El proceso de mecanizado de roscas puede ser diseñado para una mejor eficiencia. El primer paso es entender algunos tópicos básicos del mecanizado de roscas.
Las herramientas para tornear roscas han obtenido los mismos beneficios en cuanto a mejoras en recubrimientos y grados de materiales que las demás herramientas para tornear. Adicionalmente, ha habido mejoras de diseño en los insertos para tornear que permiten un mejor control de las virutas. Sin embargo, a pesar de estos cambios los ingenieros de manufactura tienden a dedicarle poco tiempo a la optimización de operaciones de torneado, mirando el proceso de mecanizado de roscas como una ‘caja negra’ que no se presta para mejoras incrementales. De hecho, el proceso de mecanizado de roscas puede ser diseñado para una mejor eficiencia. El primer paso es entender algunos tópicos básicos del mecanizado de roscas.
¿Por qué el torneado de roscas es más exigente?
El torneado de roscas es más exigente que las operaciones normales de torneado. Las fuerzas de corte son generalmente más altas y el radio de corte de nariz del inserto de roscar es más pequeño y, por lo tanto, más débil.
En el roscado, la velocidad de avance debe corresponder precisamente con el paso de la rosca. En el caso de un paso de 8 hilos por pulgada (tpi – threads per inch), la herramienta tiene que desplazarse a una tasa de 8 revoluciones por pulgada, o de 0,125 ipr (pulgadas por revolución). Compare esto con una aplicación normal de torneado, que tiene una velocidad de avance típica de 0,012 ipr. La velocidad de avance en el torneado de roscas es 10 veces más grande. Y las correspondientes fuerzas de corte en la punta del inserto de roscar pueden ser entre 100 y 1.000 veces más grandes.
El radio de nariz que está involucrado con esta fuerza es normalmente de 0,015″, comparado con 0,032″ de un inserto normal de torneado. Para el inserto de roscado, este radio está limitado estrictamente por el radio admisible por la forma de la rosca en la raíz, de acuerdo con lo definido en el correspondiente estándar de rosca. También está limitado por la acción de corte requerida porque el material no puede ser cortado de la misma manera que en el torneado convencional ya que podría presentarse distorsión en la rosca.
El resultado de la alta fuerza de corte y de la concentración más estrecha de fuerza es que el inserto de roscar estará sometido a mucho mayor esfuerzo que un inserto convencional de torneado.
Insertos de perfil parcial versus insertos de perfil total
Los insertos de perfil parcial, algunas veces nombrados como insertos ‘non topping‘, cortan la ranura de la rosca sin ‘dar forma’ a la parte superior o la cresta de la rosca. Un inserto puede producir un amplio rango de roscas, limitado inferiormente por el paso más basto -es decir, el número más bajo de roscas por pulgada- permitido por la resistencia del radio de nariz del inserto.
Este radio de nariz está diseñado para ser suficientemente pequeño de tal manera que pueda mecanizar varios pasos. Para pasos pequeños, el radio de nariz tiene que ser de tamaño menor. Esto significa que el inserto tiene que penetrar más profundamente. Por ejemplo, un inserto de perfil parcial mecanizando una rosca de 8 tpi requiere una profundidad de rosca de 0,108″, mientras que la misma rosca producida con un inserto de perfil total requiere tan solo la profundidad especificada de 0,81″. Por tanto, el inserto de perfil total produce una rosca más fuerte. Es más, el inserto de perfil normal puede producir la rosca en hasta cuatro veces menos pasadas de mecanizado.
Insertos multi-dientes
Los insertos multi-dientes tienen múltiples dientes en serie, con un diente dado cortando más profundamente que el diente que vino antes que él (Figura
Con uno de estos insertos, el número de pasadas requeridas para producir una rosca puede ser reducida hasta en 80%. La vida de la herramienta es considerablemente mayor que la de los insertos de un solo punto porque el diente final mecaniza solo la mitad o un tercio del metal de una rosca dada.
Sin embargo, por causa de las altas fuerzas estos insertos no son recomendados para piezas con paredes delgadas -puede producirse castañeo. También, el diseño de una pieza mecanizada con uno de estos insertos tiene que tener una cantidad suficiente de salida de rosca para permitir que todos los dientes salgan del corte.
Profundización en cada pasada
La profundidad de corte por pasada o el avance de profundización por pasada es crítica en el roscado. Cada pasada sucesiva compromete una mayor porción de borde de corte del inserto. Si el avance de profundización por pasada es constante (lo que no es recomendado), entonces la fuerza de corte y la tasa de remoción de material pueden incrementarse de una manera dramática de una pasada a la otra.
Por ejemplo, cuando se produce una rosca con una forma de 60° utilizando un avance de profundización constante por pasada de 0,010″, la segunda pasada remueve tres veces la cantidad de metal que la primera pasada. Y en cada una de las subsecuentes pasadas la cantidad de material removido continúa creciendo exponencialmente.
