La historia del agujero: una inmersión profunda en la perforación

La perforación es uno de los métodos de producción más rápidos y precisos para eliminar material. Cada uno de los tres tipos principales de brocas (carburo sólido, punta intercambiable e indexables) ofrece un rendimiento de calidad cuando se combinan con la aplicación correcta, un proceso que comienza con el descubrimiento de las respuestas a preguntas críticas sobre el alcance del proyecto.

Las preguntas que necesitan respuesta incluyen variaciones de las siguientes: ¿Para qué se utiliza el agujero? ¿Cuantos agujeros? ¿Cuál es la tolerancia? ¿Cuál es el diámetro? ¿Cuál es el material? ¿Qué es el portaherramientas? ¿Qué tipo de máquina (nueva, moderna, heredada)? ¿Qué hay de terminar?

Así es como algunos proveedores líderes han dado forma a sus soluciones de perforación. El objetivo es maximizar el rendimiento y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de material, volumen de producción y calidad del orificio.

Las brocas de carburo sólido siguen siendo el caballo de batalla para aplicaciones de alta producción con herramientas de punta de carburo indexables y reemplazables que brindan un rendimiento excepcional si se adaptan adecuadamente a la aplicación. "Las brocas tradicionales de carburo sólido representaron un avance importante con respecto al HSS (acero de alta velocidad), ya que ofrecen avances y velocidades más altos y una mayor precisión en diámetros de uno a 20 mm", dijo Steve Pilger, gerente de producto de perforación de YG-1 Tool Co. ., Vernon Hills, Illinois.

“La mayoría de los fabricantes tienen disponibles en el mercado una variedad de brocas métricas y en pulgadas con longitudes de 3xD, 5xD y 8xD”, señaló Pilger. “El carburo puede funcionar a velocidades más altas y soportar el calor mucho mejor que el HSS, todos aspectos positivos importantes para una mayor producción con menores costos de herramientas. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, la fragilidad del carburo puede ir en su contra, provocando roturas de herramientas en configuraciones poco rígidas, por ejemplo”.

De los tres tipos de brocas que ofrece YG-1, uno es de carburo sólido y dos son brocas de inserción. Las brocas de carburo sólido llamadas Dream Drills están disponibles con y sin refrigerante y son materiales específicos para aleaciones y acero al carbono, acero inoxidable y aluminio. En un extremo del espectro se encuentra el metal duro integral, en el medio las brocas con punta intercambiable y en el otro extremo las brocas indexables, explicó Jan Andersson, director de gestión de productos de plaquitas indexables.

“Las brocas con punta de plaquita reemplazables presentan una geometría similar o igual a la del carburo sólido sin el costo ni la logística de reafilar el carburo”, dijo Andersson. “Cuanto más grande es la broca, más avanza hacia el lado indexable; cuanto más pequeña sea la broca, más avanzada estará más cerca de la broca de carburo sólido con brocas de punta reemplazable en el medio. Si analizamos la calidad del orificio, el acabado de la superficie y las tolerancias dimensionales, el Dream Drill de carburo sólido será superior; Las brocas con plaquita indexable son especialmente efectivas en lo que yo llamo perforadora, cuando es necesario perforar un orificio rápidamente, limpiarlo y la tolerancia no es tan crítica”, añadió Andersson.

“Una aplicación típica de taller podría implicar un orificio de paso para la cabeza de un perno donde la tolerancia convencional no significa mucho para el espacio y un indexable podría ser la solución más económica. Si simplemente estás haciendo un agujero, un indexable tiene mucho sentido. La realidad es que si luego vas a realizar operaciones secundarias, no tiene sentido gastar dinero en comprar una broca de carburo sólido. En ese punto, probablemente se encuentre entre usar una punta intercambiable o una indexable”, explicó Andersson. “La ventaja del indexable es que es el más versátil, especialmente cuando se utiliza el taladro estilo trígono WCMX. Puedes desplazarlo para poder perforar sobredimensionado, puedes achaflanar el agujero después de perforar”.

Todo se reduce a dónde se utilizará la herramienta, señaló Pilger. ¿Es una aplicación dedicada que se ejecuta todos los días? ¿O es para un taller con muchos tipos diferentes de trabajos y materiales?

Para satisfacer la variedad de talleres de trabajo, la perforación ofrece la versatilidad de taladros modulares para diversos trabajos y materiales. “Lo bueno de la perforadora modular es su flexibilidad”, continuó Pilger. “A partir de un diámetro de 10 mm, nuestros cuerpos estándar admiten alrededor de seis diámetros diferentes hasta 10,4 mm en longitudes de 3xD, 5xD y 8xD. Y es muy fácil cambiar la geometría de la punta para cortar acero, hierro fundido e inoxidable”.

