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Herramientas de corte para el mecanizado de árboles de levas: Guía de selección de herramientas
Encontrar las herramientas de corte adecuadas para el mecanizado de árboles de levas es la diferencia entre un motor de alto rendimiento y un montón de chatarra. Debe equilibrar la velocidad con la precisión porque los árboles de levas pasan de etapas de torneado suave a etapas de rectificado duro. Esta guía le muestra cómo seleccionar herramientas que reduzcan su coste por pieza.
Visión general de las etapas de mecanizado del árbol de levas y herramientas
La producción de árboles de levas es un proceso de varias fases. Se empieza con una fundición o forja en bruto y se termina con una superficie endurecida con acabado de espejo.
Torneado en bruto y mecanizado de chaveteros
En primer lugar, debe eliminar grandes cantidades de material de los muñones. El muñón es la parte del eje que permanece en los cojinetes del bloque del motor. Normalmente se utiliza insertos de carburo aquí. El objetivo es conseguir altos índices de arranque de metal sin romper la herramienta. Dado que el material suele ser irregular en esta fase, las herramientas deben realizar cortes interrumpidos.
Fresado de desbaste y semiacabado de levas
A continuación, se centran en los lóbulos. Son las piezas en forma de huevo que abren las válvulas. El fresado de estas piezas es difícil porque la trayectoria de la herramienta no es un círculo simple. Se necesitan fresas que puedan manejar los ángulos cambiantes del lóbulo. La mayoría de los talleres utilizan fresas indexables para que el proceso sea rápido y los costes bajos.
Mecanizado y rectificado de acabado postendurecimiento
Tras el desbaste, el árbol de levas suele someterse a un tratamiento térmico para mejorar la dureza superficial y la resistencia al desgaste. Tras el tratamiento térmico, las superficies endurecidas del árbol de levas suelen requerir soluciones de rectificado o torneado en duro. Para las operaciones de torneado duro o acabado duro, suelen preferirse las plaquitas de CBN por su resistencia al calor y al desgaste. En esta fase, el objetivo es conseguir la tolerancia, el acabado superficial y la precisión de perfil necesarios para un rendimiento estable del motor.
Plaquitas y fresas de metal duro
El carburo es la principal herramienta de la industria del árbol de levas. Es lo bastante resistente para las primeras fases y lo bastante barato para la producción de grandes volúmenes.
Para qué se utilizan las plaquitas de metal duro
El metal duro se utiliza para el torneado y el fresado de los lóbulos. Estas herramientas son buenas para eliminar la piel exterior de una pieza fundida. Se busca una herramienta que se mantenga afilada a pesar de la naturaleza abrasiva del hierro fundido o el acero forjado.
Calidades de plaquitas y revestimientos
El material de su árbol de levas lo cambia todo.
Para hierro fundido
Debe elegir Metal duro de clase K. Son muy duros y resisten el desgaste causado por las escamas del hierro.
Para acero forjado
Necesita metal duro de clase P. Estos carburos son más resistentes a las virutas fibrosas que produce el acero.
Revestimientos
Busque revestimientos de AlTiN. Este revestimiento actúa como un escudo térmico. Le permite hacer funcionar la máquina más rápido sin quemar la herramienta.
Fresas de metal duro indexables y fresas de mango macizo
Tiene dos opciones principales para fresar los lóbulos. Fresas indexables utilizar plaquitas pequeñas que se pueden voltear cuando se desafilan. Esta es la opción más común para las grandes fábricas porque ahorra dinero. Sin embargo, para árboles de levas muy pequeños o complejos, utilice fresas de metal duro. Ofrecen mayor precisión, pero son más caros de sustituir.
Preparación de bordes, rompevirutas y forma de inserción
La preparación del filo es la forma en que se redondea el filo. Un filo afilado es bueno para materiales blandos, pero se rompe con facilidad. Un filo redondeado es más fuerte para desbastar. También se necesita un buen rompevirutas. Si las virutas no se rompen, se enrollarán alrededor del árbol de levas y rayarán el acabado. Para la forma, una forma CNMG es muy popular porque es fuerte y tiene cuatro filos.
Plaquitas CBN para acabado duro
Tras el temple, las plaquitas de metal duro convencionales no suelen ser la primera opción para el mecanizado de acabado, especialmente cuando la dureza superficial es superior a 45-50 HRC. En estas condiciones, las plaquitas de CBN suelen utilizarse para el torneado en duro o el acabado en duro, ya que ofrecen mayor resistencia al desgaste y estabilidad térmica en superficies templadas.
Por qué los levas endurecidas requieren CBN
Las superficies endurecidas suelen tener entre 50 y 65 HRC (dureza Rockwell). En este rango de dureza, las plaquitas de metal duro convencionales pueden desgastarse rápidamente, astillarse con facilidad o no mantener un acabado superficial estable ni la precisión dimensional. El CBN es el segundo material más duro después del diamante. Se mantiene estable a las altísimas temperaturas que se dan en el mecanizado de acabado.
