Czytaj książkę: «Mecanizado CNC 4.0»

Las herramientas han evolucionado mucho a lo largo del tiempo y han tenido que adaptarse a los nuevos materiales que se construyen y, sobre todo, a las nuevas máquinas y procesos de mecanizado.

Las herramientas tienen tres propiedades, que las definirán para el trabajo realizado:

• Desgaste: resistencia del material con el que está fabricada la herramienta frente al material que se vaya a mecanizar.

• Tenacidad: capacidad que tiene la herramienta para soportar las condiciones de trabajo y no romperse.

• Comportamiento a diferentes temperaturas: factor clave que tener en cuenta según el material y el estilo de mecanizado que utilicemos. Uno de los factores que más dañan nuestra herramienta se encuentra en los cambios bruscos de temperatura producidos durante el mecanizado.

Imagen de Hoffmann Group.

Es casi imposible poder explicar todas y cada una de las herramientas que existen en el mercado, ya que cada fabricante cuenta con las suyas propias, adaptadas a los distintos procesos de trabajo y cuyas cualidades varían notablemente.

En sucesivos capítulos, donde te explico los procesos de mecanizado, veremos cuáles son las herramientas apropiadas para cada trabajo y cómo debes utilizarlas.

Ahora veremos algunas de las principales herramientas. Para detalles concretos sobre cada una, puedes buscar en Internet los catálogos de los fabricantes y descargarlos en formato PDF, en los que encontrarás toda la documentación e información que necesitas conocer para el uso de cada herramienta.

Nadie conoce mejor su herramienta que el fabricante; es él quien nos indica las velocidades de corte que debemos asignar a la herramienta. También nos señala el avance por diente, si trabaja con refrigeración o no, el material con que está fabricada, su geometría, los radios de los que dispone, el número de dientes, la rugosidad que es capaz de conseguir y un largo etcétera.

La mayoría de los catálogos son bastante amplios. No te estreses antes de comenzar; céntrate en buscar la herramienta que necesitas y qué material vas a mecanizar.

Utilizaremos diferentes herramientas, en función del tipo de máquina, de los movimientos capaces de realizar y de las operaciones que efectuemos.

Las herramientas de un solo corte, normalmente, las usaremos para tornear y las herramientas de múltiples cortes las emplearemos para el fresado.

Lo primero que debes saber es que, principalmente, trabajaremos con dos tipos de herramientas, que varían en virtud de los materiales del cual estén fabricadas.

Están las herramientas de acero rápido, denominadas HSS (High Speed Steel), y las herramientas de metal duro.

Las herramientas HSS se siguen utilizando, aunque cada vez en menor cantidad; podríamos decir que lo más habitual es emplear herramientas de metal duro para un 90 % del trabajo, mientras que dejaremos las HSS para el resto.

Casi todas las herramientas que se emplean para tornear son portaherramientas con insertos o plaquitas intercambiables de metal duro.

En el fresado, utilizamos platos de diferentes diámetros y geometrías; también usamos fresas enterizas, brocas enterizas o con puntas intercambiables, pero todas de metal duro. Dejamos las herramientas HSS para algunas brocas, escariadores, machos de roscar, discos de corte, fresas de forma o fresas para tallado de piñones, según el módulo, entre otros usos.

Las herramientas HSS más habituales con diferencia son, por ejemplo, las brocas que tienes en casa. Suelen estar fabricadas con molibdeno y wolframio, aunque también pueden tener vanadio y cromo. Estas herramientas tienen un precio bajo, comparadas con las de metal duro. A la mayoría se les suelen añadir recubrimientos, con el fin de mejorar sus condiciones de corte y alargar la vida útil; por eso, verás brocas de diferentes colores y acabados.

Aunque existen herramientas de toda clase en este material, su uso, fundamentalmente, se ciñe a las brocas y machos de roscar, ya que la velocidad de corte que podemos utilizar para trabajar un acero al carbono suele ser de 20 o 25 m/min, lo cual es notablemente inferior a las herramientas de metal duro, que pueden moverse fácilmente en velocidades de 150 a 200 m/min.

En el siguiente capítulo, te explico qué es y cómo utilizar la velocidad de corte.

Imagen de Hoffmann Group.

