Herramientas que se utilizan en el torno cnc

El torneado por Control Numérico Computadorizado (CNC) es un pilar fundamental de la fabricación moderna. Este proceso, en el que una herramienta de corte elimina material de una pieza en rotación para crear formas cilíndricas, es crucial en industrias de alta exigencia como la aeroespacial, automotriz y médica. El potencial de las máquinas CNC solo se materializa con la selección y aplicación correcta de su componente más crítico: la herramienta de corte.

La herramienta de corte es el nexo entre la máquina y la pieza, el punto donde las instrucciones digitales se convierten en realidad física. La elección informada del material de la herramienta, su geometría y su sistema de sujeción influyen directamente en todas las métricas de rendimiento:

• Precisión dimensional.

• Calidad del acabado superficial.

• Duración de los ciclos de producción.

• Rentabilidad y competitividad de la operación.

Tipos de herramientas para torno CNC

Para comprender la amplia gama de herramientas disponibles, es necesario clasificarlas según su función, estructura y dirección de corte.

Clasificación por operación de mecanizado

Esta clasificación agrupa las herramientas según la tarea específica para la que fueron diseñadas. Las operaciones principales incluyen:

• Herramientas de torneado (cilindrado): Para reducir el diámetro exterior de la pieza.

• Herramientas de refrentado: Para mecanizar la cara frontal de la pieza.

• Herramientas de mandrinado: Para agrandar o acabar diámetros interiores.

• Herramientas de ranurado: Para crear canales o ranuras de un ancho específico.

• Herramientas de tronzado: Para cortar la pieza terminada del material en bruto.

• Herramientas de roscado: Para generar roscas internas o externas.

• Herramientas de biselado (chaflanado): Para crear un borde inclinado.

• Herramientas de formado: Con un perfil específico para crear geometrías complejas en una sola pasada.

Clasificación por estructura constructiva

La arquitectura física de la herramienta define su rigidez, coste y modularidad.

• Tipo integral (monobloque): Toda la herramienta está fabricada en una sola pieza de material (ej. HSS o carburo sólido). Ofrece una excelente rigidez, pero una vez que el filo se desgasta, toda la herramienta debe ser reemplazada o reafilada.

• Tipo de soldadura (soldada): Consiste en una punta de material duro (ej. carburo) soldada a un vástago de acero más económico. Fue una solución popular antes del auge de las herramientas intercambiables.

• Tipo de abrazadera (portaplaquitas o intercambiable): Es el sistema dominante en el mecanizado CNC moderno. Se compone de un portaherramientas reutilizable que sujeta una plaquita de corte (inserto) reemplazable. Cuando el filo se desgasta, la plaquita se gira o se sustituye de forma rápida y económica.

Clasificación por dirección de avance

La "manualidad" de la herramienta determina la dirección en la que puede cortar eficazmente.

• Herramienta a derecha (Right-Hand): Es el tipo más común, diseñada para mecanizar avanzando desde el contrapunto (derecha) hacia el cabezal (izquierda).

• Herramienta a izquierda (Left-Hand): Diseñada para la operación inversa, cortando desde el cabezal hacia el contrapunto.

• Herramienta neutra: No tiene una dirección de corte preferente y puede mecanizar en ambas direcciones, siendo útil para operaciones de perfilado y contorneado.

Materiales más usados en herramientas de corte CNC

El rendimiento de una herramienta está intrínsecamente ligado a las propiedades del material de su filo. El material ideal debe tener una combinación óptima de dureza (resistencia al desgaste) y tenacidad (resistencia a la fractura).

• Aceros de alta velocidad (HSS): Son aleaciones de acero complejas con una tenacidad superior a otros materiales, lo que les permite resistir golpes y cortes interrumpidos. Se utilizan en operaciones de baja velocidad, en máquinas menos rígidas y para materiales blandos como aluminio o aceros de bajo carbono.

• Metales duros (carburos cementados): Son los más versátiles y utilizados en el torneado CNC. Consisten en partículas duras de carburo de tungsteno (WC) cementadas en una matriz de cobalto (Co). Ofrecen una excelente dureza en caliente y resistencia al desgaste, permitiendo velocidades de corte muy superiores a las del HSS.

• Cermets y cerámicas: Los cermets ofrecen mayor resistencia al desgaste que los carburos y producen acabados superficiales excepcionales, siendo preferidos para operaciones de acabado a alta velocidad. Las cerámicas, aún más duras y resistentes al calor, permiten velocidades de corte extremadamente altas pero son muy frágiles. Se usan en el mecanizado de fundición gris y aceros endurecidos.

• Materiales superduros (CBN y PCD):

• Nitruro de boro cúbico (CBN): Es el segundo material más duro conocido y es la elección para el "torneado en duro" (mecanizado de aceros con dureza superior a 45 HRC), fundiciones y superaleaciones.