Plaquitas CBN macizas vs. Plaquitas CBN con punta
Verá dos tipos de herramientas CBN.
Plaquitas de CBN sólido (Macizas)
Toda la plaquita es de CBN. Son muy caras, pero se pueden utilizar por ambos lados y soportan muy bien el calor.
Sólo la esquina de una plaquita de metal duro tiene un pequeño trozo de CBN soldado. Son mucho más baratas y funcionan bien para cortes ligeros de acabado. En este caso, sólo se necesita un filo de corte.
Selección del grado de CBN
La selección del grado depende del aglutinante utilizado para mantener unidos los cristales de CBN.
Alto contenido en CBN
Lo mejor para cortes interrumpidos, especialmente cuando se nota que la herramienta golpea repetidamente la superficie.
Contenido bajo en CBN
Lo mejor para el acabado continuo de las revistas para obtener una superficie lisa y brillante.
Torneado en duro vs. Fresado en duro con CBN
El CBN se puede utilizar de dos formas. El torneado duro es como el torneado normal pero en una pieza endurecida. Suele ser más rápido que molienda. En algunas aplicaciones, el fresado en duro o el mecanizado en duro pueden reducir parte de la carga de trabajo del rectificado, pero el rectificado sigue utilizándose ampliamente cuando se requiere una precisión de perfil y un acabado superficial muy ajustados.
Cómo seleccionar la herramienta de corte adecuada
Debe elegir sus herramientas basándose en la realidad de su taller, no sólo en un catálogo.
Material y dureza de la pieza
En primer lugar, compruebe el material. ¿Es hierro fundido enfriado? ¿O es una aleación de acero nitrurado? El hierro enfriado es muy abrasivo, por lo que necesita una herramienta con alta resistencia al desgaste. Si la pieza ya está templada, debe utilizar CBN.
Fase de mecanizado
No utilice una herramienta de acabado para un trabajo de desbaste. Las herramientas de desbaste necesitan una macrogeometría resistente. Las herramientas de acabado necesitan microprecisión para alcanzar tolerancias estrictas.
Volumen de producción y coste por filo
Si se fabrican 100.000 árboles de levas al año, el precio de una plaquita es menos importante que su duración. Usted quiere una herramienta que pueda funcionar durante todo un turno sin necesidad de cambiarla. Esto reduce los tiempos de inactividad.
Rigidez de la máquina y refrigerante
Las herramientas CBN odian las vibraciones. Si su máquina es antigua, el CBN se astillará. También tiene que decidir sobre el refrigerante. Algunas herramientas CBN funcionan mejor en seco porque el calor ayuda al proceso de corte. Sin embargo, para el desbaste con metal duro, el refrigerante de alta presión suele ser mejor para eliminar las virutas.
Matriz de selección de herramientas de referencia rápida
| Etapa de mecanizado del árbol de levas | Estado del material | Herramienta de corte recomendada | Objetivo principal / Beneficio |
|---|---|---|---|
| Torneado basto de diarios | Fundición en bruto / forja / acero dulce | Plaquitas de metal duro | Alto rendimiento de arranque de viruta, buena resistencia del filo, adecuado para desbastar superficies inestables |
| Semiacabado del diario | Material blando o preendurecido | Plaquitas de metal duro recubiertas | Mejor control dimensional y mayor consistencia superficial antes del tratamiento térmico |
| Desbaste de levas | Blando / materia prima | Fresa de metal duro indexable | Eliminación rápida y rentable de material para el perfilado de lóbulos |
| Fresado semiacabado de levas | Material blando o preendurecido | Fresa de metal duro / fresa de metal duro macizo | Control más estable del perfil y mejor preparación para el tratamiento térmico o el acabado |
| Giro brusco de los diarios | Superficie endurecida | Plaquitas CBN con punta | Buena elección para acabados ligeros, superficies estables y mejor coste por canto |
| Acabado duro de levas | Superficie endurecida | Plaquitas CBN con punta / calidad CBN seleccionada | Adecuado para el acabado de superficies templadas en las que se requiere resistencia al desgaste y calidad superficial |
| Mecanizado duro pesado interrumpido | Material endurecido con corte interrumpido | Plaquitas CBN macizas / grado CBN de alta resistencia | Más adecuado para cortes más pesados, interrupción más fuerte o mecanizado duro de desbaste/semiacabado. |
| Precisión del perfil final / Acabado ultrafino | Árbol de levas endurecido | Rectificado / superacabado / acabado duro CBN en función de la tolerancia | Se utiliza cuando se requiere una precisión de perfil, un acabado superficial o un control de geometría final muy ajustados. |
| Características del árbol de levas no estándar | Geometría especial / acceso limitado a las herramientas | Herramientas de corte a medida | Diseñado para formas de lóbulo especiales, espacios estrechos, operaciones combinadas o mejora del tiempo de ciclo. |
Herramientas de corte a medida
A veces, las herramientas estándar de un catálogo no se adaptan al diseño específico de su motor.