Las brocas son herramientas que podremos afilar fácilmente cuando el filo de corte se va desgastando; son bastante tenaces, lo que quiere decir que no necesitan grandes cuidados y soportan un uso brusco.

En el caso de las brocas, el ángulo de corte más habitual es de 118°, para las brocas estándar, y de 60°, para brocas de centros, ya que es el mismo ángulo que tienen los contrapuntos en el torno.

Las brocas suelen contar con unas medidas estándar en cuanto a longitud, en función del diámetro, y se representa utilizando el diámetro multiplicado por sí mismo un número determinado de veces.

Por ejemplo, una broca de diámetro 10, que indica 8 × D, quiere decir que tiene una longitud de corte útil de 8 veces 10, o sea, 80 mm.

Las herramientas que más vamos a utilizar son las de metal duro o carburo de tungsteno, un compuesto formado, principalmente, por wolframio y carbono.

Estas herramientas se fabrican por sinterizado.

La sinterización es un proceso para fabricar piezas que consiste en convertir las rocas de mineral en polvo y, después de mezclarse, se añaden aglomerantes, etanol y agua; prosigue un largo proceso, hasta conseguir un polvo que se compacta en un molde con la forma requerida a alta presión. Una vez se consigue la forma de la pieza, se realiza un tratamiento térmico en un horno de sinterizado a una temperatura de unos 1500 °C, obteniendo una pieza compacta y consolidada.

Ahora tenemos un material casi tan duro como el diamante.

Una vez fabricada, la plaquita pasa a una máquina para rectificar sus caras y conseguir la geometría y tolerancias exactas.

Para poder hacer este rectificado, es necesario emplear discos de corte con incrustaciones de diamante.

Después, al igual que con las herramientas HSS, se les añaden diferentes recubrimientos, para dotar aún de mejores cualidades a la herramienta. El proceso de añadir recubrimientos resulta complejo y existen diferentes tipos, ya sea por deposición química de vapor (CVD), ya sea por deposición física de vapor (PVD).

Los materiales más habituales para la fabricación de herramientas de corte son:

• Metal duro.

• Cermet.

• Cerámicos.

• Nitruro de boro cúbico.

• Diamante policristalino.

Imágenes de Hoffmann Group.

Existen muchos talleres de mecanizado, desde pequeñas empresas hasta grandes industrias. Dependiendo de dónde trabajes, tendrás acceso a un mayor número de herramientas y una mayor variedad, en función de los trabajos que se realicen y también según los materiales que se vayan a mecanizar.

Disponemos de una amplia variedad de herramientas separadas por grupos, según la forma y el trabajo que realizan. Todos los parámetros que componen una herramienta tienen su importancia y pueden marcar la diferencia entre conseguir un buen trabajo y un trabajo excelente.

Las siguientes imágenes de herramientas pertenecen a Hoffmann Group.

En los catálogos de herramientas, dispones de toda la información sobre las empleadas tanto para tornear como para fresar.

Hagamos un pequeño resumen de las más habituales.

Brocas integrales tanto de metal duro como de HSS.

Machos de arranque de viruta, de laminación y fresas para roscar.

Avellanadores.

Escariadores.

Fresas de grandes diámetros.

Fresas planas integrales de diferentes cortes.

Fresas integrales con radios y formas para trabajos específicos.

Platos para planear, angulares, copiadoras, circulares y de roscar.

Brocas de metal duro de punta intercambiable y de plaquitas intercambiables.

Plaquitas negativas, portaherramientas de exterior y barras de mandrinar interiores.

Plaquitas positivas, portaherramientas de exterior y barras de mandrinar interiores.

Barras de mandrinar mini, torneado de precisión, microrroscado, torneado de ranuras para anillos de seguridad y tronzado.

Plaquitas para roscar.

Herramientas de moleteado, brochado y torneado de radios.

Ahora quiero explicarte algo que considero especialmente importante para trabajar con las distintas herramientas. Hablo de los sistemas de sujeción, ya que de ellos depende la perfecta unión entre la máquina y la herramienta y constituyen el primer eslabón para conseguir unos buenos resultados a la hora de mecanizar.

Imagen de Hoffmann Group.

Portaherramientas para torneado

Imagen de Haas Automation Inc.

Los tornos CNC vienen equipados con una torreta, sobre la cual colocaremos nuestras herramientas.

