virutas. La línea de brocas planas de Iscar es, según los datos de la propia empresa, la primera del mercado en mecanizar orificios de fondo plano. Los tres filos de corte de la broca mejoran la calidad de los orificios, especialmente cuando se producen condiciones de corte interrumpido. Entre ellas, por ejemplo, orificios que se cruzan o superficies inclinadas.

La geometría de las brocas permite una alta productividad, especialmente en el mecanizado de acero y materiales de fundición. Los diámetros de esta serie van de 4 a 12 mm con incrementos de 0,1 mm y una relación longitud/diámetro de 3xD y 5xD. La punta pequeña mejora la penetración y la precisión del agujero de mecanizado y los filos ondulados y la forma especial del rebaje garantizan un buen control de la viruta en la mayoría de los materiales. Los rascadores estrechos reducen la fricción y garantizan una calidad óptima de la superficie. Además, las estrías altamente pulidas eliminan las virutas limpiamente y el diámetro optimizado del núcleo aumenta la rigidez de la herramienta.

Materiales compuestos y nuevos

Los materiales compuestos, como la fibra de carbono o las aleaciones de titanio, también requieren herramientas especiales que puedan soportar cargas extremas. A medida que aumenta la demanda de estos materiales más ligeros pero robustos, también lo hace la necesidad de herramientas capaces de mecanizarlos. Por ello, la investigación y el desarrollo de muchas empresas se centran en la fabricación de este tipo de herramientas, con especial atención a sus revestimientos.

El fabricante Mapal, de Aalen, también sigue desarrollando sus tecnologías de superficies. Los revestimientos de diamante, extremadamente duros y resistentes al desgaste, mecanizan materiales como CFRP, cerámica, grafito y compuestos de aluminio. Especialmente en las industrias automovilística y aeronáutica, en la fabricación de matrices y moldes y en la tecnología médica, los usuarios exigen una larga vida útil y seguridad.

En el centro de competencia de Aalen para tecnologías de revestimiento se preparan para su uso posterior placas de corte reversibles y herramientas de metal duro macizo mediante procesos de PVD o CVD. Para el mecanizado en seco y a altas velocidades de corte, los expertos suelen recomendar CVD. En la deposición química de vapor (Chemical Vapour Deposition) los compuestos se aplican a temperaturas de hasta algo más de 1000 °C. Si se prevén situaciones de mecanizado inestables o condiciones de mecanizado difíciles, se utilizan los revestimientos PVD más resistentes. La deposición física de vapor combina materiales duros metálicos, como el nitruro de titanio o el nitruro de aluminio y titanio, con cuerpos base de metal duro. Si los procesos de desgaste adhesivos desempeñan un papel importante, a menudo se opta por revestimientos de carbono tipo diamante (DLC). También se depositan mediante PVD o un proceso de CVD asistido por plasma.

Para el revestimiento de sus herramientas, Mapal se limita actualmente a la gama comprendida entre 3 y 15 µm, en función de la aplicación respectiva. El proceso HF-CVD optimizado crea revestimientos con un grosor casi homogéneo. Un objetivo permanece invariable: en la respectiva aplicación de mecanizado debe aprovecharse de forma segura toda la longitud del filo de corte, independientemente de la profundidad de corte.

Un ejemplo es la fresa de metal duro macizo OptiMill Composite Speed Plus para materiales CFRP. En este caso, es el revestimiento homogéneo de diamante CVD el que garantiza una larga vida útil de la herramienta y una gran seguridad: «En los últimos años, hemos estado trabajando intensamente en la mejora del proceso de revestimiento de diamante y en la apertura de nuevas posibilidades en la fabricación de herramientas», afirma el Dr. Martin Kommer, Jefe de Equipo de I+D de Material de Corte / Revestimiento en Mapal. Esto significa que el fabricante de herramientas tiene un control total sobre el diseño de la herramienta, desde la geometría correcta y la selección de un metal duro adecuado hasta el revestimiento.

Las roturas y protuberancias de fibras, así como las antiestéticas rebabas, son también un problema para muchos clientes de Emuge Franken. Los materiales compuestos se utilizan en sectores muy diversos, como la industria aeroespacial, la automoción, el sector energético y los sectores deportivo y médico. La empresa ha desarrollado sus herramientas de fresado con corte de fibra en respuesta a una amplia variedad de problemas de mecanizado en estas industrias.

Estas herramientas permiten la mecanización de plásticos reforzados con fibra, como CFRP, GFRP y AFRP. Las fresas con revestimiento de ZR con diámetros de 4,0 a 20 mm están disponibles para aplicaciones de desbaste en CFRP y GFRP. Las fresas con revestimiento de diamante ZR desbastan y terminan sin astillarse. El dentado especial garantiza un corte limpio de las fibras, un gran volumen de virutas y una óptima evacuación de las mismas. Las fresas con diámetros de 1,0 a 3,0 mm con revestimiento de diamante ZR son adecuadas para el micromecanizado. Para taladrar y fresar en plásticos reforzados con fibra de aramida, se dispone de fresas con corte de cizalla contrarrotativo (de 5,0 a 12 mm).

