sábado, 21 de mayo de 2016

COMO ESCOGER EL INSERTO DE TORNEADO ADECUADO



Artículo publicado en la Revista Empresarial Asomecsa No. 7  www.asomecsa.com


El término maquinabilidad indica la facilidad o dificultad con la cual se puede mecanizar un determinado material en cuanto a la vida útil de la herramienta, la dificultad para controlar las virutas, la posibilidad de conseguir un mecanizado exacto y un buen acabado de la superficie entre otros factores. La siguiente gráfica muestra de la maquinabilidad de diversos tipos de materiales usados habitualmente para la fabricación de todo tipo de piezas.



Gráfica 1. Pirámide de la Maquinabilidad.
Fuente: Mitsubishi Carbide

Lo anterior hace que sea muy importante escoger adecuadamente la herramienta a usar para mecanizar cada tipo de material con el fin de obtener la mejor calidad y economía en las diferentes operaciones de mecanizado. 

La Organización para la Estandarización Internacional ha clasificado en la norma  ISO 513 los materiales en grupos según sus características básicas de maquinabilidad y las propiedades de dureza y tenacidad que deben tener los materiales usados para hacer las herramientas para su mecanizado de tal manera que se adapten a las diferentes condiciones de corte que se puedan presentar.

Los materiales a mecanizar se han dividido en seis grupos (P aceros, M Aceros Inoxidables, K Fundiciones, N Materiales No Ferrosos, S Aleaciones termo resistentes y H Aceros Endurecidos) y cada grupo se ha subdividido en segmentos desde el 01 hasta el 50, siendo los segmentos menores los correspondientes a materiales  para herramientas de corte más duros y por consiguiente mas resistentes al desgaste abrasivo y adecuados para mecanizar a mayores velocidades de corte  y los segmentos  mayores los correspondientes a materiales para herramientas más tenaces, útiles para mecanizados a bajas velocidades de corte o en condiciones de corte difíciles por vibraciones, corte interrumpido o condiciones inestables. 


Gráfica 2.  Relación material a mecanizar, calidad y geometría del inserto.
Fuente: Sandvik Coromant.




Para tener un proceso de mecanizado correcto se requiere escoger una calidad de plaquita (grado) y una geometría de rompeviruta adecuada para el material y las condiciones de corte presentes. Por ejemplo, para torneado se pueden presentar las siguientes operaciones de mecanizado: corte acabado con profundidades de corte (Ap) menores a 1 mm, corte ligero con Ap menor a 1,5 mm, corte medio con Ap menor a 4 mm, cortes en desbaste con Ap menores a 7 mm y operaciones de cortes fuerte con Ap mayores a 7 mm en condiciones de corte estables, generales o inestables.



Gráfica 3. Condiciones de corte y tipos de corte en torneado.
Fuente: Mitsubishi Carbide

Cada fabricante de herramientas de corte desarrolla en sus insertos una combinación de rompevirutas y calidad (grado) para cumplir con los requisitos necesarios según cada operación de mecanizado. Por ejemplo, en la  gráfica 4 se muestran los grados disponibles en insertos de torneado  Mitsubishi Carbide para el mecanizado de aceros y aceros aleados en los diferentes tipos de materiales disponibles para la fabricación de los mismos (metal duro, metal duro recubierto por método CVD o PVD, cermet o cermet recubierto) y en la gráfica 5 vemos la recomendación inicial para el mecanizado de los mismos materiales según la operación a realizar y las condiciones de corte presentes en el mecanizado.



Gráfica 4. Grados Mitsubishi para el mecanizado de aceros
Fuente: Mitsubishi Carbide

Igualmente se tienen combinaciones de grados (calidades) que siguen la norma ISO y rompevirutas para el mecanizado en las diferentes condiciones de corte y operaciones a realizar para las otras familias de materiales.


Gráfica 5. Recomendación Mitsubishi Carbide para mecanizado de aceros y aceros aleados según las condiciones de mecanizado y el tipo de corte.
Fuente: Mitsubishi Carbide.

