Los hitos del corte

Fabricantes y distribuidores de herramientas de corte coinciden en que, durante las últimas dos décadas, la evolución más significativa ha sido el uso de nuevos materiales, pues sin estos no habría sido posible incrementar la precisión, velocidad y repetibilidad en el mecanizado.

Desde el acero rápido, desarrollado por Frederick Taylor en 1898, y el metal duro o widia de Osram y Krupp de 1927, los materiales evolucionaron hasta llegar a las cerámicas, que entre 1960 y 1970 tuvieron una infortunada aparición en el mercado. En la década de 1980, ya mejoradas, se popularizaron con el nitruro de silicio, el nitruro de boro cúbico (CBN) y el diamante policristalino (PDC).

Con las bases de Taylor, todos estos materiales siguen vigentes; en el siglo XXI llegaron también las herramientas de cermet (cerámica metalizada), un compuesto de carburo y nitruro de titanio que compite directamente con el metal duro, aunque tiene mejores propiedades que la mayoría de los aceros y es 30 % más liviano, según explica Luis Schvab, autor de la Guía didáctica Máquinas y herramientas, editada por el Instituto Nacional de Educación Tecnológica (INET), de Argentina.

El especialista explica que durante el siglo XX y los primeros años del siglo XXI, “hemos visto reinar al acero, sus aleaciones y sus combinaciones como los materiales más utilizados en la industria en general, en la metalmecánica en particular, como los materiales más utilizados para los mecanizados en todo el mundo”, asegura, aunque prevé que eso cambiará en los próximos años debido al desarrollo de nuevos materiales.

“Hoy en día evidentemente la mejora en la producción de polvos sinterizables (molienda por ultrasonido), mejora en los revestimientos (plasma), nuevas aleaciones y supermateriales mecanizables como aleaciones de titanio, sumado a los nuevos CNC programables a más de 5 ejes, nos permiten hablar de un nuevo perfil”, dice.

También para Karlos H. Min, gerente general, y Ángel Mora, del área de Mercadotecnia de YG-1 Tools México, los cambios radicales en estos veinte años han ocurrido en los materiales base de los que están hechas las herramientas, pues los aceros convencionales evolucionaron a carburos y a elementos cerámicos e, incluso, a partículas de diamante, lo que ha significado una conversión total en los rendimientos y performance de las herramientas.

“En el pasado el fuerte de la industria era el acero de alta velocidad, brocas, rimas, machuelos; de los noventa hacia adelante todo empieza a evolucionar hacia el carburo sólido porque es una herramienta de corte con una dureza superior a la alta velocidad y obviamente en operación tiene un rendimiento superior”, explica Raúl de la Luz Cañavera, del departamento de calidad e ingeniería de aplicación de Herramientas Cleveland.

Desde la megafábrica automotriz de Henry Ford, la industria cada vez más tiene la exigencia de alcanzar altos estándares de calidad con menores costos y tiempos de desarrollo más cortos para competir en el mercado global, lo que requiere mejores tecnologías de producción flexible.

“Tan sencillo como que antes se hacían procesos uno por uno y actualmente se pueden hacer dos o tres operaciones al mismo tiempo, lo cual reduce el tiempo de ciclo y baja el costo por pieza producida”, comenta Kermith Aguilar Frías, supervisor de la Zona Sur de Seco Tools en México.

Como relata Ángel Morales, de YG-1 Tools México, hace veinte años numerosas operaciones eran hechas con un simple buril (hay muchos talleres que todavía los utilizan), pero están muy limitados, pues no pueden hacer diversas geometrías ni muchas piezas, por tiempo, debido a que el proceso es muy lento y la herramienta también.

“Con los centros de mecanizado que se tienen en la actualidad, aunados con las herramientas, se hacen miles de piezas por hora. Por ejemplo, en el torneado a un fresado que antes se podía correr a 10 m/minuto, ahora se corre a 100 m/min, pero esto es muy básico porque hay herramientas que corren muchísimo más rápido, según la maquinaria y el material que se vaya a cortar”, asegura.

Recubrimientos, insertos y refrigeración

Luis Schvab cuenta que en los últimos veinte años fueron muchos los desarrollos tecnológicos, pero que los mayores avances reales fueron los prácticos, pues hasta finales del siglo pasado la limitación a unas 42.000 rpm en los husillos de las principales máquinas-herramientas, llevaron a que los fabricantes desestimaran la posibilidad de seguir produciendo herramientas de corte que trabajaran a mayor velocidad de corte.