Esta configuración ya viene preparada de fábrica y casi nunca se suele modificar. Por eso, tendrás que adaptar tus portaherramientas a la disposición de cada máquina.

Como ya sabemos, el tiempo empleado en mecanizar supone la base para conseguir una alta productividad y, por consiguiente, el tiempo que empleemos en preparar y ajustar nuestras herramientas será un tiempo muy valioso para conseguir dicha productividad.

Aquí es donde el empleo de cambios rápidos de herramientas desempeña un papel importante.

Existen distintos tipos de sujeciones para las herramientas de torno; lógicamente, no montará la misma torreta un torno básico de dos ejes que un torno con herramientas motorizadas, eje Y, sistemas de refrigeración interna, etc.

Por norma general, casi todas las torretas se hallan preparadas con 12 estaciones, lo que quiere decir que podemos colocar 12 herramientas. Aunque ten siempre presente que, con los nuevos sistemas de torneado capaces de trabajar en dos husillos simultáneamente, podremos colocar portaherramientas dobles para trabajar en ambas direcciones, lo que nos dará como resultado el empleo de hasta 24 herramientas en una misma torreta.

Muchos fabricantes tienen sus propios sistemas de torreta, pero ahora vamos a centrarnos en los tres modelos más habituales.

Sujeción por tornillos

El sistema de sujeción por tornillos es, sin duda, el más extendido hasta el momento.

Sobre esta torreta, podremos colocar toda clase de herramientas, ya sea para tornear, ya sea para fresar, por medio de cabezales motorizados.

VDI

El empleo de un sistema VDI representa una sujeción de las herramientas de un modo más rápido y cómodo.

El posicionamiento se realiza de una forma más confortable para el operario, al igual que el ajuste de las herramientas, ya que no es necesario corregir y verificar constantemente la posición, sino que la herramienta siempre queda bien situada y a la altura justa.

Híbrida

Imágenes de Haas Automation Inc.

Una buena idea es contar con un sistema híbrido, que permite el uso de portaherramientas, tanto VDI como de amarre manual, lo que da mucho juego y hace más asequible, igualmente, el stock de portaherramientas.

En este caso, se suelen emplear seis posiciones para portaherramientas VDI y las otras seis para portas manuales.

Imágenes de Haas Automation Inc.

Recuerda siempre la disposición de las herramientas, ya que emplearemos diferentes portas en función de la posición de trabajo. Cuando trabajamos sobre el eje Z, decimos que lo hacemos de forma axial, mientras que, cuando trabajamos sobre el eje X, decimos que lo hacemos de forma radial. Es fácil recordarlo si piensas que, cuando trabajas sobre el lateral de la pieza, estás mecanizando en el radio y, por tanto, te encuentras en posición radial.

En un torno multiusos, emplearemos muchas herramientas diferentes, colocadas en varias posiciones, tanto radiales como axiales, fijas o motorizadas.

Uno de los aspectos más importantes que debes tener siempre presente al trabajar en un torno son las colisiones.

Si vamos a mecanizar una pieza y, sobre la torreta, hay colocadas muchas herramientas, deberemos verificar, en primer lugar, que ninguna herramienta colisione sobre cualquier parte de la máquina a la hora de realizar cambios y giros de torreta, ya que podríamos estrellarnos sobre los propios carenados o el contrapunto.

A la hora de comenzar a mecanizar, comprueba que las herramientas que no están trabajando tengan espacio suficiente a su alrededor y al frente, ya que, normalmente, solemos estar pendientes de la herramienta que está trabajando y olvidarnos del resto. Esto puede provocar que otra herramienta choque con el fondo del torno o con la propia pieza, o bien que llegue a las garras del plato. De igual modo, programa bien la posición de los cambios de herramienta, para que se realicen en una zona de seguridad donde no haya lugar a colisión.

Aunque nuestras máquinas pueden parecer, y de hecho son, robustas y resistentes, eso no evita que, ante un golpe o colisión, la máquina se desajuste.

Recuerda siempre que tanto un torno como una fresadora están preparados para soportar grandes cargas y esfuerzos para un mecanizado efectivo, pero ninguna máquina se halla lista para una colisión.