Una vez escogida la calidad y el rompeviruta del inserto según el material a mecanizar, las condiciones de corte (estables, generales o inestables) y la operación a realizar (acabado, corte ligero, corte medio o desbaste) se procede a hacer el cálculo de los parámetros de corte adecuados.
En los catálogos de cada fabricante y en las etiquetas de las cajas de los insertos están reseñados unos valores de velocidad y avances de referencia. En la gráfica 6 se muestra un ejemplo de etiqueta donde se especifica el material y la condición de corte para la cual está diseñado el inserto y unos valores de referencia para la velocidad de corte y el avance.
Los valores de la velocidad de corte (Vc) indicados se basan en la Ecuación de Taylor y corresponden en el valor más alto de Vc a aquel que daría una vida útil del filo de corte de 15 min para un material P, M o K de referencia con una dureza de 180 HB y el valor de Vc menor al que daría una vida teórica de 90 min a la misma dureza de referencia. Es necesario hacer compensaciones a esas velocidades según el material a mecanizar sea más o menos duro y al tiempo deseado de duración del filo de corte ya que la velocidad de corte es el factor que más incide en la duración de la vida útil de un inserto. Para determinar los factores de compensación se recomienda consultar el catalogo del fabricante del inserto.


Gráfica 6. Ejemplo de etiqueta de caja de insertos y la información contenida en la misma.
Fuente: Mitsubishi Carbide.

Los valores de avance (f) dados en la etiqueta se basan  para los valores mínimo y máximo del rango de control de virutas y dependen de la geometría del rompevirutas que posea el inserto. Se deben tener en cuenta para garantizar que la combinación de avance (f) y profundidad de corte (ap) permitan el correcto trabajo del rompeviruta en el control de la misma. En la siguiente gráfica se muestra en la zona sombreada en verde el rango de control de viruta del rompeviruta MP de Mitsubishi Carbide para corte medio de aceros al carbono y aceros aleados.


Gráfico 7.  Rango de control de viruta rompevirutas MP.
Fuente: Mitsubishi Carbide.  

Una vez determinadas la velocidad de corte según el material a mecanizar y la calidad (grado) del inserto con las correcciones por dureza del material y vida útil del filo estimada y el avance según el rango de control de virutas del rompevirutas procedemos a calcular las RPM y el avance con el cual haremos el mecanizado usando las siguientes formulas:





  

Ejemplo de Aplicación.

Se requiere desbastar un eje de 100 mm de diametro por 400 mm de largo de acero Bohler M303 Extra para la construcción de un eje de una  bomba. El M303 Extra es un acero inoxidable martensitico bonificado con dureza de 300 HB producido por método PESR para garantizar una mejor resistencia a la corrosión, mejor pulibilidad, mejor maquinabilidad y mayor tenacidad que otros aceros tipo AISI 420 – DIN 1.2316 producidos por metodo tradicional y al venir pre-endurecido en algunas aplicaciones no es necesario someterlo a un tratamiento termico adicional (se puede endurecer hasta 51/53 HRC). El material vienen premaquinado y requerimos bajar su diametro de 100 mm a 92 mm usando un torno en condiciones de corte estables.
Mitsubishi Carbide dispone para el mecanizado de aceros inoxidables de las siguientes calidades de carburos recubiertas por método CVD en operaciones de corte ligero, desbaste y desbaste profundo en condiciones estables, generales e inestables.

Como las condiciones de corte son estables y requerimos mecanizar 4 mm al radio escogemos un inserto TNMG160408-MM MC7015 que para un inoxidable  de referencia con dureza 180 Hb nos recomiendan una velocidad de corte entre 160 y 255 m/min y un avance entre 0,15 y 0,45 mm/rev para una profundidad de corte de entre 0,7 y 5 mm.
Como el material a mecanizar es prebonificado y viene con una  dureza de 300 HB hacemos la compensación por dureza y multiplicamos la velocidad recomendada (255 m/min, vida útil 15 min) por el factor para inoxidables de 300 HB de dureza, el cual según la siguiente tabla es de 0,64. Entonces la velocidad máxima recomendada para esa dureza es de 163 m/min = 255 m/min * 0,64. 



La velocidad en RPM para la primera pasada sera entonces usando la siguiente formula de 519 RPM. ( vc = 163 m/min, Dm = 100 mm)



Para el rompevirutas MM de Mitsubishi se tiene el siguiente rango de control de viruta:



Por lo tanto podemos hacer una pasada de 3 mm de profundidad de corte a un avance de 0,4 mm/rev y una ultima pasada de ap = 1 mm con el mismo avance, garantizando que el rompevirutas trabajara en su rango de control. El avance por minuto sera entonces de 207 mm/min.
En lo posible para una mayor vida util del inserto deberemos evitar las velocidades de corte muy bajas o muy altas y para mejorar la productividad podemos disminuir los tiempos de mecanizado trabajando con los avances y las profundidades de corte mas grandes posibles para el rompevirutas seleccionado.

Fuentes:
Bohler-Uddeholm Coombia S.A.   www.bohlerandina.com
Mitsubishi Carbide. www.mitsubishicarbide.com
Libro Técnico de Sandvik Coromant.

ISO. Norma 513-2004.

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