“Las primeras máquinas que salieron al mercado con controladores numéricos (CN) tenían bajas velocidades (un máximo de 10.000 a 15.000 revoluciones) y se consideraban máquinas de alta velocidad; ahora hablamos de 40.000 a 50.000 revoluciones por minuto. Así ha avanzado el mercado en diez años, y cuando las máquinas evolucionan, tienen más ejes y mejores condiciones, por lo cual la tecnología de las herramientas tiene que ir a la par”, añade Javier Ortiz, representante técnico de ventas de Hoffmann Group.

Luego nacieron los procesos de mecanizado de alta velocidad (MAV), el novedoso proceso de mecanizado de altos avances (MAA) y los sistemas de acabado wiper de perfilado de los filos de los insertos en los radios. Con estas máquinas se puede mecanizar de cinco a diez veces más rápido que en una máquina convencional, incluso, materiales con dureza superior a 50 HRC o paredes delgadas de 0,2 mm.

“En los últimos veinte años hemos pasado de la vorágine de alta velocidad de corte, al uso racional del herramental para una mejor productividad. Antes, un mecanizado de acero, de una pieza X, tardaba 10 minutos con herramientas de la época; hoy puede llegar a mecanizarse la misma pieza X, en tan solo 3 minutos y 30 segundos. En la misma época, era muy difícil mecanizar piezas con durezas de unos 40 HRC. Hoy se mecanizan en duro matrices y piezas con más de 60 HRC”, afirma Schvab.

En la actualidad, tampoco se puede dejar de lado que las herramientas de corte han conseguido un mayor desempeño gracias a los recubrimientos, los refrigerantes y los insertos. Todas son tecnologías aparecidas en el siglo XX, que se perfeccionaron y siguen vigentes.

Los insertos de metal duro patentados por Kennametal en los años posteriores a la segunda Guerra Mundial, se perfeccionaron y son de uso común en nuestros días. Consistían en un trozo de metal duro con dos o cuatro caras ya afiladas y rectificadas; una vez gastado el filo, solo se aflojaba, se giraba y se volvía a sujetar a una brida sin tener que reafilar la herramienta gastada, detalla Luis Schvab en su Guía didáctica.

Hacia los años setenta vinieron los recubrimientos que se aplicaban a las herramientas originales, a razón de 3 a 4 micrones de espesor (el cabello humano tiene entre 80 y 90 micrones). Esto fue el resultado de la investigación en procesos químicos y físicos que permitieron adicionar materiales cerámicos como el TiN (nitruro de titanio), el TiC (carburo de titanio), el Al203 (óxido de aluminio) y el PVD, entre otros, para incrementar la dureza de filo o tener insertos con mayor tenacidad.

Estos materiales permitieron mecanizados a más altas temperaturas: de los aceros superrápidos que soportan 600/650 ºC, pasamos al metal duro con 1.000/1.100 °C. Las herramientas de cermet y de nitruro de silicio llegan a 1.200/1.300 ºC y las de CBN a 1.500 ºC. “La herramienta ideal tendría que estar en 1.700/1.900 grados centígrados, como máximo”, según Schvab.

Las velocidades de corte también se incrementaron y se redujeron los tiempos muertos relacionados con cambios de herramienta, ya que se desarrollaron sistemas modulares y cambios rápidos, que consisten en un sistema de anclaje sencillo y uno de sujeción. Esto permitió reducir el tiempo de mecanizado, de unas horas a unos pocos segundos. Hoy, incluso, existen sistemas de anclaje por inducción magnética para portaherramientas de fresadoras o máquinas CNC.

“Hace veinte años no teníamos refrigeración interna para herramientas profundas, toda era externa, con mangueritas por fuera; la refrigeración interna en estas herramientas, de hasta veinte veces el diámetro, no tiene más de diez años. Ahora ya manejamos herramientas de longitudes muy grandes con refrigeración interna y eso ayuda, obviamente, a optimizar procesos y trabajar con las velocidades para las que los fabricantes de las máquinas las han diseñado”, dice Javier Ortiz.

Esta innovación ―complementa Kermith Aguilar, de Seco Tools México― hace más eficiente el proceso, ayuda a un mejor acabado de la pieza y contribuye a desalojar mejor la rebaba.