Por leve que sea el golpe (que todos cometemos alguna vez por desgracia), verifica siempre que todo esté correcto antes de continuar. Jamás des por sentado que no ocurrió nada y continúes trabajando, ya que el resultado será que la pieza no tenga las medidas idóneas y las herramientas no corten bien.

En esta imagen puedes ver, de forma exagerada, la desviación que se produce como consecuencia de un golpe; además, puedes ver que esta torreta del fabricante Haas dispone de 24 posiciones, ya que viene preparada para situar herramientas cada 15 grados, en lugar de los 30 habituales.

Imágenes de Haas Automation Inc.

Una perfecta alineación de las herramientas resulta fundamental para realizar un trabajo profesional. Es posible refrentar e incluso cilindrar, con una cuchilla en una altura incorrecta, aunque no sea lo apropiado; sin embargo, es imposible taladrar o fresar con un mal centraje, ya que el resultado será desastroso para la pieza y para la herramienta.

Imágenes de Hoffmann Group.

Cada fabricante cuenta con una amplia gama de herramientas motorizadas. Hay que tener siempre varios factores en cuenta, las revoluciones máximas que puede alcanzar, el uso de refrigeración interna e incluso la posibilidad de corregir y regular la posición.

En las siguientes imágenes puedes ver que, por la parte de atrás de algunas herramientas motorizadas, tenemos acceso a unos tornillos de regulación para posicionar la herramienta a la altura perfecta de trabajo.

Imágenes de Haas Automation Inc.

Gracias a la ayuda del reloj comparador, verificamos la correcta posición de la herramienta.

Y, para que te hagas una idea de que el futuro ya está aquí y las últimas tecnologías llegan a todos los sectores, disponemos de herramientas con microprocesadores capaces de almacenar los datos de las herramientas.

Podemos visualizar esos datos directamente desde un dispositivo móvil, como nuestro teléfono o tableta, y ver los ciclos realizados, las revoluciones por minuto, la temperatura de trabajo, el empleo de refrigerante y más.

Esta herramienta «CyberCon4» pertenece al fabricante Hoffmann Group.

Imágenes de Hoffmann Group.

A continuación, se muestran unas imágenes de portaherramientas, tanto para torretas con amarres por tornillos como sistemas VDI.

Imágenes de Hoffmann Group.

Portaherramientas para fresado

Acabamos de ver cómo son las torretas de los tornos CNC y las distintas opciones que nos ofrecen los fabricantes de máquinas.

En el fresado, como norma general, disponemos de un husillo sobre el cual montamos los diferentes portaherramientas, pero veremos que no todos los amarres de husillos son iguales.

Cuando hablamos de grandes fresadoras y, principalmente, de la última generación de máquinas capaces de fresar y tornear, nos vamos a encontrar con máquinas que pueden cambiar, de forma automática, el cabezal completo, pudiendo emplear cabezales de torneado, de fresado o de mandrinado.

Como puedes imaginar, según el tamaño de la máquina, así será el tamaño de los portaherramientas, los cuales, todos con forma cónica y, según sus dimensiones, se denominan ISO 40 o ISO 50, entre otros, siendo estos dos tipos los más utilizados.

Como norma general, los centros de mecanizado suelen emplear conos ISO 40, mientras que las fresadoras emplean conos ISO 50.

El siguiente paso es diferenciar entre los distintos amarres que existen para los conos; aunque existen varios tipos en el mercado, nos centraremos en los dos sistemas más empleados, que son los de sujeción mediante tirante y sujeción HSK.

En esta imagen, puedes ver un cono ISO 40 con sujeción mediante tirante.

Imagen de Haas Automation Inc.

Por su parte, en esta otra imagen, se presenta un cono ISO 40 con amarre HSK.

No dispone de un tirante, porque el amarre se efectúa sujetando el cono desde el interior.

Imagen de Hoffmann Group.

Cada fabricante de husillo cuenta con su propio sistema y, por eso, existe una gran variedad en cuanto a tirantes.

El cono no varía de una máquina a otra, pero sí el tirante, para que adapte perfectamente en la máquina.

Mediante un sistema hidráulico que lleva el husillo en su interior, unas garras se deslizan hacia arriba y abajo, con el fin de permitir que el cono se pueda soltar o quede bien unido al husillo, debido a la fuerza de las garras que tiran constantemente hacia arriba de él.

