Profundizaremos en el tema de las vibraciones durante el torneado y mandrinado de un componente mecánico, analizando sus causas y efectos.
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Profundizaremos en el tema de las las vibraciones durante el torneado y mandrinado de un componente mecánicoanalizar sus causas y efectos. A continuación, pasaremos a la definición de soluciones útiles para contener este fenómeno.
El término vibración se refiere a una oscilación mecánica en torno a un punto de equilibrio. Las vibraciones son un fenómeno indeseable en mecánica; causan pérdida de energía y crean sonidos y ruidos no deseados. Las vibraciones también pueden causar daños a la herramienta utilizada, a la máquina y a la pieza.
La generación de ruido y vibraciones viene determinada por tres aspectos principales:
El enfoque básico del control de las vibraciones en el mecanizado consiste en aumentar la rigidez de los elementos del sistema. Para limitar los movimientos no deseados, la máquina herramienta debe construirse con elementos estructurales rígidos y pesados, reforzados con hormigón u otro material que absorba las vibraciones, como el hierro fundido. Los cojinetes y casquillos de la máquina deben tener tolerancias estrechas y ser robustos.
Para maximizar la rigidez, la barra de mandrinar o tornear debe ser lo más corta posible, pero lo suficientemente larga para acceder a la profundidad del agujero o componente. El diámetro de la barra de mandrinar debe ser tan grande como permita el diámetro del orificio, sin dejar de permitir una evacuación eficaz de la viruta.
Al formarse y romperse las virutas, las fuerzas de corte aumentan y disminuyen. Estas variaciones se convierten en una fuente de vibraciones, que a su vez pueden crear una resonancia en la propia frecuencia del portaherramientas o de la máquina, con lo que se autoalimentan o incluso aumentan. Otras fuentes de vibraciones son las herramientas desgastadas o las herramientas que no realizan una pasada lo suficientemente profunda. Éstas provocan inestabilidad en el proceso o resonancia en la misma frecuencia natural que el husillo o la herramienta, generando vibraciones no deseadas.
Una barra de mandrinar larga o un voladizo alto de la barra de torneado pueden causar vibraciones en la máquina. El enfoque básico para controlar las vibraciones consiste en utilizar herramientas cortas y rígidas. Cuanto mayor sea la relación entre la longitud y el diámetro de la barra, mayor será la posibilidad de que se produzcan vibraciones.
Los distintos materiales de las barras ofrecen un comportamiento diferente. Las barras de acero suelen ser resistentes a las vibraciones hasta una relación de barras (longitud:diámetro) de 4:1. Las barras de metal pesado, fabricadas con aleaciones de wolframio, son más densas que el acero y pueden soportar relaciones L:D de hasta 6:1. Las barras de metal duro ofrecen mayor rigidez y permiten relaciones L:D de hasta 8:1. Este último tipo de barra, sin embargo, tiene el inconveniente de su elevado coste, sobre todo en barras grandes.
Una forma alternativa de abordar el problema de las vibraciones consiste en utilizar una barra amortiguadora ajustable. Esta herramienta incorpora un amortiguador interno de masa resonante, diseñado para resonar fuera de fase con las vibraciones no deseadas, absorber energía y minimizar la amplitud de las vibraciones. El sistema STMD ® de MAQ AB, por ejemplo, incorpora un amortiguador de vibraciones autorregulable consistente en una masa de material de alta densidad suspendida en el interior de la barra portaherramientas mediante elementos de amortiguación axial. El amortiguador de masa absorbe inmediatamente la vibración cuando se transmite de la herramienta de corte al cuerpo de la barra.
El control activo de las vibraciones, más complejo y costoso, puede estar representado por dispositivos electrónicos capaces de detectar las vibraciones y por actuadores secundarios, también electrónicos, para producir un movimiento vibratorio en el portaherramientas que anule las vibraciones no deseadas inducidas por el mecanizado.
Las piezas a mecanizar deben colocarse con precisión y sujetarse firmemente dentro de la máquina herramienta. Los elementos de sujeción deben diseñarse teniendo en cuenta la sencillez y la rigidez, y deben colocarse lo más cerca posible de las operaciones de corte. Desde el punto de vista de la pieza, las regiones de paredes finas, soldadas o sin soporte están sujetas a vibraciones cuando se mecanizan. Estas paredes deben rediseñarse para mejorar la rigidez.