Iscar USA, Arlington, Texas, agregó una tercera flauta para crear su nueva línea de brocas de flauta de cabeza intercambiable LOGIQ3CHAM. "Es un punto de inflexión", afirmó Craig Ewing, especialista de producto. "Es más una herramienta de producción con ganancias significativas en productividad con la versatilidad del taladro de cabeza intercambiable, que utiliza el cabezal de perforación normal o el cabezal de fondo plano".

La línea amplía el concepto de punta reemplazable introducido por Iscar hace varios años como SUMOCHAM. Cuenta con orificios de refrigeración pasante y está disponible en profundidades de perforación de 1,5xD, 3xD, 5xD y 8xD con vástagos redondos y planos. Cada cuerpo acepta cinco tamaños de cabeza en los diámetros más pequeños y 10 tamaños de cabeza en diámetros de 15 mm y mayores.

La tercera flauta dio como resultado que LOGIQ3CHAM generara un 50 por ciento más de virutas que tuvieron que ser evacuadas a través de gargantas más pequeñas. Iscar rediseñó el filo para rizar la viruta de manera diferente y facilitar la evacuación.

"La gestión exitosa de virutas de hierro fundido, aleaciones y acero al carbono hace que las aplicaciones en las industrias automotriz, de uso general, equipos pesados, máquinas herramienta, todo terreno y de intercambiadores de calor sean buenas candidatas para LOGIQ3CHAM", dijo Ewing. “La industria de los intercambiadores de calor, por ejemplo, utiliza materiales estándar ISO P y perfora miles de agujeros. Cuando se perforan miles de agujeros en una pieza, como un intercambiador de calor, se puede ver el beneficio de aumentar la velocidad de alimentación hasta en un 50 por ciento”, dijo Ewing, añadiendo que se están desarrollando nuevas geometrías para materiales como el acero inoxidable y el acero de alta calidad. aleaciones de temperatura.

"Lo principal que ayuda a nuestros clientes es la productividad adicional derivada del aumento de la velocidad de alimentación", dijo Ewing. “Si estamos cortando a cinco mil (mil) por flauta en un taladro de dos flautas, estaremos a 10 mil, pero con un taladro de tres flautas estaremos a 15 mil por revolución y eso es lo que aumenta el avance. velocidad y reduce el tiempo del ciclo. Normalmente vemos una reducción de entre un 20 y un 50 por ciento en los tiempos de ciclo con LOGIQ3CHAM en aplicaciones de producción. En un entorno de taller, dependiendo de los volúmenes, podríamos recomendar seguir con nuestra broca SUMOCHAM de dos flautas y cabezal intercambiable habitual”, añadió.

"El mayor desafío para nuestros clientes es hacer agujeros, buenos agujeros, lo más rápido posible, ya sea para materiales difíciles de mecanizar como Inconel 718 para la industria aeroespacial o acero 4140 para ingeniería general", dijo Martin Hobbs, especialista en productos de perforación y roscado de Sandvik Coromant EE. UU., Mebane, Carolina del Norte “Todo se reduce a las exigencias de GD&T (dimensión y tolerancias geométricas) de la aplicación del agujero. Si buscamos tolerancias más flexibles, por ejemplo para orificios para pernos, utilizamos ampliamente brocas con plaquita intercambiable, lo que nos brinda la oportunidad de perforar orificios muy rápidamente a un costo muy bajo. Si busca tolerancias muy estrictas por debajo de 2000, ahí es donde tenemos que usar brocas de carburo sólido para realizar ese trabajo estricto”, dijo Hobbs.

La incorporación más reciente a la cartera de brocas de carburo sólido y brocas de punta intercambiable y indexable de Sandvik, la broca con inserto DS 20, es capaz de perforar 7xD. Sandvik utilizó nuevos materiales y tecnologías para desarrollar un cuerpo de broca y carburo para extender la vida útil de la herramienta y al mismo tiempo producir agujeros de calidad con material más rígido para profundidades de corte más profundas.

"Al recomendar la solución de perforación adecuada para sus clientes, nos centramos en la tasa de eliminación de metal, es decir, cuántos centímetros cúbicos de metal se eliminan para mantener a nuestros clientes lo más productivos posible", dijo Hobbs. El éxito se mide por el “costo por agujero bueno por componente”, dijo, para los mejores agujeros al menor costo para una aplicación específica.

“Cualquier cosa que tenga menos de tres cuartos de pulgada de diámetro o menos, podemos usar carburo sólido; punta intercambiable desde 10 mm en adelante”, continuó Hobbs, señalando que la elección depende de las dimensiones y tolerancias. “Si tengo un orificio de tres cuartos de pulgada, puedo usar una herramienta de punta intercambiable, indexable o de carburo sólido. Todo se reduce a los requisitos del cliente en cuanto a tolerancia y rectitud del orificio, y tolerancia del diámetro”.