La mayor parte de las fresadoras y centros de mecanizado utilizan este sistema, ya que es el que más años lleva en el mercado, pero, con las nuevas máquinas de alta velocidad, esta tendencia está cambiando.

Imagen de Hoffmann Group.

Como te decía, los tiempos cambian y nos encontramos trabajando con máquinas de última generación, capaces de trabajar con 30 000 o 40 000 revoluciones para hacer mecanizados de alta velocidad, mientras que lo habitual hasta hace pocos años era trabajar con 6000 u 8000 rpm.

Cuantas mayores sean las revoluciones en el husillo, mayor ha de ser el equilibrado y el amarre de los conos.

En el capítulo donde hablamos sobre los platos de torno y cómo se comportan las garras del plato a la hora de trabajar, veremos que, cuanto mayores son las revoluciones, menor es la fuerza que ejercen sobre la pieza, debido a la fuerza centrífuga. Pues bien, ahora nos encontramos ante el mismo caso. En un cono con tirante, la sujeción se hace por el exterior, lo que quiere decir que, cuando aumentan las revoluciones, la fuerza centrífuga intenta separar las garras de amarre, lo que ocasiona unas pequeñas dilataciones entre el husillo y el cono, que pueden hacer que este último se introduzca más de la cuenta en su alojamiento y provoque que se atasque.

Con los conos HSK, las garras que sujetan el cono trabajan de la misma forma que en el sistema anterior, pero, en este caso, el amarre se produce en el interior del cono.

Si tenemos en cuenta los datos anteriores, esto quiere decir que, cuanto mayores sean las revoluciones, mayor será el amarre del cono, ya que la fuerza centrífuga aumenta la presión de las garras sobre el cono. Y es, gracias a esta sujeción extra, que los conos HSK están ganando terreno a los conos estándar de tirante, ya que, además de servir para el mecanizado de alta velocidad, también nos permiten trabajar con condiciones de corte más agresivas, debido a una mayor rigidez y a una excelente precisión.

Imagen de Hoffmann Group.

Los conos de amarre mediante tirante suelen tener solamente una zona de contacto, que es el propio cono.

Después de lo visto con respecto a las revoluciones y la fuerza centrífuga, entenderás mejor que existen diferencias dimensionales y cambios en las alturas de la herramienta, dependiendo de si el cono se introduce más o menos en su alojamiento. Pero, para que esto no sea un problema, tenemos los conos de doble contacto, que garantizan la posición exacta del cono, como puedes apreciar en la imagen superior.

Los conos HSK ya cuentan con esta ventaja de serie en todos los modelos.

Pero no quiero que te asustes ni pienses que, sin un cono HSK o de doble contacto, no vas a poder trabajar.

Puedes quedarte tranquilo: son muchas las máquinas y muchos los trabajos que se realizan utilizando conos estándar con sujeción mediante tirante. Como te digo, hasta la fecha, siguen siendo los más extendidos, pero me gusta que conozcas y tengas en cuenta estos pequeños detalles para comprender la importancia que tienen todos y cada uno de los procesos con los que trabajamos a diario.

Dentro de la gama de conos HSK, existe una gran variedad, en función del diámetro que se apoya sobre el husillo o el número de chavetas de arrastre que incluye. Pero no todo son ventajas, y ahora tenemos que insistir de nuevo en la limpieza. Es muy importante que las zonas de amarre se encuentren libres de suciedad, virutas o aceites. Debido a que este tipo de conos poseen un vaciado interior para permitir el amarre, resulta habitual que virutas de material se introduzcan y provoquen un mal amarre. Por tanto, limpia bien los conos antes de introducirlos en la máquina y sopla con aire a presión sobre el interior.

Una vez que ya tenemos claros los sistemas de amarre de los propios conos con la máquina, veamos los diferentes amarres entre los conos y las herramientas.

Es difícil decir cuál es mejor y cuál peor. La elección del cono portaherramientas dependerá de la herramienta que necesitemos sujetar, del tipo de trabajo que se realice y de la máquina con la cual trabajemos.

Además, vamos a tener en cuenta otros aspectos a la hora de elegir un tipo u otro como, por ejemplo, la potencia de amarre, el equilibrado que nos ofrece, el precio o la concentricidad que aporta a la herramienta.

A continuación, te muestro los conos más habituales y sus ventajas e inconvenientes.