Waterjet, EDM, láser

En general, en los últimos años, de acuerdo con la Guía didáctica Máquinas y herramientas, han predominado las máquinas convencionales, como tornos, fresadoras, perforadoras, rectificadoras o serruchos mecánicos. En cuanto a herramientas de corte, están las de acero rápido o HSS, o soldadas de metal duro, algunos insertos de metal duro con recubrimiento, particularmente para mecanizar aceros al carbono, aceros inoxidables o algunos tipos de fundiciones de aceros o aluminio.

Sin embargo, han surgido otras tecnologías de corte complementarias como el oxicorte, el plasma, la electroerosión (EDM), el waterjet y el láser.

“El corte por chorro de agua es de los años setenta, pero solo cortaba materiales muy suaves, con agua a presión; la actual tecnología de corte por chorro de agua para materiales duros, que es un corte de agua con abrasivo, tiene prácticamente 22 años, de 1993 para acá”, explica Miguel Cervantes, gerente de ventas de Omax para Latinoamérica.

En un inicio era una tecnología cara, lenta y no tan precisa. En la actualidad, con el desarrollo de los sistemas de movimiento de las máquinas, del software y la calidad de los componentes de los equipos es posible cortar piezas muy rápido, con muy buena calidad y a muy bajo costo.

El directivo comenta que el chorro de agua o waterjet permite cortar cualquier material de hasta 12 pulgadas de espesor; lo único que no corta es el vidrio templado, de modo que puede ser una tecnología para cualquier sector industrial; además, su costo es la cuarta parte del valor de una de corte por láser.

El corte por electroerosión o EDM, según Santiago Pinales, gerente de EDM’s Nuevos y Reconstruidos, es una de las tecnologías más antiguas, y aunque no ha cambiado mucho, en los últimos veinte años los avances más significativos se basan en el software, además de ser 40 % más rápida que la de hace dos décadas.

“La única diferencia es que hace veinte años cortaba más lento por el software aplicado a la máquina, pero esta tecnología siempre ha existido y el software ahora hace que sea más veloz. En sí, la estructura, lo mecánico de la maquinaria es básicamente lo mismo, pero con el software tanto en las aplicaciones de programación como en los robots que manejan las máquinas, mejora mucho la tecnología”, afirma.

Esta es una tecnología para sectores como el automotor, el plástico y el médico, que requieren piezas sofisticadas como troqueles, moldes, punzones, matrices y herramentales para una amplia variedad de mercados. “Corta cualquier material, siempre y cuando no sea conductor de electricidad. Cuanto más duro, mejor; se recomienda para cualquier tipo de acero. Comparada con un torno o centro de mecanizado, para cortar, es más costosa, porque una hora de producción de un torno cuesta 40 % menos que en EDM, pero los trabajos son mucho más sofisticados en una EDM”, detalla Pinales.

El oxicorte es otra tecnología de corte, aunque de acuerdo con la proveedora de soluciones de corte Hypertherm, no ha evolucionado mucho. Su aplicación está limitada al acero al carbono, con un rango de espesores de corte de ¼” a 24”. También, desde los años sesenta, el corte por láser ha mejorado. Hoy hay láser de fibra, CO2 y de disco, con entrega de luz por fibra óptica o espejos, según el tipo de tecnología. Sirve para corte de materiales metálicos y no metálicos, con excelente calidad en barrenos y geometrías pequeñas, en rangos de espesor de 1 hasta 1¼” en acero al carbono.

El corte por plasma data de los años cincuenta y es uno de los más utilizados en la actualidad. Antes se usaba para cortar acero inoxidable y chapa de aluminio con espesores de 0.5 a más de 6”. En los últimos veinte años el corte por plasma evolucionó a plasma integrado, un sistema que acopla CNC, la fuente de alimentación de plasma, el control de flujo de gas, el software CAM y el sistema de control de altura para automatizar el proceso. Puede cortar cualquier metal, pero está limitado a 3” de espesor para acero al carbono.

A decir de Luis Schvab, la última parte del siglo XX generó un boom en el desarrollo de herramientas, y considera que el siglo XXI traerá más innovaciones, como las máquinas construidas a medida según la necesidad de cada cliente, y con tecnologías como el láser.

“Nuevos materiales compuestos y aleaciones de nuevos materiales, harán que el panorama de los mecanizados cambie rotundamente. Materiales como el titanio, el manganeso, aleaciones de aluminio o platino y sus combinaciones y derivados, por citar algunos, irrumpen en los mercados, entremezclándose con los materiales ya utilizados para los mecanizados convencionales”, pronostica el experto argentino.

 

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