Las consideraciones principales incluyen:

“Ahí es donde traemos las brocas indexables. Tienen tolerancias más altas, estamos hablando de más de 10 mil pulgadas para diámetros de orificio”, explicó Hobbs. “Cuando tenemos orificios para pernos o un patrón de aligeramiento de orificios para colocar en una brida para aligerar el material, aquí es donde las brocas con inserción funcionan muy bien; en cualquier lugar estaremos perforando o escariando agujeros y también roscando los agujeros.

Las brocas de punta intercambiable son buenas opciones con una tolerancia superior a dos mil pero por debajo del rango de 10 mil. Cualquier valor inferior a dos mil son carburos sólidos, o realizamos un escariado si es necesario para lograr una tolerancia de orificios muy ajustada”.

¿Taller de trabajo o alta producción? Según dos gerentes de producto de Allied Machine & Engineering Corp., Dover, Ohio, el desafío para satisfacer los requisitos de ambos es el mismo: proporcionar soluciones de perforación que permitan a los clientes cumplir con sus requisitos de producción de manera oportuna y rentable.

"Muchos de nuestros clientes, especialmente hoy en día, buscan soluciones que ahorren tiempo para hacer llegar los productos a sus clientes lo más rápido posible", dijo Bill Ruegsegger, gerente de producto a cargo de las herramientas de estilo de alta penetración y mayor producción de Allied. "Nuestras perforadoras combinan operaciones para crear agujeros más rápido con mejores acabados superficiales, lo que permite a nuestros clientes mover productos a través de sus operaciones más rápido", agregó.

"Nuestros productos heredados están diseñados para el mercado de talleres, donde estas empresas desean una alta producción para poder utilizar herramientas rápidamente para procesar piezas rápidamente en su taller", agregó John Weniger. "Pero las tiendas no suelen tener mucho margen ni mucho margen de maniobra en materia de precios cuando se trata de eso".

Weniger, responsable de las herramientas heredadas de Allied Machine (incluidas las líneas TA y TA Pro de alta precisión), destacó el desafío de encontrar lo mejor de ambos mundos.

“Nuestro TA Pro más nuevo está diseñado para una gama más amplia de plaquitas por cuerpo de broca en comparación con muchas de las herramientas de alta penetración”, dijo Weniger. “Para diferentes grados ISO, las selecciones incluyen carburo para los trabajos de mayor duración que tienen los talleres o acero de alta velocidad solo para trabajos estándar, usando una plaquita de estilo estándar para algunos agujeros aquí y allá. Tienes ambas opciones para jugar y eso tiene sentido”.

De acuerdo con su colega, Ruegsegger señaló que Allied Machine presta servicios tanto a talleres de alta producción como a talleres de trabajo. “Tener una solución para satisfacer todas sus necesidades es el desafío; ya sea cómo sacamos el producto más rápido o cómo cotizamos estos trabajos a sus clientes y somos rentables. Estamos tratando de encontrar el mejor costo por hoyo para que ellos también puedan ofrecerlo a sus clientes”, dijo.

"Nuestras brocas de carburo de alta penetración GEN3SYS XT y GEN3SYS XT Pro son indexables, por lo que irán sobre un cuerpo de acero de alta velocidad, lo que aún permite una reducción de costos en comparación con la broca prototípica de carburo sólido", agregó Weniger. "La línea Superion de brocas especiales de carburo sólido y herramientas PCD son brocas de alto rendimiento y alta penetración".

Según Weniger, los últimos productos de Allied Machine proporcionan una solución rentable con puntas reemplazables para perforar agujeros en una amplia gama de materiales.

El TA Pro, por ejemplo, se ajusta a muchos de los estilos de insertos TA GEN2 existentes y tiene opciones de carburo y acero de alta velocidad para tasas de penetración más altas.

"Queremos poder ofrecer una solución completa a nuestros clientes, ya sea el fabricante de automóviles que perfora miles de agujeros al día o el taller familiar que simplemente intenta perforar piezas de campos petrolíferos", dijo Ruegsegger.

Las herramientas de alto rendimiento suelen tener un coste inicial más elevado. Pero estas herramientas pueden resultar la opción menos costosa a largo plazo, afirmó Jack Kerlin, ingeniero de aplicaciones en Big Daishowa, Hoffman Estates, Illinois.

"Nuestro grupo demográfico objetivo son principalmente talleres de alta producción, lo cual, en sí mismo, es un término subjetivo que depende de con quién se habla", dijo Kerlin. “Muchas veces los talleres no consideran la producción total cuando deciden sobre herramientas y equipos. Pero, en última instancia, su mejor opción es la que sea más rentable, independientemente del coste inicial. Ese es nuestro enfoque”.

