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La tecnología de control de vibraciones pasivo/dinámico impulsa la productividad en el mecanizado

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Las vibraciones sin control crean muchos problemas en las operaciones de mecanizado. Las distintas fuerzas del proceso de corte causan vibraciones y temblores en las herramientas que degradan la calidad de la superficie de la pieza, desgastan o rompen rápidamente las herramientas de corte y causan averías en los componentes de las
herramientas de la máquina. Las pautas del diseño del producto también pueden causar vibraciones. Para aumentar la resistencia del producto y reducir los costes de montaje, los fabricantes producen cada vez más piezas a partir de piezas monolíticas. La producción de las características internas de las piezas necesita herramientas que alcancen las cavidades profundas, y el aumento de la longitud de la herramienta aumenta también la vibración.

La reducción de los parámetros de corte para minimizar la vibración reduce la productividad y aumenta los costes de fabricación.
Entre los primeros de los diferentes enfoques de control de vibraciones se encuentran los sistemas pasivos/dinámicos que utilizan conceptos de amortiguadores de masa sintonizada para absorber la vibración antes de que esta aumente y afecte al proceso de la máquina.
La vibración es un problema común
Todos los sectores de la industria reconocen que el exceso de vibración supone una condición destructiva.
El funcionamiento repetitivo o las fuerzas externas causan un movimiento simultáneo que puede resonar en
la máquina, edificio o puente hasta alcanzar una magnitud peligrosa. Los fabricantes y constructores suelen
utilizar conceptos de amortiguadores de masa sintonizados para hacer frente a la vibración. Esta absorción
se crea con un componente suspendido dentro de una máquina o estructura; se diseña para que resuene a
destiempo con la vibración no deseada, absorba su energía y minimice el movimiento provocado por la
vibración.
La vibración en el mecanizado
En el mecanizado, la vibración se genera con el cambio de fuerzas que ocurre cuando se generan virutas.
Se pueden ver las fuerzas intermitentes durante el proceso de corte interrumpido del fresado y también en
las operaciones de torneado cuando el soporte se carga y descarga periódicamente durante la formación y
rotura de virutas.

Un enfoque pasivo del control de vibración en el mecanizado implica que se maximice la rigidez de los
elementos del sistema de la máquina. Para restringir el movimiento no deseado, se puede construir una
herramienta mecánica con elementos estructurales rígidos, más grandes, más pesados y rellenos de
cemento u otro material que absorba las vibraciones. Desde la perspectiva de la pieza con la que se trabaja,
las piezas con paredes delgadas y las que tienen secciones sin soporte tienden a vibrar durante el
mecanizado. Hasta cierto grado, se pueden volver a diseñar las piezas para mejorar la rigidez. Sin embargo,
tales cambios de diseño pueden añadir peso y afectar al rendimiento del producto.
Para las herramientas de corte, un enfoque pasivo del control de la vibración incluye el uso de herramientas
cortas y rígidas, y la sustitución de portaherramientas de acero por otros de metal duro enterizos.
Un enfoque pasivo/dinámico del control de la vibración para las herramientas implica el uso de un concepto
de absorción con masa sintonizada. El sistema Steadyline de Seco incluye una absorción de vibración
sintonizada previamente que consiste en una masa de absorción de un material de alta densidad (para
minimizar sus dimensiones generales); se suspende dentro de la barra del portaherramientas a través de
elementos radiales de absorción. La masa de amortiguación absorbe la vibración inmediatamente cuando
se transmite desde la herramienta de corte hasta el cuerpo de la barra.
Herramienta convencional: la vibración se extiende a lo largo del husillo de la máquina

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Herramienta de absorción de vibración pasiva/dinámica: el amortiguador de vibración absorbe la vibración
antes de que se distribuya

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El sistema Steadyline permite que se realicen operaciones con gran voladizo el doble de rápido que con
herramientas sin absorción, a la vez que se mejora el acabado superficial de la pieza, se aumenta la vida útil
de la herramienta y se reduce la tensión de la herramienta de la máquina. La tecnología de absorción de
vibraciones pasiva/dinámica ayuda a que se realicen ciertas aplicaciones, como el uso de las longitudes de
las herramientas de hasta diez veces el diámetro, algo que no sería posible incluso con los parámetros
mínimos de mecanizado.

