Cómo optimizar la vida de las herramientas de mecanizado usando datos de la máquina

La inversión económica en herramientas, junto con el desguace de piezas defectuosas, hace que prolongar la vida útil de las herramientas de mecanizado sea un objetivo importante para las empresas de corte de metales. El mecanizado tradicional se basaba en ajustes determinados experimentalmente para determinar la vida útil de una máquina herramienta. Los operarios podían registrar los recuentos de piezas hasta que una herramienta fallaba o empezaba a desarrollar piezas fuera de especificación. La media de estos recuentos de piezas podía utilizarse para establecer un umbral para la vida útil de las herramientas de mecanizado. También se utilizaba el recuento de piezas dado por el fabricante de la máquina herramienta para establecer la cadencia de cambio de la herramienta.

Estas soluciones son inexactas, lo que lleva a una de estas dos cosas:

• Una herramienta está infrautilizada, lo que significa que una herramienta se sustituye antes de que haya llegado al final de su vida útil
• Una herramienta está sobreutilizada, lo que da lugar a piezas de desecho y a tiempos de inactividad.

La monitorización de herramientas permite a los fabricantes controlar y optimizar la vida útil de sus herramientas para asegurarse de que pueden obtener el mayor retorno de la inversión de sus herramientas sin sufrir las consecuencias de un fallo catastrófico de las mismas.

¿Qué es la vida útil de las herramientas de mecanizado?

La vida de la herramienta es la vida útil de una máquina herramienta. Puede expresarse en la cantidad de piezas buenas que una determinada herramienta es capaz de mecanizar. Una vez que una herramienta se desgasta hasta el punto de que las piezas que se crean están fuera de las especificaciones, su vida útil ha terminado y la herramienta debe ser reemplazada.

El desgaste de la herramienta, la falla de la herramienta y la vida de las herramientas de mecanizado CNC son una realidad. Todas las herramientas experimentan desgaste y finalmente fallarán si continúan trabajando. Sin embargo, es en la gestión de la vida útil de la herramienta con eficacia que los fabricantes pueden impulsar el uso más eficiente de sus máquinas herramienta.

La única forma posible de aumentar la vida útil de la máquina herramienta y evitar al mismo tiempo las piezas de desecho y los fallos es recopilar los datos de la máquina herramienta y utilizarlos para determinar cuándo debe realizarse un cambio de herramienta.

Todas las herramientas tienen curvas de vida predecibles, es decir, el período de tiempo que se espera que una herramienta dure y produzca piezas con los estándares de calidad deseados. Sin embargo, la vida útil de las herramientas puede ser difícil de determinar con precisión, especialmente si se hace manualmente, debido a la gran variedad de factores que afectan a la vida útil de una herramienta. Por ejemplo, el material con el que se trabaja, el tipo de corte, la velocidad y el avance, etc.

Formas de mejorar la vida útil de las herramientas de mecanizado

Existen muchos factores que afectan a la vida de las herramientas de mecanizado. A continuación veremos algunos métodos para reducir el desgaste de la herramienta:

Utilizar velocidades y avances adecuados

Mientras la herramienta de corte gira, perfora o corta a una velocidad de corte determinada, también se desplaza a lo largo de la pieza. Utilizar los ajustes de velocidad y avance adecuados aumentará la vida útil de la herramienta de forma significativa. Aunque el tiempo de corte real es siempre una consideración, los ajustes adecuados de velocidad y avance pueden prolongar la vida de la herramienta.

Aplicar líquido de corte

El proceso de corte genera mucho calor debido al contacto entre metales. El tipo correcto de fluido de corte y la cantidad correcta de aplicación de fluido prolongarán la vida de la herramienta.

No cortar virutas

Las virutas son la forma de eliminar el material metálico de la pieza después del corte. También arrastran el exceso de calor generado durante el corte pero los ajustes deben ser correctos para evitar el recorte de virutas, lo que resulta en un aumento del desgaste de los flancos, el desgaste del cráter y otras causas de desgaste de la herramienta.