• Diamante policristalino (PCD): Es el material de herramienta más duro disponible. Ofrece una resistencia al desgaste inigualable. No es adecuado para mecanizar aceros debido a su reactividad química con el hierro. Su aplicación se centra en materiales no ferrosos (aluminio, cobre) y materiales muy abrasivos (composites, plásticos reforzados).

• Recubrimientos (PVD y CVD): Son capas cerámicas muy finas que se depositan sobre un sustrato (generalmente carburo) para mejorar sus propiedades superficiales sin comprometer la tenacidad del núcleo.

• CVD (Deposición química de vapor): Produce recubrimientos gruesos ideales para desbaste a altas velocidades en aceros y fundiciones.

• PVD (Deposición física de vapor): Produce recubrimientos más finos y lisos, preferidos para operaciones de acabado y para mecanizar materiales que tienden a adherirse al filo, como aceros inoxidables y superaleaciones.

Cómo se elige la herramienta adecuada para cada operación

La selección de la herramienta óptima debe seguir un proceso lógico y sistemático para asegurar que todas las variables críticas sean consideradas.

1. Análisis de la pieza y el material: El punto de partida es siempre la pieza. Se debe identificar el material (aceros, inoxidables, fundiciones, etc.) para seleccionar el grado (material y recubrimiento) de la plaquita. También se deben analizar la geometría, las tolerancias y los requisitos de acabado superficial.

2. Definición de la operación: Se debe determinar el tipo de mecanizado (cilindrado, ranurado, etc.) y distinguir claramente entre desbaste (prioriza la remoción de material) y acabado (prioriza la precisión y la calidad superficial).

3. Selección de la geometría de la plaquita:

• Ángulo de punta: Un ángulo grande (ej. 80°) proporciona un filo resistente, ideal para desbaste, mientras que un ángulo pequeño (ej. 35°) ofrece mayor accesibilidad para perfiles complejos.

• Tamaño de la plaquita: Debe ser proporcional a la profundidad de corte para garantizar la estabilidad.

• Radio de punta (RE): Un radio grande permite mayores avances y da un filo más fuerte, pero puede causar vibración. Un radio pequeño reduce la vibración y permite mejores acabados, pero limita el avance.

4. Selección del grado y rompevirutas: Basado en el material y la operación, se selecciona el grado de carburo y el recubrimiento (CVD para desbaste de aceros, PVD para inoxidables y acabado). Se elige un rompevirutas que corresponda al rango de avance y profundidad de corte para asegurar un control de viruta adecuado.

5. Selección del portaherramientas: Se debe elegir un portaherramientas que ofrezca la máxima rigidez (el voladizo más corto posible) y que garantice un acceso libre a la zona de mecanizado sin riesgo de colisión.

Consejos para usar correctamente las herramientas de torno CNC

El uso y mantenimiento adecuados son cruciales para optimizar la vida útil de la herramienta y la eficiencia del proceso.

Diagnóstico y gestión del desgaste de la herramienta

El desgaste es un proceso inevitable que proporciona información valiosa sobre el mecanizado. Monitorear el desgaste es clave para prevenir fallos catastróficos. Los tipos comunes de desgaste y sus soluciones son:

• Desgaste de flanco: Causado principalmente por una velocidad de corte demasiado alta. La solución es reducir la velocidad o seleccionar un grado más resistente al desgaste.

• Craterización: Formación de un cráter en la cara de la herramienta, causada por altas temperaturas. La solución es usar un recubrimiento más grueso (tipo CVD) o reducir la velocidad.

• Filo de aportación (BUE): Material de la pieza soldado al filo, común a bajas velocidades. La solución es aumentar la velocidad de corte o usar un recubrimiento más liso (tipo PVD).

• Melladuras/astillamiento: Pequeñas fracturas en el filo, a menudo por falta de tenacidad o vibraciones. Se soluciona seleccionando un grado más tenaz o reduciendo el avance.

Aplicación de refrigerantes

El fluido de corte o refrigerante tiene múltiples funciones: reducir la temperatura, lubricar, proteger contra la corrosión y ayudar a evacuar la viruta.

• Refrigeración por inundación: Es el método tradicional, que aplica un gran volumen de refrigerante a baja presión.

• Refrigeración de alta presión (HPC): Dirige chorros de refrigerante a alta presión directamente al filo de corte. Es extremadamente eficaz para romper y evacuar la viruta, permitiendo aumentos significativos en los parámetros de corte.

Mantenimiento preventivo de la máquina

Una máquina mal mantenida puede inducir vibraciones o imprecisiones que causan un desgaste prematuro de la herramienta. Un programa de mantenimiento regular que incluya limpieza, verificación de lubricantes, inspección de la alineación y calibración de los ejes es crucial para asegurar una plataforma estable y precisa para que las herramientas funcionen correctamente.