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Principios operativos pasivos/dinámicos
Las figuras 1 y 2 muestran los principios de funcionamiento del sistema de control de vibración
pasivo/dinámico Steadyline. En la figura 1, las propiedades relacionadas con la vibración de los soportes
monobloc convencionales son su masa (M1), su rigidez (K1) y sus características inherentes de
absorción(K’1). Las propiedades se agrupan para dar lugar al sistema MKK’. En el funcionamiento, una
fuerza de corte Fe aplica movimiento (vibración) al soporte.
La implementación de un sistema Steadyline (figura 2) añade las propiedades de un segundo sistema MKK´,
que consiste en una masa M2, una rigidez K12, y una densidad K’12. El sistema MKK’ S2 se diseñó para
incluir la misma frecuencia inherente del sistema MKK’ original de forma que resuene a destiempo con la
vibración no deseada, con lo que absorbe su energía y amortigua el movimiento de vibración.

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En el sistema Steadyline, la masa de absorción de vibraciones se coloca en la parte frontal de la barra,
donde el potencial de desviación es mayor y la masa puede absorber la vibración inmediatamente cuando
se transmite desde el filo de corte al cuerpo del soporte. El sistema Steadyline también ensambla cabezas
de mandrinar con fijación tipo GL cortas y compactas que aproximan el filo de corte a la masa de absorción
para maximizar el efecto de absorción de vibraciones. El sistema se adapta a una amplia gama de
aplicaciones y es particularmente útil para el fresado (contorneado, cajeado y ranurado), torneado y tanto
para operaciones de mandrinado en desbaste y en acabado.
Comparación de aplicaciones
Se pudo ver un buen ejemplo de la eficacia del sistema Steadyline durante una operación de mandrinado
difícil en acero 42CrMo4. En ella, se amplió un diámetro interior de 105,8 mm a uno de 129 mm con cinco
pasadas de desbaste con una profundidad de 3 mm que se redujo hasta una profundidad de 0 mm. La
longitud del corte inicial fue de 600 mm con un soporte de 80 mm de diámetro, lo que representaba una
proporción de longitud a diámetro de la herramienta de 7,5. Se consiguió el desbaste con un avance de
0,3 mm/rev y con una velocidad de corte de 157 m/min. Se mecanizó en acabado con un diámetro final de
130 mm con una profundidad de corte de 0,5 mm, con un avance de 0,2 mm/rev y una velocidad de corte de
200 m/min. El tiempo de mecanizado en la operación se redujo de 12 a 2 horas (más del 80 %) con el uso
del sistema de control de vibración pasivo/dinámico Steadyline.
Para demostrar las ventajas del sistema Steadyline en una operación de contorneado, se utilizó un soporte
portafresas sin un control de vibraciones pasivo/dinámico en un acero 1.1206 CK50 con una fresa cuyo
diámetro era de 20 mm con una velocidad de corte de 312 m/min, un avance 0,3 mm/diente y una
profundidad de corte de 0,9 mm. Cuando se utilizó una versión de la misma herramienta con el sistema
Steadyline y con la misma velocidad de corte y avance, se pudo aumentar la profundidad de corte hasta 2,2
mm (un aumento de 2,3 veces) sin vibraciones no deseadas.

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Conclusión
Los principales candidatos para el uso de los sistemas de control de vibraciones pasivo/dinámico son los
fabricantes del sector Oil&Gas, generación de energía y aeronáutica. Estos sectores industriales suelen
trabajar con piezas complejas y grandes con características que suelen necesitar el uso de herramientas de
gran longitud. Además, dichas partes suelen estar hechas de aleaciones duras difíciles de mecanizar y que
causan fuerzas de corte elevadas que provocan vibraciones. Sin embargo, es evidente que casi cualquier
fabricante se enfrenta a aplicaciones en las que las propiedades de absorción de vibraciones de las
herramientas Steadyline pueden extender sus capacidades, mejorar la productividad y reducir los costes.
(Soporte lateral)
Componentes, montaje y consideraciones de aplicación de Steadyline
Detalles de los componentes
El sistema de control de vibración pasivo/dinámico Steadyline incorpora una selección completa de
herramientas para aplicaciones de fresado, torneado y mandrinado que se pueden montar para cumplir con
una amplia variedad de requisitos de fabricación.

