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Cornellá de Llobregat, noviembre 2014 – La consecución de la productividad y rentabilidad máximas en operaciones de mecanizado es resultado de la optimización del proceso completo en el mecanizado. El fundamento de dicho esfuerzo es una aplicación inteligente de parámetros en la herramienta de corte en combinación con un uso íntegro de la capacidad de la máquina. Hay dos componentes fundamentales para el uso eficaz de una herramienta de mecanizado. El primero implica hallar métodos para maximizar el tiempo de disponibilidad de la máquina para cortar metal y el segundo comprende las tácticas para conseguir el uso más productivo, fiable y rentable de dicho tiempo.

Maximización del tiempo de disponibilidad
El uso íntegro de una máquina debe iniciarse con la maximización del tiempo que ésta esté disponible para su uso. Aunque una máquina se encuentre 365 días al año en la planta de producción, su disponibilidad de producción es mucho menor. En el caso de semanas laborales de cinco días de un único turno, y descontando el tiempo perdido en días festivos y otras interrupciones, la máquina está disponible para la producción aproximadamente 1.300 o 1.400 horas al año. Aun así, la máquina no mecaniza durante el total de esas horas. La programación y el ajuste consumen bastante tiempo. Para reducir el periodo sin producción al mínimo posible, los fabricantes emplean estrategias que incluyen programación sin conexión y métodos de ajuste modulares. Los almacenes y los cambiadores automáticos de herramientas aceleran el manejo de estas, una necesidad más que requiere mucho tiempo. El manejo de la robótica y los cambiadores de palés ayudan a reducir el tiempo necesario para cargar las piezas sin tratamiento y descargar las acabadas. Cada hora que se ahorra por medio de la mejora de la velocidad de programación, de los métodos de ajuste más rápidos y del manejo de las herramientas y el trabajo optimizados es una hora extra de disponibilidad para fabricar piezas.

Uso eficiente del tiempo
Tras implementar las estrategias para maximizar el tiempo de disponibilidad para el mecanizado, los fabricantes tienen el reto de usar dicho tiempo de forma eficiente y producir tantas piezas como sea posible con un coste mínimo. La clave está en un uso íntegro de la capacidad de la máquina mientras el filo de corte esté en contacto con el material de la pieza. Igualmente, el reconocimiento de las limitaciones de la máquina desempeña un papel decisivo.

Cuando se planifica un mejor uso del tiempo de disponibilidad, es evidente que algunos elementos del proceso de mecanizado no pueden cambiarse. La aplicación final de la pieza mecanizada determina la elección del material a mecanizar, al igual que la maquinabilidad del material dicta los parámetros iniciales de corte. Por ejemplo, la escasa conductividad térmica de las aleaciones de titanio exige el uso de velocidades de corte y avances bajos para minimizar la acumulación de calor. La capacidad de la máquina también es un dato conocido, ya que el cambio de máquina no suele ser una opción inmediata. Los fabricantes identifican estos factores al estimar los costes de producción. Sin embargo, las diferencias significativas entre los costes estimados y reales pueden ser el resultado de una evaluación errónea de las características de la máquina y de la aplicación de condiciones de corte que no se pueden mantener.

Se dan requisitos comunes al establecer los parámetros iniciales de corte para cualquier operación de mecanizado. Deben seleccionarse la profundidad de corte y los avances para evitar la rotura de la herramienta, asegurar la formación de las virutas convenientes y limitar la generación de calor. Las velocidades de corte demasiado altas provocarán que las herramientas se desgasten muy rápidamente; de igual modo, las velocidades demasiado bajas impedirán que las herramientas funcionen de forma productiva.

Mecanizar con más rapidez normalmente producirá una pieza en menos tiempo. Sin embargo, aunque el tiempo de mecanizado sea más corto, la vida útil de la herramienta será también más corta y sus costes aumentarán. Se requerirá un mayor número de herramientas para realizar el trabajo y deberán cambiarse o reemplazarse los filos de corte desgastados. El tiempo de inactividad resultante de los cambios de herramientas incrementará los costes generales de la operación. En efecto, hay un término medio entre un mecanizado más rápido y costoso y una operación más lenta y económica. La productividad consistente y la estabilidad en el proceso están situadas entre ambos métodos: los parámetros de corte insuficientemente agresivos reducen los costes hasta que la herramienta deje de funcionar de forma eficiente y se pierda la productividad, mientras que los parámetros cada vez más altos elevan la productividad hasta que la herramienta se desgasta demasiado rápido o se rompe.

Además, la elección de las condiciones de corte depende no solo de las características de las herramientas de corte, sino también, en un gran número de casos, de las capacidades de la máquina . Las máquinas tienen diferentes límites de potencia, par, rpm y estabilidad distintos. La limitación más evidente es la potencia.