Nanotecnología y herramientas microestructuradas

Otra tendencia se refiere al tamaño de los componentes a fabricar. Son cada vez más pequeños.  Esto significa que las formas y geometrías necesarias también se encogen. La miniaturización de componentes requiere herramientas cada vez más precisas y de dimensiones más pequeñas. Las transiciones son fluidas entre la micro y la nanotecnología. Las herramientas con estructuras microscópicas son especialmente demandadas en electrónica y tecnología médica.

En Paul Horn, por ejemplo, es importante dominar los procesos en su totalidad en el micromecanizado. Con diámetros exteriores de 0,1 mm, rebajes de 0,5 mm y velocidades de avance de 5 µm, es posible hacerse una idea de la precisión con la que deben armonizarse todos los elementos de una operación de mecanizado. Las profundidades de corte muy bajas requieren filos de corte muy afilados para mantener la presión de corte lo más baja posible. Sin embargo, los filos de corte afilados aumentan el riesgo de microastillamiento. Incluso una pequeña viruta de unas pocas µm en el filo de corte tiene un efecto negativo en la superficie mecanizada de la pieza. La calidad de la superficie de la viruta también desempeña un papel importante. Para contrarrestar los filos acumulados, en Paul Horn la superficie de la viruta se esmerila o pule muy finamente antes de su uso.

Horn ha desarrollado el sistema µ-Finish de micromecanizado para que los usuarios puedan fabricar tornillos para audífonos, contrapesos de equilibrado para relojería o micropiezas torneadas para ensamblajes médicos. Se obtienen así precisiones de cambio de +/- 0,0025 mm para el giro de la placa de corte reversible. Esto permite al usuario girar la placa de corte sin tener que reajustar la altura central.

Otro ejemplo de la tendencia hacia componentes cada vez más pequeños es LMT Tools en Schwarzenbek: durante el desarrollo de las microfresas, la atención no solo se centró en la calidad deseada del componente, sino también en la productividad y la seguridad. Para el mecanizado de fresado de alta precisión con diámetros de herramienta pequeños, LMT ofrece varias microfresas con un rango de tolerancia de hasta 0,007 mm. Los vástagos de precisión de 3, 4 y 6 mm con tolerancia h5 y una gama de diámetros de 0,3 a 3,0 mm están disponibles en dos variantes de geometría: una versión tórica con frente recto para contornos precisos y una versión con cabezal esférico. Esta última permite una mayor flexibilidad a la hora de procesar formas 3D complejas. La forma esférica de la fresa permite procesar con precisión curvas y superficies irregulares.

Uno de los principales ámbitos de aplicación es el mecanizado en duro en la fabricación de moldes y matrices, ya se trate de superficies complejas de moldes en 3D, cavidades profundas, taladros, rebajes o estructuras de nervaduras. LMT Tools contrarresta las elevadas cargas termomecánicas colectivas con sistemas de sustrato-capa resistentes a las altas temperaturas y al desgaste. Esto confiere a las herramientas su resistencia a la oxidación y a la difusión, así como su dureza en caliente.

«Con el microprograma complementamos nuestra amplia selección de soluciones de herramientas en el área de vástagos y placas reversibles relacionados con la fabricación de matrices y moldes, en particular en la producción de moldes de inyección. Esto nos permite prestar un servicio completo en todas las áreas, desde el punzonado y el prensado hasta las matrices de forja, los moldes de plástico y fundición a presión, las superficies de forma libre, la producción de electrodos y la fabricación de moldes», subraya el Dr. Sascha Beblein, responsable de I+D de herramientas rotativas en LMT Tools.

Diámetros mínimos sin pilotaje

Ceratizit también ofrece brocas para diámetros pequeños y muy profundos. Las brocas WTX perforan hasta 30xD con gran precisión de posicionamiento. La versión 5xD está diseñada como broca piloto para brocas de microperforación profunda y crea las condiciones para el proceso de microperforación profunda. Gracias a su autocentrado no es necesario el pilotaje/centrado de las microbrocas hasta 8xD inclusive.

Según el fabricante, con las brocas se procesan aceros, materiales fundidos o materiales resistentes a altas temperaturas de forma fiable y con precisión de repetición. El telón de fondo es una geometría optimizada y el denominado revestimiento Dragonskin. La geometría especial de la punta aumenta la precisión de posicionamiento y las superficies lapeadas en combinación con las aberturas patentadas para el espacio de virutas garantizan una extracción segura y rápida de las virutas. Las herramientas se refrigeran mediante canales de refrigeración en espiral y la cámara de refrigerante en el vástago. Con estas medidas, Ceratizit pretende que la microperforación sea repetible y a prueba de interrupciones «y también está a disposición con ayuda y asesoramiento para optimizar las herramientas para aplicaciones nuevas y desafiantes junto con el cliente», afirma Felix Meggle, director de producto de taladrado VHM de Ceratizit.