Utilizar las herramientas de mecanizado adecuadas

La complejidad de la pieza, la rugosidad de la superficie, la precisión de mecanizado CNC requerida, los requisitos de tolerancia de la pieza acabada y otras consideraciones son fundamentales. Por ejemplo, algunas piezas pueden ser lo suficientemente fuertes como para necesitar una herramienta de acero de alta velocidad. Conocer estos parámetros ayudará a seleccionar la herramienta adecuada para la combinación de factores.

Distribuir el desgaste en el filo de corte

Los programas y planes de corte deben diseñarse para utilizar la mayor parte posible del filo de corte. Centrarse continuamente en una parte de la herramienta de corte puede aumentar el desgaste de la herramienta.

Controlar la excentricidad

La edad del equipo puede afectar a la excentricidad en el mecanizado. Las máquinas modernas pueden tener un portaherramientas automatizado. Este portaherramientas garantiza el posicionamiento y la fijación adecuados de la herramienta. En las máquinas más antiguas, la excentricidad proviene de una mala alineación o fijación del centro del eje de la herramienta con respecto a la línea central del eje central y puede dar lugar a piezas desechadas y a una menor vida útil de la herramienta.

Controlar la desviación

A medida que el calor se acumula y el corte está en marcha, se producen tremendas fuerzas de corte ya que las características del material afectan tanto a la herramienta como a la pieza. Las virutas que se forman a medida que se retira el metal y salen de la pieza empujan hacia atrás cuando se acumulan. Si las variables no son correctas, esto puede doblar o desviar la herramienta.

Factores que influyen en la vida de la herramienta de mecanizado

Utilizando un cálculo de la curva de vida de las herramientas de mecanizado, como la ecuación de vida de la herramienta de Taylor, se pueden trazar diferentes factores para proyectar diferentes curvas de vida de la herramienta en función de la combinación de variables que se aplique. Estas incluyen:

• Velocidad de corte

  La dureza de la pieza, los diferentes materiales de las herramientas, la complejidad de los cortes y otros factores implican una velocidad óptima para cada combinación de factores.

• Velocidad de avance y profundidad de corte

  Al igual que la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte también pueden optimizarse. Y ese punto óptimo vendrá determinado por la agresividad del corte requerido.

• Dureza de la pieza

  Las herramientas utilizadas para cortar materiales muy duros se desgastarán más rápido que las utilizadas en el corte de metales más blandos. La diferente dureza de la pieza puede desencadenar diferentes tipos de desgaste de la herramienta. En los metales blandos, como el aluminio, puede producirse una acumulación de filos. Metales como el titanio pueden provocar un fallo catastrófico en una herramienta incorrecta.

• Material de la herramienta

  El material de la herramienta debe tener unas características de rendimiento que satisfagan o superen a la pieza cortada. Algunas herramientas pueden estar especialmente endurecidas para trabajar con acero endurecido o metales exóticos como el titanio. Pero también deben estar diseñadas para trabajar con metales que tienen un mal acabado superficial.

• Tipo de corte

  Algunas herramientas de corte ejercen una ligera abrasión para crear un acabado superficial. Al igual que la velocidad de corte y el avance, el tipo de corte debe tenerse en cuenta a la hora de trazar las curvas de vida de la herramienta y reducir el desgaste.

Técnicas para prolongar y optimizar la vida útil de las herramientas de mecanizado

La monitorización de herramientas captura los datos de la máquina directamente desde el control de la misma, proporcionando datos precisos y en tiempo real sobre el rendimiento y el estado de la máquina. Los datos pueden ser recolectados para monitorear las condiciones de la máquina-herramienta y desarrollar umbrales para cuando la falla de la herramienta es inminente.

Además, estos datos pueden utilizarse para desarrollar algoritmos que permitan predecir y prevenir fallos catastróficos de las máquinas herramienta. En lugar de recopilar manualmente los recuentos de piezas o utilizar la recomendación de vida útil de la máquina herramienta del fabricante, los usuarios pueden aprovechar los datos precisos de la máquina herramienta para establecer parámetros de vida útil más eficaces.

La analítica de la máquina herramienta puede aprovecharse para optimizar los procesos en torno a la máquina y así mejorar la productividad del mecanizado de precisión, permitiendo la comunicación y la automatización que apoyan la maximización de la vida útil de las herramientas de mecanizado.