¿Cómo optimizar el roscado en un torno?

El torneado de roscas suele ser más riguroso que el resto de las operaciones 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 débil.

Aunque las herramientas para tornear roscas han sido mejoradas en los últimos tiempos y el diseño de los insertos permite ahora tener un mayor control de las virutas, suele creerse que se trata de operaciones que no permiten mejoras incrementales, es decir, de operaciones que no pueden optimizarse para lograr mejores resultados.

Pero esto es una creencia errónea. El torneado de roscas puede hacerse mucho más eficiente si entendemos algunos conceptos básicos de este proceso.

Más exigente

Como ya se dijo anteriormente, el roscado en un torno es un proceso muy exigente. 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). 

Si comparamos con una operación normal de torneado, la velocidad de avance es de 0,012 ipr. Es decir, en el torneado de roscas es 10 veces mayor. Además, las 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.

Todo esto hace que el inserto de roscar esté sometido a un mayor esfuerzo que un inserto convencional de torneado.

¿Insertos de perfil parcial o de perfil total?

Los insertos de perfil parcial -también llamados “non topping”- cortan la ranura de la rosca sin dar forma a la parte superior o la cresta de la rosca (figura 1).

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". 

Entonces, 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 (figura 2) se caracterizan porque un diente siempre cota más profundamente que el diente anterior. Esto permite reducir en un 80% el número de pasadas requeridas para hacer una rosca. 

La vida útil de la herramienta es mucho mayor que la de los insertos de un solo punto, ya que el diente final mecaniza sólo la mitad o un tercio del metal de cada rosca.

Sin embargo, estos insertos no son recomendados para piezas con paredes delgadas, ya que su gran fuerza puede producir castañeo.

Otro punto importante a considerar es que, al utilizar estos insertos, el diseño de la pieza mecanizada debe 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 clave en el roscado. Cada pasada 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.

Por esto es importante que la profundidad de corte sea reducida en cada pasada.

Existen al menos cuatro métodos de avance de profundización:

-Avance radial: Es el más común y 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. Además, como ambos lados de la nariz del inserto están sujetos a alto calor y presión, la vida de la herramienta generalmente es más corta.

-Profundización de flanco: En este caso, la dirección de avance es paralela a uno de los flancos de la rosca, es decir, la herramienta suele avanzar a lo largo de una línea de 30°. La viruta es similar a la que se produce en el torneado convencional (Figura 3), pero 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: Este es el método más recomendado. Es similar al anterior, pero en este caso, el ángulo de avance es menor de 30°. De esta manera, se eliminan 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: El inserto se alimenta de manera alternada a lo largo de los dos flancos de la rosca. La ventaja de este método es que le da mayor vida útil a la herramienta por usar los dos lados de la nariz del inserto. Sin embargo, puede presentar problemas con el flujo de virutas, que afectan el acabado superficial. 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 permiten inclinar el inserto de una manera precisa en la dirección del corte, cambiando el ángulo de la hélice. Esto otorga una mayor calidad de rosca porque tiende a prevenir el frotamiento del inserto contra el flanco. Al mismo tiempo, 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 crea ángulos de holgura diferentes bajo los bordes de ataque y posterior del inserto (Figura 4). 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 

Existen 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.

Las herramientas especiales desarrolladas en cooperación con el proveedor son una opción que no puede dejarse de lado cuando se busca la herramienta correcta para roscado en un trabajo particular.

 

 

 

 

 

 


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