No hay mecanizado preciso sin dispositivos de sujeción

Cuanto más ajustadas sean las tolerancias de la pieza a mecanizar, más importante es toda la cadena de transmisión de fuerza desde la base de la máquina herramienta hasta la viruta. Iscar acaba de introducir una innovación para uno de estos pasos: los cabezales de mandrinado BHD MB son reemplazados por una nueva serie de herramientas llamada BSFD o Boring Super Fine Digital. El dispositivo de medición dispone de una visualización para todos los diámetros de cabezales digitales de mandrinado fino de 3 a 203,1 mm con una precisión de +/- 0,001. La unidad de visualización se acopla al portaherramientas mediante fuerzas magnéticas, por lo que el diámetro puede ajustarse mediante la pantalla digital.

Según el fabricante Iscar, las herramientas son idóneas para operaciones de taladrado de alta precisión con gran exactitud. Son aptas para aplicaciones en los sectores de la automoción, de vehículos todoterreno, aeroespacial y de ingeniería mecánica en general. También pueden utilizarse como alternativa para operaciones de escariado con altas tolerancias en condiciones de corte interrumpido.

Los nuevos dispositivos de sujeción estándar también garantizan un mecanizado preciso e ininterrumpido en el mecanizado de piezas en bruto en 5 ejes. Un ejemplo es la mordaza céntrica EvoGrip de Emuge, una mordaza directa de accionamiento manual que fija la pieza en el centro. Su diseño compacto permite el mecanizado multilateral en cinco ejes y hace que los dispositivos de sujeción de este tipo sean de uso universal. Con su diseño de sistema modular y delgado, alcanza una fuerza de sujeción máxima de hasta 75 kN.

Esto se complementa con el sistema de sujeción de punto cero EvoPoint. Permite una gran precisión y puede combinarse con el juego de herramientas de sujeción céntrica gracias a su diseño modular. En combinación con EvoPoint, los tiempos de preparación pueden reducirse hasta un 80 %, según el fabricante. Existen varias versiones de estas mordazas de sujeción, como una versión de una sola pieza con diferentes contornos, una versión de varias piezas que consta de mordazas base con mordazas reversibles, así como mordazas reversibles con diferentes contornos, mordazas superiores y mordazas centrales.

Medición y pruebas

Cuando se trata de precisión, no puede faltar el control correspondiente. Hahn+Kolb, expositor de AMB, es también un ejemplo de que aquí siempre hay novedades. Con los dispositivos de medición de la rugosidad Micro, DH-9 y Easyroughness de Diavite y Atorn, el proveedor de servicios de herramientas ofrece tres soluciones para la medición de superficies conforme a la norma ISO 21920. La nueva norma internacional con sus tres partes para la medición basada en perfiles, la caracterización y la especificación de la calidad superficial (rugosidad, ondulación) de componentes sustituye desde finales de 2021 a las normas retiradas ISO 4287, ISO 4288, ISO 13565-2 e ISO 1302, que ya no cubrían todas las posibilidades de los dispositivos de medición modernos.

Los dispositivos para determinar la rugosidad se fabrican con carcasa de aluminio y pantalla táctil. Disponen de unidades de alimentación dual para palpadores de patín y libres, así como soluciones especiales personalizadas. Esto permite a los usuarios realizar más tareas de medición que con los sistemas exclusivamente de palpadores de patín deslizantes. Los palpadores esféricos correspondientes, palpadores de profundidad, de taladro y de flanco de diente, así como palpadores libres de eje y filo, también registran valores en superficies, dentados, ranuras y taladros profundos o en rebajes estrechos.

Easyroughness de Atorn elimina incluso la rugosidad de taladros filigranados, diámetros de ejes, rebajes internos y flancos de dientes. Además de visualizar la rugosidad de la superficie mediante un gran PC industrial con pantalla táctil Full HD de 10,1", los resultados de la medición se almacenan mediante el sistema operativo Windows IoT integrado, con opción de documentación de imágenes/fotos incluida. De este modo, el usuario puede estar seguro de que los valores deseados corresponden al estado actual y puede documentarlo a su cliente.

Esta pequeña selección de innovaciones en el sector de mecanizado de metales muestra lo variados que serán los temas de AMB este año en Stuttgart. Del 10 al 14 de septiembre de 2024 los expositores mostrarán sus soluciones para herramientas de arranque de virutas y herramientas de sujeción, tecnología de medición y pruebas, equipos de fábrica, sistemas de manejo, salud y seguridad en el trabajo, maquinaria y mucho más. Un conjunto de soluciones para muchas industrias en las que la miniaturización, la creciente presión competitiva y los materiales exigentes son un problema.