Sin embargo, admitió que elegir la opción más cara no siempre es la mejor opción. “Si se trata de un taller, no hay nada de malo en utilizar herramientas menos costosas para trabajos puntuales”, señaló Kerlin. “Todo tiene su lugar. Pero una vez que comienzas a moverte hacia territorio de alta producción, a largo plazo usar herramientas más baratas casi siempre te costará más dinero en forma de herramientas rotas, acabado superficial deficiente, mayor desperdicio y tiempo de inactividad de la máquina”.

Como resultado, dijo, Big Daishowa se centra en portaherramientas y herramientas de mandrinado de alta calidad. Las brocas de carburo sólido Phoenix TC2 de la compañía, que también están diseñadas para aplicaciones de alta producción (en tamaños de hasta 30xD y 10 mm de diámetro) y aleaciones de alta temperatura, cuentan con recubrimientos, orificios pasantes de refrigerante y evacuación eficiente de virutas para aislar contra reducir el calor, según Kerlin.

"El endurecimiento por trabajo es siempre un desafío en estos materiales, aunque un recubrimiento adecuado y un refrigerante para evacuar las virutas lo más rápido posible ayudan", continuó. “Para materiales más duros, normalmente se utiliza un ángulo de punta mayor, por ejemplo, 140°. El ángulo de punta tradicional para las brocas es de 118°, pero esto es en gran medida un vestigio de la época del mecanizado manual. A medida que los materiales se han vuelto más resistentes y el pulido con punta de perforación se ha vuelto más sofisticado, surgió un ángulo de punta más grande como estándar porque es más duradero, más repetible y no camina tanto”.

El nuevo taladro Nirox de Big Daishowa es un puente entre las aplicaciones de alta producción y las de tipo taller. Kerlin lo describió como "notablemente resistente" y dijo que el taladro está diseñado para máquinas heredadas que no tienen refrigerante y no siempre son estables. Nixrox utiliza carburo recubierto, refrigerante por inundación y está disponible hasta 9xD.

"Los portaherramientas también son extremadamente importantes para aplicaciones de alta producción", señaló Kerlin. “Recomendamos un mandril hidráulico o un mandril de pinza de alta precisión para el acabado. La experiencia nos ha demostrado que por cada décimo de pulgada de aumento en el descentramiento en la punta, hay una reducción en la vida útil de la herramienta del 10 por ciento. Su portaherramientas de producción típico tendrá un bajo descentramiento, una alta repetibilidad y estará extremadamente bien equilibrado para altas velocidades”.

Emuge-Franken USA, West Boylston, Mass., enfatiza la importancia de la consistencia y la ubicación precisa de los agujeros perforados. Para aumentar el rendimiento de la herramienta y mejorar la calidad de las roscas generadas por sus machos o fresas de roscar, la empresa diseña y fabrica una línea completa de brocas de alta penetración, con grados de carburo con recubrimientos aplicados de PVD, afiladores de alta gama y formas de flauta y Geometrías de puntos ajustadas para adaptarse a la aplicación.

Para la realización de agujeros en aluminio, Emuge desarrolló el nuevo PunchDrill, una herramienta de alta productividad que reduce las fuerzas de mecanizado y optimiza la rotura de viruta, lo que produce ahorros en el tiempo de ciclo del 50 por ciento o más al mecanizar aleaciones de aluminio fundido con al menos un siete por ciento de contenido de silicio y aleaciones de magnesio. . PunchDrill duplica la velocidad de avance en comparación con las brocas estándar, sin aumentar la fuerza axial o la velocidad del husillo, y da como resultado tiempos de mecanizado más cortos, menos cambios de herramienta y altas tasas de eliminación de metal, además de una mayor productividad y un menor consumo de energía, según el compañía.

La geometría pendiente de patente de PunchDrill presenta un innovador rompevirutas que produce virutas cortas para controlar las fuerzas de mecanizado. Otras características incluyen tratamientos superficiales recientemente desarrollados y un recubrimiento duro similar al diamante para proporcionar una eliminación confiable de virutas y una mayor confiabilidad del proceso. PunchDrill está disponible en rangos de profundidad de perforación de hasta aproximadamente 8xD, el diámetro nominal varía de 0,129” a 0,472” (3,3-12 mm). El mecanizado se realiza con un ciclo de taladrado normal en máquinas CNC con velocidades de corte y presiones de refrigerante similares a las del taladrado convencional.

Emuge-Franken también ha desarrollado un taladro completamente nuevo, el MultiDRILL, que es un taladro multipropósito de alta tasa de penetración adecuado para fabricantes que tienen tiradas de producción en cantidades limitadas o que operan en un entorno de taller con muchos materiales, dijo la compañía. El MultiDRILL está hecho de un carburo de grano submicro con un grano ultrafino que es más duro que los grados de carburo convencionales utilizados para taladrar, al tiempo que conserva la capacidad de resistir golpes y astillas.

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