Se pueden adoptar varias estrategias de procesamiento para minimizar las tendencias a la vibración:
Una fuerza radial menor produce menos desviación radial y menos problemas de vibración. Para obtener los mejores resultados, es preferible utilizar una profundidad de corte radial mayor que el radio de la punta cuando se utiliza un ángulo de registro de 90° (ángulo de ataque de 0°). Si la profundidad radial de corte es menor, un ángulo de registro de 45° ofrece los mismos resultados.
Redirigir las fuerzas puede reducir la flexión:
Un ángulo de ajuste lo más próximo posible a 90° (ángulo de ataque de 0°) maximiza la porción de fuerza de avance que retorna de la pieza en dirección axial. Una fuerza en dirección axial genera menos desviación de la herramienta que fuerzas iguales en dirección radial.
Para el giro interno, el ángulo de registro nunca debe ser inferior a 75° (ángulo de ataque de 15°).
Cuanto más positivo sea el ángulo de inclinación, menores serán las fuerzas de cizallamiento necesarias para mecanizar el componente. Menores fuerzas de cizallamiento significan menos flexión.
Menos fuerza en la dirección radial genera menos desviación radial.
El mandrinado profundo se diferencia de otras operaciones de mecanizado en que el filo de corte actúa en el agujero a gran distancia de la conexión de la máquina. El torneado interior profundo presenta condiciones similares y estas dos operaciones, mandrinado y torneado, pueden tener que mecanizar agujeros con cortes interrumpidos, como carcasas de bombas o compresores. El saliente de la herramienta viene dictado por la profundidad del agujero y puede hacer que la barra de mandrinar o la herramienta de torneado se desvíen hasta una longitud mayor.
La flexión aumenta las fuerzas variables del proceso de corte y puede provocar vibraciones y vibraciones que degradan la calidad superficial de la pieza, desgastan o rompen rápidamente las herramientas y dañan los componentes de la máquina herramienta, como los husillos. Las fuerzas variables son el resultado de desequilibrios en los componentes de la máquina, falta de rigidez del sistema o vibraciones inducidas de los elementos del sistema. Las presiones de corte también cambian a medida que la herramienta se somete a ciclos de carga y descarga mientras se forman y rompen virutas. Los efectos negativos de las vibraciones incluyen un mal acabado superficial, dimensiones imprecisas de los agujeros, desgaste rápido de la herramienta, reducción de la velocidad de arranque, aumento de los costes de producción y daños en los portaherramientas y las máquinas herramienta.
Tecnología de absorción de armónicos autoajustable (STMD del inglés Amortiguador de masas autoajustable) es la mejor tecnología del mercado actual. El concepto básico de «amortiguador de masa» se conoce desde hace años y se aplica en muchos sectores: rascacielos, puentes, herramientas, maquinaria, etc.
La innovación tecnológica aportada al mercado por la empresa sueca MAQ-AB, titular de las patentes internacionales, reside en la capacidad del sistema para adaptarse a la frecuencia natural de vibración del conjunto máquina-herramienta. De hecho, esta frecuencia viene dictada por numerosos factores (el tipo de suelo, el anclaje de la máquina-herramienta, el estado de desgaste de los cojinetes del husillo, las tolerancias de acoplamiento del sistema portaherramientas, etc.); dos máquinas idénticas, montando la misma herramienta en el mismo saliente, tendrán sin duda frecuencias de vibración diferentes. Esta capacidad de adaptación a la frecuencia de vibración permite a las herramientas MAQ-AB alcanzar un rendimiento óptimo en cualquier exposición de la herramienta. Es decir, el usuario no tiene que hacer ninguna calibración y la herramienta siempre rinde al máximo, independientemente de la relación entre la longitud expuesta y el diámetro de la barra utilizada.
Gaspari Utensili es el distribuidor oficial de las barras antivibratorias MAQ-AB para Italia. Puedes encontrar el catálogo de barras estándar en la sección de descargas del sitio. También podemos fabricar barras especiales bajo pedido, incluso de grandes dimensiones (hasta ø500 mm y longitud 10Xd), desarrolladas según un diseño especial.