Las potencias de salida por sí solas no determinan la capacidad de una máquina para una aplicación específica. Podría parecer que una máquina de 60 kW suministra más potencia de la adecuada, pero si la operación de fabricación prevista es, por ejemplo, la producción de rodillos de forjado de 3 m de diámetro y 12 m de longitud, 60 kW no resulta tan sorprendente. La potencia requerida para mecanizar una pieza específica depende del material y del tamaño de esta, así como de la profundidad de corte, del avance y de la velocidad de corte. La potencia exigida aumenta conforme las fuerzas de corte se multiplican por velocidades de corte más altas. En consecuencia, las velocidades de corte altas pueden requerir una potencia por encima de la potencia nominal de una máquina.

Además, los parámetros de corte extremos pueden tener efectos que excedan las otras capacidades de la herramienta de mecanizado. Las profundidades de corte excesivamente altas pueden crear fuerzas que sobrepasan la rigidez estructural de la máquina y la vibración puede mermar la calidad de las piezas. Igualmente, los avances demasiado altos pueden producir grandes volúmenes de virutas que pueden interferir en el proceso de corte o en los sistemas de evacuación de virutas acumuladas.

La maximización del uso de una máquina dentro de los límites de su capacidad requiere un método equilibrado e inteligente en el desarrollo de los parámetros de corte. Esto implica, por lo general, tanto la reducción de las velocidades de corte como el incremento proporcional del avance y de la profundidad de corte. El uso de la mayor profundidad de corte posible (con sus efectos en la estabilidad de la máquina) reduce el número de pasadas de corte necesarias y, por tanto, el tiempo de mecanizado. Generalmente, la profundidad de corte tiene poco impacto en la vida útil de la herramienta, pero el efecto de la velocidad de corte es significativo. De igual modo, debe maximizarse el avance, aunque los avances extremos pueden tener efectos negativos en el acabado superficial de la pieza.

Cuando un fabricante logra una combinación fiable entre el avance y la profundidad de corte, las velocidades de corte pueden emplearse para la calibración final de la operación. El objetivo es usar las condiciones de corte que ofrecen tanto los índices de extracción de viruta productivos como la estabilidad del proceso. La combinación óptima de la capacidad de la máquina y de los parámetros de corte proporciona un equilibrio entre los costes de la herramienta, la fiabilidad del proceso y la productividad.

Estrategias futuras
Aunque se reconozca que las capacidades de la máquina pueden imponer limitaciones en el proceso de mecanizado, el cambio de máquina no es una solución simple, rápida o económica. Resulta más rápido y fácil modificar los parámetros de aplicación de la herramienta de corte para lograr un rendimiento óptimo de la máquina operativa y, aunque sea viable una inversión en una nueva herramienta de mecanizado, la vida útil operativa relativamente larga del equipo es un factor importante. Una empresa puede adquirir una máquina con una capacidad que se equipare o exceda sus necesidades actuales, pero factores tales como el material, el tamaño y el volumen de la pieza pueden cambiar, y probablemente cambiarán, de manera significativa a lo largo de los cinco, diez o más años que la maquina esté operativa. Para abordar los cambios, será necesario modificar las condiciones de corte, pero debe hacerse de forma inteligente.

Tras hallar la forma de maximizar el tiempo que una máquina está disponible para mecanizar, la vía preferida es la selección de herramientas con material de sustrato, recubrimientos y geometrías de filo de corte que sean óptimos para los materiales a mecanizar y las operaciones implicadas. El siguiente paso es la aplicación de las velocidades de corte mínimas en las que las herramientas funcionen correctamente. Además, los avances y las profundidades de corte deben ser tan altos como sea posible, mientras se reconozcan las características de potencia y estabilidad de la máquina. Se han desarrollado fórmulas matemáticas que pueden ayudar a determinar la equiparación óptima entre los parámetros de mecanizado y las capacidades de la máquina. Si se da la posibilidad que un taller pueda preferir realizar pruebas prácticas para obtener resultados similares. Con mucha frecuencia, las fórmulas solo confirman la realidad. Probablemente, más del 90 por ciento de las veces es más eficaz un método simple y pragmático de velocidades de corte inferiores, con avances y profundidades de corte maximizados, junto con una manipulación de las velocidades de corte como herramienta de calibración. Dicho método será más satisfactorio a la hora de proporcionar un mecanizado fiable y productivo, así como un uso íntegro de las capacidades de la herramienta disponible.

Por:
Patrick de Vos, responsable de formación técnica corporativa del grupo Seco Tools

Con sede en Fagersta (Suecia) y presencia en más de 50 países, Seco Tools es proveedor líder mundial de soluciones de corte para fresado, torneado, taladrado y portaherramientas. Durante más de 80 años, la empresa ha proporcionado los sistemas, procesos y servicios de asistencia de los que se han valido los diferentes fabricantes para obtener la máxima rentabilidad y productividad. Para obtener más información sobre cómo los productos innovadores y los servicios de expertos han llevado el éxito a fabricantes de todos los segmentos industriales, visite www.secotools.com.