¿Mecanizado de superaleaciones resistentes al calor? ¡Agárrense fuerte!

La probabilidad de que una herramienta se deslice o se salga de su portaherramientas durante el trabajo aumenta a medida que más talleres optan por superaleaciones resistentes al calor – acero inoxidable, Inconel, titanio y otros – en lugar de aluminio. Estos metales son ligeros, fuertes y resistentes a la corrosión, pero muy difíciles de mecanizar. Aquí hay algunas ideas sobre el desgaste de herramientas en estas aplicaciones que pueden ayudar a seleccionar el portaherramientas adecuado para su trabajo.

El día en que una herramienta se deslice o se salga de su portaherramientas durante el trabajo en una pieza aeroespacial es un muy mal día. He recibido esa llamada de gerentes de planta y no es nada agradable. A medida que más talleres optan por superaleaciones resistentes al calor (HRSA) – acero inoxidable, Inconel, titanio y similares – en lugar de aluminio, la probabilidad de estos errores aumenta. Estos metales son ideales para fabricantes aeroespaciales: son ligeros, pero lo suficientemente fuertes y resistentes a la corrosión para lograr la rigidez y durabilidad requeridas tanto en componentes de motor como estructurales con menos material. Sin embargo, estas mismas propiedades los hacen muy, muy difíciles de mecanizar. Requieren altas fuerzas de corte, generan calor extremo en la punta de la herramienta y las virutas son difíciles de romper.

Las tolerancias tienden a reflejar lo que vemos en piezas de transmisión automotriz de metales más comunes: unas pocas décimas de pulgada de diferencia entre una pieza buena y una pieza rechazada. Pero la penalización por una pieza rechazada aquí es completamente diferente. Algunas forjas aeroespaciales HRSA cuestan entre $20,000 y $40,000, y eso antes de que la primera herramienta comience a trabajar. Además, con cuatro, cinco e incluso seis caras que a menudo requieren corte, estas piezas pueden tardar días en terminarse. Empezar de nuevo es un costo elevado por sí mismo. Los proveedores de herramientas han desarrollado fresas de alto rendimiento muy agresivas con hélices altas y geometrías positivas que eliminan material mediante acción de corte para mecanizar eficazmente estos metales. Las fresas de nudillos incluso han añadido geometrías similares a dientes para un mejor agarre del material. De hecho, las geometrías de estos cortadores cada vez se parecen más a las de un tornillo.

Ahora imagínese esto: sostiene un perno por las roscas entre el pulgar y el índice, y con la otra mano empieza a girar el perno. Esas roscas comenzarán a salir de sus dedos sin importar cuán fuerte las apriete. Un cortador de fresado con un ángulo de hélice de 35° interactuando con una pieza no es muy diferente. Además, los cortadores se desgastan rápidamente con estos metales. Piense en cortar un filete con un cuchillo de mantequilla en lugar de un cuchillo de carne. Su mano tiene que trabajar mucho más. Lo mismo puede decirse de un portaherramientas con un cortador que se está embotando. Claro, los mandriles de alto rendimiento, de contracción, fresado y pinza confían en la fricción y no deberían experimentar deslizamiento o extracción. Pero cuando se combina el desgaste de la herramienta con ángulos de corte altos, fuerzas de corte y estrés axial, y los portaherramientas se empujan a niveles extremos, entonces el deslizamiento o la extracción se vuelven posibilidades muy reales.

Los fabricantes aeroespaciales siempre han trabajado con los metales más resistentes. Hace años, la Sociedad Nacional de Aeronáutica hizo un esfuerzo para ayudar a los metalúrgicos de su industria a prevenir la extracción de la herramienta y sus devastadores resultados. Su solución fue el Weldon flat, un bloqueo lateral mecánico con una llave positiva en el portaherramientas que elimina la extracción. Este estilo se convirtió en el portaherramientas preferido de la industria y todavía se utiliza ampliamente hoy en día. Pero aquí está el problema: fueron concebidos mucho antes de que las HRSA se popularizaran y las herramientas de fresado tuvieran geometrías tan complejas. Como resultado, los talleres encontrarán que son de tres a cuatro veces menos eficientes que los portaherramientas de alto rendimiento en HRSA.

En resumen, tenemos portaherramientas de alto rendimiento que cumplen con exigentes requisitos de tolerancia y extienden la vida útil del cortador, pero que conllevan un ligero riesgo de extracción o deslizamiento durante el ciclo. Y tenemos el portaherramientas lateral establecido que no permite que la herramienta se deslice, pero no puede igualar la eficiencia o precisión de su contraparte de alto rendimiento. Ambas son opciones razonables, pero aún implican cierto riesgo.

Otro tipo de portaherramientas intenta combinar lo mejor de ambos. Llamamos al nuestro Mega Perfect Grip, que cuenta tanto con el sistema Weldon flat como con un mandril de alto rendimiento. El portaherramientas actúa como una especie de seguro, evitando días y decenas de miles de dólares en contratiempos sin sacrificar la alta precisión. Es un concepto relativamente nuevo, por lo que comprensiblemente aún no está ampliamente adoptado. Los gerentes de planta interesados en este tipo de portaherramientas suelen decir algo como: “Simplemente no puedo permitir que una herramienta se deslice de nuevo”, en lugar de: “Quiero prevenir que una herramienta se deslice” – reactivo, no proactivo. He viajado por todo el mundo durante más de dos décadas probando configuraciones y herramientas en materiales exóticos, tratando de ayudar a los talleres a resolver sus problemas más difíciles. Las propiedades únicas y los costos asociados con el material de desecho hacen que las pruebas que he realizado en HRSA sean de las más difíciles que he encontrado.

Depende de cada taller realizar su propio análisis de riesgo/recompensa y costo/beneficio, pero le diré esto: como mínimo, debería familiarizarse íntimamente con cómo se desgastan las herramientas en estos cortes y seleccionar cuidadosamente sus portaherramientas. ¿Vale la pena invertir en el portaherramientas adecuado desde el principio para evitar ese día realmente, realmente malo?