Para eliminar este aumento y mantener unas fuerzas de corte más realistas, la profundidad de corte debe ser reducida en cada pasada.
Métodos de profundización
Al menos cuatro métodos de avance de profundización son posibles. Muy pocos reconocen cuánto impacto puede tener la selección de estos métodos en la efectividad de la operación de roscado.
- Avance radial
Aunque este es probablemente el método más común de producir roscas, también es el menos recomendado. Como la herramienta es alimentada radialmente (perpendicular a la línea central de la pieza de trabajo), el metal es removido de ambos lados de los flancos de la rosca, obteniéndose una viruta en forma de V. Esta forma de viruta es difícil de romper, por lo que su flujo puede ser un problema. También, como ambos lados de la nariz del inserto están sujetos a alto calor y presión, la vida de la herramienta generalmente es más corta con este método que con otros métodos de profundización. - Profundización de flanco
En éste método, la dirección de avance es paralela a uno de los flancos de la rosca, lo que normalmente significa que la herramienta avanza a lo largo de una línea de 30°. La viruta es similar a la que se produce en el torneado convencional (Figura 4). Comparado con el avance radial, aquí la viruta se forma más fácilmente y es guiada hacia fuera del borde de corte, proporcionando una mejor disipación del calor. Sin embargo, con este avance el borde posterior del inserto frota a lo largo del flanco en lugar de cortar. Esto bruñe la rosca, dando como resultado un acabado pobre y, quizás, castañeo. - Avance de flanco modificado (recomendado)
Este método es similar a la profundización de flanco, excepto que el ángulo de avance es menor que el ángulo de la rosca -es decir, menor de 30°. Este método mantiene las ventajas del método de profundización de flanco a la vez que elimina los problemas del borde posterior del inserto. Un ángulo de avance de 29 1/2 grados normalmente produce los mejores resultados, pero en la práctica es probable aceptar ángulos entre 25° y 29 1/2° grados. - Avance de flanco alternante
Este método alimenta el inserto de una manera alternada a lo largo de los dos flancos de la rosca, utilizando los dos flancos del inserto para formar la rosca. Este método le proporciona una mayor vida a la herramienta por utilizar los dos lados de la nariz del inserto. Sin embargo, en éste método se pueden presentar problemas con el flujo de virutas, que afectan el acabado superficial y la vida de la herramienta. Este método es generalmente utilizado sólo para grandes pasos y para algunas formas de rosca como las Acme y las trapezoidales.
Compensación de holgura de ángulo
Algunos sistemas de insertos para roscar y de portaherramientas proporcionan la habilidad de inclinar el inserto de una manera precisa en la dirección del corte cambiando el ángulo de la hélice. Esta característica proporciona una mayor calidad de rosca porque tiende a prevenir el frotamiento del inserto contra el flanco de esta. También proporciona una mayor vida de la herramienta porque las fuerzas de corte son distribuidas igualmente en toda la longitud del borde de corte.
Un inserto que no es inclinado en esta forma -uno que tienda a mantener el borde de corte paralelo a la línea central de la pieza de trabajo- crea ángulos de holgura diferentes bajo los bordes de ataque y posterior del inserto (Figura 5). Particularmente, con pasos más grandes, esta desigualdad puede hacer que el flanco frote.
Los sistemas ajustables permiten que el ángulo del inserto sea inclinado cambiando la orientación de la cabeza del portaherramientas, generalmente utilizando calzos. El ajuste preciso hace que los bordes principal y posterior del inserto sean equivalentes, asegurando que el desgaste del borde ocurra uniformemente.
Miniaturización y especialización
Se encuentran disponibles herramientas con insertos que permiten el roscado interno de huecos hasta de 0,3″ de diámetro. La producción de roscas para estos pequeños orificios por medio del torneado ofrece muchas ventajas. Generalmente, la calidad de la rosca formada es superior y el diseño del inserto permite que las virutas fluyan hacia fuera del orificio con un muy pequeño daño de la rosca. Además, la posibilidad de indexar la herramienta hace que los costos de las herramientas disminuyan.
El carburo utilizado para estas aplicaciones es, generalmente, de un grado que permite mecanizar a velocidades superficiales bajas. Para una aplicación de roscado interno en un hueco pequeño, las limitaciones de la máquina-herramienta por baja velocidad superficial, generalmente, no son un problema.
Las mejoras tecnológicas han expandido el rango de aplicación de las herramientas de torneado de roscas. La tendencia al torneado interno de roscas para orificios pequeños es un ejemplo de esto. Sin embargo, a pesar del amplio rango de herramientas estándar los fabricantes continúan encontrando problemas especiales que justifican las herramientas especiales (Figura 6). Las herramientas especiales desarrolladas en cooperación con el proveedor son una opción que no puede despreciarse cuando se busca la herramienta correcta para roscado en un trabajo particular.
Fuente: https://blog.aboutamazon.com/sustainability/how-amazon-is-investing-in-a-circular-economy