Cuando el utillaje estándar no es suficiente
Si tiene un espacio muy estrecho entre lóbulos, una fresa estándar golpeará el lóbulo siguiente. O quizás tenga una forma de lóbulo cóncava que una herramienta plana no puede alcanzar.
Escenarios comunes de herramientas personalizadas
Necesita una herramienta escalonada. Es una herramienta que puede hacer un giro y un chaflán al mismo tiempo. Le ahorra tener que cambiar de herramienta en la máquina. Otra posibilidad es una barra perforadora para el orificio de aceite que pasa por el centro del árbol de levas.
Qué especificar para las herramientas personalizadas
Cuando solicite una herramienta personalizada, deberá proporcionar tres cosas:
- Un dibujo 2D o 3D de la pieza.
- El material exacto y su dureza.
- El tipo de máquina y la conexión del husillo.
Problemas comunes de utillaje y soluciones
Incluso con las mejores herramientas, hay cosas que salen mal. A continuación te explicamos cómo solucionar los problemas más comunes.
Desgaste prematuro de herramientas en superficies templadas
Si su CBN se desgasta demasiado rápido, la razón es la velocidad de corte. Si lo haces funcionar demasiado lento, el CBN no puede crear la deformación plástica que necesita para cortar suavemente. Prueba a aumentar la velocidad en 10%. Si esto falla, comprueba si el material es más duro de lo que esperabas.
Mal acabado superficial de los gorrones de los rodamientos
Una superficie rasgada suele significar que la herramienta no está suficientemente afilada o que el avance es demasiado alto. Para las muñequillas, conviene un avance por revolución muy pequeño. Además, asegúrese de que su herramienta tiene una geometría de rascador. Un rascador es un punto plano en el borde de la plaquita que alisa la superficie al cortar.
Tolerancias de elevación de leva inconsistentes
Si la altura de sus lóbulos está cambiando de pieza a pieza, su herramienta se estará moviendo en el portaherramientas. Compruebe la fuerza de sujeción. El calor también puede hacer que el portaherramientas se dilate. Utilizar un portaherramientas de alta precisión soporte hidráulico puede resolverlo.
Vibraciones y vibraciones parásitas en el fresado de lóbulos
La vibración deja rayas de cebra en el metal. Esto suele ocurrir porque la herramienta es demasiado larga o la configuración no es rígida. Pruebe con una fresa de paso diferencial. Esto significa que los dientes están espaciados de forma desigual, lo que reduce la vibración.
Resumen
La elección de la herramienta adecuada requiere adecuar la fase de mecanizado al grado de material correcto. Utilice metal duro para el desbaste inicial y reserve el CBN para el acabado endurecido. Si se centra en la rigidez de la máquina y en los diseños personalizados cuando sea necesario, podrá producir árboles de levas bonitos con el menor coste posible por pieza.
Preguntas frecuentes
¿Qué tipo de plaquita es mejor para el acabado de lóbulos de árbol de levas endurecidos?
Para el acabado de lóbulos de árbol de levas endurecidos, plaquitas CBN con punta suelen ser la opción preferida. Ofrecen una buena resistencia al desgaste, estabilidad térmica y acabado superficial, al tiempo que mantienen un coste por filo más razonable. Plaquitas de CBN sólido son más adecuadas para cortes más pesados, mecanizado interrumpido o desbaste/semi-desbaste de superficies endurecidas donde se requiere una mayor resistencia del filo.
¿Pueden las plaquitas de metal duro estándar mecanizar árboles de levas después del tratamiento térmico?
En general, no. El metal duro estándar se desgasta casi instantáneamente en materiales más duros de 45-50 HRC. Para esas etapas se necesita CBN.
¿Cuál es la diferencia entre las plaquitas CBN macizas y las plaquitas CBN con punta?
El CBN macizo es una sola pieza de material, mientras que el CBN con punta tiene un pequeño filo de corte de CBN unido a una base de metal duro. Las plaquitas de CBN macizo proporcionan más material de CBN y pueden ser adecuadas para cortes más pesados o mecanizados interrumpidos más fuertes. Las plaquitas de CBN con punta son más rentables para operaciones de acabado ligero y acabado continuo.
¿Cómo elegir entre el torneado en duro y el rectificado para el acabado del gorrón de la leva?
El torneado en duro con CBN suele ser más rápido y consume menos energía. Sin embargo, el rectificado sigue siendo mejor si se necesitan tolerancias extremadamente estrechas o una textura superficial específica en forma de cruz.
¿Ofrecen herramientas de corte a medida para geometrías de árbol de levas especiales?
Sí, las herramientas personalizadas son habituales para formas de lóbulo únicas o cuando es necesario combinar varios pasos de mecanizado en una sola herramienta.