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El sistema de herramientas de torneado se puede utilizar para el torneado y el mandrinado; incluye
7 diámetros de mango con tamaños 32 mm, 40 mm, 50 mm, 60 mm y 80 mm, además de tamaños de 2,5″ y
3,0″. Hay disponibles tres longitudes de soporte (6xD, 8xD y 10xD) para cada diámetro con diferentes
conexiones laterales de máquina. Incluyen mangos cilíndricos para medidas de 32 mm a 80 mm y de 1,25″
a 3″, además de amarre Seco-Capto y HSK-T/A.
Los soportes con diámetros de 50 mm o menos tienen una compatibilidad directa con cabezas con amarre
tipo GL compactas, cuya conexión poligonal es totalmente precisa y fácil de usar.
Los soportes con diámetros de 60 mm o más incluyen conexiones tipo BA que se fijan con cuatro tornillos
Graflex y con las que se consigue un posicionamiento de entre 0° y 180°. Estos soportes más largos se
pueden utilizar para el torneado con adaptadores tipo BA a GL y con cabezas de herramienta de corte GL50
compactas, así como para el mandrinado con cabezas de mandrinar tipo BA disponibles como herramientas
a medida.
Las cabezas tipo GL se utilizan en aplicaciones de mandrinado en desbaste o en acabado, así como para
aplicaciones de torneado con versiones de corte de mano izquierda o mano derecha. Se incluyen plaquitas
negativas para el desbaste y plaquitas positivas para el acabado, además de plaquitas para roscado,
ranurado y tronzado.
Además de una amplia selección de herramientas estándar, Seco también ofrece soluciones a medida como
soportes con varios filos de corte y soportes largos de más de dos metros para aplicaciones especiales.
Conexión tipo GL

 

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Conexión tipo BA

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Para el fresado, hay disponibles configuraciones de control de vibración Steadyline con fresas Combimaster
intercambiables para diámetros desde 20 mm a 40 mm y soportes portafresas para fresas de 40 mm a
160 mm de diámetro. Tanto las versiones Combimaster como los portafresas son adecuados para el
escuadrado, copiado, acabado, planeado y fresado axial que se puede realizar con varios tipos de plaquitas;
también se puede hacer contorneado y rampeado con interpolación helicoidal. Los soportes con cuerpo
cilíndrico cónico consiguen una estabilidad estática y dinámica elevadas en aplicaciones de fresado pesado.
Hay disponibles amarres de máquina Seco-Capto, HSK-A, BT, CAT y DIN (incluyendo una versión
Tafer-Face) para soportes de fresado.
Las herramientas a medida para aplicaciones de fresado también pueden incluir componentes especiales
como sujeciones mediante fijación térmica y pinzas especiales.
Directrices de montaje de herramientas
Las herramientas Steadyline son esencialmente “plug-and-play”: se puede usar el sistema de absorción
integrado sin ninguna preparación adicional. Para conseguir los mejores resultados, se tienen que colocar
los soportes directamente en la máquina sin extensiones o reducciones intermedias. Cuando coloque las
herramientas en una máquina, recomendamos el sistema Seco-Capto por su contacto simultáneo y rígido
con el cono y la cara de apoyo; además, tiene una resistencia a la flexión elevada, lo que maximiza el
posicionamiento preciso del filo de corte. Si no puede utilizar Seco-Capto, se tienen que embridar los
soportes cilíndricos en un soporte dividido y amarrarlas a 4xD, que se marca con la segunda línea del
soporte.
Consejos de aplicación
Hay consideraciones de aplicación para las herramientas Steadyline. Cuando se sustituye directamente un
soporte convencional con una unidad Steadyline pasiva/dinámica, puede que haga falta aumentar las
condiciones de corte para generar las vibraciones necesarias que activan completamente la respuesta de
absorción del sistema. Además, puede que el soporte se doble pero no vibre con voladizos largos, con lo
que se crea un diámetro más pequeño que el deseado. Si se divide la operación en tres cortes menores, se
debería eliminar la flexión y producir el diámetro deseado. Es fundamental tener en cuenta que el diámetro
de mecanizado mínimo tiene que ser lo suficientemente grande en relación con el diámetro del soporte para
permitir una evacuación correcta de virutas. Es importante tener en cuenta la evacuación de virutas, sobre
todo para agujeros pequeños y profundos. Se recomienda el uso de refrigeración para ayudar en la
evacuación de virutas y para minimizar la transferencia de calor hacia el soporte, que es sensible a la
temperatura.
Por: Pierre Zunino, director de productos y Yannick Groll, ingeniero de I+D