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(Mecanizado de alta velocidad)

El equilibrio necesario

d'Andrea-Zetae15/05/2002

Cuando la velocidad del husillo supera las 8.000 rpm, desequilibrios relativamente modestos pueden producir fuerzas centrífugas oscilatorias de gran intensidad que convierten al equilibrado en más que una necesidad.


La relación entre el equilibrado y el portaherramientas reviste una extrema importancia. Es posible ilustrar fácilmente mediante un escenario típico la necesidad de efectuar el equilibrado. Para velocidades inferiores a 8.000 rpm, la probabilidad de que las fuerzas centrífugas den lugar a efectos negativos es muy reducida, a menos que el portaherramientas no sea extremadamente asimétrico. Un cálculo efectuado sirviéndose de las fórmulas descritas más adelante permite darse cuenta fácilmente del hecho que cuando la velocidad supera las 8.000 rpm, desequilibrios de entidad relativamente modesta pueden producir fuerzas centrífugas oscilatorias de gran intensidad. En el caso de un portaherramientas cónico ISO 50 en rotación a 15.000 rpm, un desequilibrio de 1 g/mm produce una fuerza radial algo superior a los 200 gramos. Los portaherramientas cónicos ISO 50 de uso común presentan muchas asimetrías, con valores de desequilibrio que están alrededor a 250 g/mm. Poniendo en rotación a 15.000 rpm. un portaherramientas de este tipo, el desequilibrio de masa produce una fuerza radial de 63,5 Kp.
En base a estas consideraciones, resulta evidente que el equilibrado reviste una importancia enorme. Actualmente, muchos constructores de máquina-herramienta especifican para sus propias máquinas de alta velocidad requisitos de equilibrado, que consideran por tanto entre las condiciones de garantía. Es preciso, además, recordar que cada vez que se modifica un portaherramientas en cualquier modo, sustituyendo la herramienta de corte, cambiando las plaquitas, se influye en el equilibrado y es preciso equilibrar nuevamente el grupo modificado. Se comercializan un cierto número de máquinas equilibradoras proyectadas expresamente para efectuar el equilibrado de los portaherramientas. Una regla de oro en caso de uso de máquinas-herramienta con velocidades superiores a 8.000 rpm consiste en el uso de una equilibradora que ofrezca un método seguro para garantizar que las herramientas utilizadas sean aptas para la aplicación en cuestión y, en estos casos, debería ser considerado un utillaje estándar para los centros de mecanizado de alta velocidad.
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Fig. 1a


EFECTOS DEL DESEQUILIBRIO

La presencia de desequilibrios produce un cierto número de efectos nocivos para el proceso de mecanización, influyendo tanto en las piezas a mecanizar como en las máquinas, con la posibilidad, en casos extremos, que se verifiquen consecuencias catastróficas para ambas.
En las piezas a mecanizar el desequilibrio de las herramientas provoca vibraciones que se manifiestan bajo forma de "ligeras ondulaciones" de la superficie mecanizada en máquina, causadas por los movimientos que se producen en el punto de corte. Estos efectos impiden mantener tolerancias rigurosas y producen acabados superficiales defectuosos, reduciendo la vida de las herramientas de corte. La mayor parte de los fabricantes de herramientas de corte concuerdan en el hecho que el equilibrado de las herramientas prolonga la vida hasta un 50 por ciento.
Los efectos en los husillos de las máquinas pueden ser más graves. Las cargas añadidas ejercitadas sobre los rodamientos del husillo causan casi ciertamente el desgaste o la rotura prematura, y pueden provocar daños también en el acoplamiento del husillo. Cuando estos daños interesan al portaherramientas, en el caso peor es preciso sustituir este último o la herramienta de corte. Si el daño se produce en el husillo de la máquina, teniendo en cuenta la mano de obra necesaria para sustituirlo, la reparación es probablemente costosa, y ciertamente precisa tiempo. La parada de una máquina durante varias semanas, por los costes elevados, resulta la más costosa de las reparaciones, a causa del tiempo de producción perdido.

PORTAHERRAMIENTAS EQUILIBRABLES

En las secciones precedentes han sido ilustradas las definiciones relativas a los husillos de alta velocidad y la exigencia de utilizar sistemas de herramientas equilibrados cuando se utilizan tales husillos. A continuación se explican ulteriores detalles sobre nuestro sistema de portaherramientas equilibrables proyectados expresamente para el empleo en mecanizaciones mecánicas de alta velocidad.
Para poder aprovechar a fondo y en forma segura y eficiente las ventajas del corte a alta velocidad, es importante comprender la importancia de las normas y procedimientos de diseño y uso de sistemas de alta velocidad. El sistema Toprun ha sido proyectado con extrema atención, teniendo presente todas estas especificaciones.

TOP RUN

Los portaherramientas Toprun han sido proyectados y fabricados para la utilización en mecanizaciones de precisión, sea a baja, o a alta velocidad.
Los acoplamientos cónicos son realizados según el estándar mínimo de calidad de conicidad AT3, con un descentraje total del alojamiento de la herramienta de corte no superior a 3 m. Prácticamente, y gracias a la metodología y a la calidad del proceso de fabricación, las características de conicidad y descentraje quedan siempre dentro de tolerancias mucho más rigurosas.

CRITERIOS DE DISEÑO

Para la compensación de los desequilibrios, Toprun utiliza un método patentado de contrapesos móviles. Con referencia a la figura 1a, el desequilibrio del portaherramientas se considera un vector fuerza ‘U’, compensado por medio de un vector fuerza opuesto ‘C’. Este resultado se obtiene gracias a dos contrapesos móviles dispuestos en modo que las respectivas masas den origen a las resultantes ‘T1’ y ‘T2’, y a la fuerza igual y opuesta ‘C’
La figura 2b muestra los típicos porta herramientas Toprun. Los contrapesos móviles de equilibrado son visibles sobre la pletina con garganta en V. Al crecer la velocidad, las fuerzas centrífugas que actúan sobre los contrapesos aumentan la fijación en el interior de la ranura en T, reduciendo en tal modo la posibilidad de movimiento o de salirse.
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APLICACIONES

El sistema Toprun está disponible para husillos con acoplamiento cónico ISO y HSK, y comprende portapinzas tipo ER, con pinzas de precisión en la clase 1, adaptadores para fresas de mango Weldon y Wistle Notch y para fresas frontales. El sistema ofrece además cabezales de mandrinado micrométricos de precisión a alta velocidad con contrapesos de equilibrado integrados, que permiten efectuar mandrinados de acabado a velocidad elevada.
La combinación con una máquina equilibradora permite conseguir ventajas y ahorros notables a velocidades iguales o superiores a 8.000 rpm. Se obtiene de hecho una calidad y un acabado superficial mejores y una mayor productividad, y la vida de las herramientas aumenta gracias a la reducción de las vibraciones, que prolonga también la duración del husillo de la máquina.
Este sistema está preequilibrado con una buena precisión. Ello significa que se obtiene ventajas también a velocidades inferiores.

7) METALUNIVERS Mayo 2002

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