Vibración (chatter) en mecanizado: causas, efectos y cómo reducirla

La vibración (chatter) en mecanizado ocurre en casi todos los procesos de fabricación. Las máquinas pesadas utilizadas en la fabricación generan una gran cantidad de vibración, lo que resulta en un mal acabado superficial y una disminución de la exactitud dimensional.

Los operarios deben lidiar con esta vibración no deseada en diferentes procesos como el torneado CNC, el fresado o el taladrado. Sin embargo, comprender la vibración del mecanizado, sus causas y saber cómo evitarla sería útil, ya que ayuda a prevenir el tiempo de inactividad, que es terrible para los negocios.

Este artículo analiza la definición de la vibración, los tipos de vibración, sus consecuencias y cómo evitarla.

¿Qué es la vibración (chatter) en mecanizado?

La vibración en mecanizado es la vibración no deseada que ocurre al cortar o taladrar piezas. La vibración se debe al desequilibrio de vibración de la pieza de trabajo y la herramienta que se mueven repetidamente una respecto a la otra. La vibración ocurre cuando la pieza mecanizada y la herramienta de corte se mueven en direcciones opuestas, causando la variación de la carga de corte por rotación de la herramienta de mecanizado.

Esto puede deberse a un diseño para la fabricación inadecuado o a un herramental deficiente. La vibración suele producir ruidos fuertes y ondulaciones visibles en la superficie de los componentes mecanizados. La vibración en mecanizado se presenta en dos formas, a saber:

• Vibración resonante
• Vibración no resonante

La vibración no resonante ocurre como resultado del uso de herramientas desgastadas de forma desigual sobre las piezas de trabajo. Esta vibración suele ser constante durante todo el ciclo de mecanizado y se debe a causas mecánicas que son fáciles de examinar.

Por otro lado, la vibración resonante ocurre en etapas específicas de la trayectoria de la herramienta, como al mecanizar esquinas cóncavas.

Tipos de vibración en mecanizado

Hay dos tipos principales de vibración que puede encontrar en el mecanizado CNC. Incluyen los siguientes:

Vibración de la herramienta

Generalmente, las fresas CNC vibran durante las operaciones de corte. Comienzan a recortar mientras transfieren la vibración a la pieza de trabajo a la que añaden diversas características. Como resultado, la herramienta y la pieza de trabajo comienzan a deslizarse una contra otra, causando que la vibración aumente significativamente.

Vibración de la pieza de trabajo

A veces, cuando se fija la pieza de trabajo en la mesa de trabajo de la fresadora incorrectamente, puede provocar algunos desplazamientos y vibraciones. En consecuencia, la pared delgada de la pieza de trabajo puede comenzar a vibrar mientras se transfiere a la herramienta de corte.

Es importante señalar que algunas vibraciones a menudo son inevitables. Si la vibración que ocurre durante el mecanizado es superior a 100µm, su pieza de trabajo puede sufrir arañazos en la superficie. Sin embargo, lo mejor sería considerar hacer algo con respecto a la vibración de la herramienta y de la pieza de trabajo por la calidad de su producto. Discutiremos cómo evitar la vibración a continuación.

¿Cuáles son las consecuencias de la vibración en mecanizado?

La vibración en mecanizado, si no se controla, puede resultar en diversos efectos perjudiciales, como reducir la eficiencia del mecanizado. Aquí hay algunos de ellos:

Vida útil reducida de la herramienta

Las herramientas de corte no pueden soportar los impactos vibratorios de las herramientas vibrando contra las piezas de trabajo. Estos efectos bruscos pueden mellar y desafilar la herramienta de corte, dañando la calidad superficial de las piezas cortadas. Además, reduce la vida útil de la herramienta y la eficiencia de corte, y la sustitución del herramental es costosa.

Vida útil reducida de la máquina

La herramienta de máquina utilizada en los diferentes componentes de mecanizado comprende varias piezas de modo que, cuando hay vibración, estos componentes vibran a la misma frecuencia. El husillo y otros miembros esenciales que producen los diferentes ejes de movimiento pueden comenzar a desgastarse más rápido de lo esperado. Como resultado, la vibración de la máquina somete los componentes de la máquina a un esfuerzo indebido y, si no se controla, puede reducir la eficiencia del mecanizado y causar tiempo de inactividad.

Mal acabado superficial

La vibración en mecanizado afecta a las propiedades estéticas de la pieza de trabajo y puede disminuir sus tolerancias en situaciones extremas. Una de las consecuencias más evidentes de la vibración de la máquina es una mala rugosidad superficial. La vibración causa ondulaciones visibles en la superficie, lo que compromete la calidad y la durabilidad de la pieza.

Exactitud dimensional reducida

Cuando una herramienta de corte vibra durante el mecanizado CNC, se desvía de su trayectoria iniciada por CAM. Esta desviación, sin embargo, puede hacer que las piezas tengan un mal ajuste. Estas piezas pueden ser demasiado apretadas, demasiado largas, demasiado cortas o demasiado holgadas debido a dimensiones inexactas.

¿Cómo evitar o minimizar la vibración en mecanizado?

Las empresas de fabricación emplean diferentes métodos para minimizar la vibración en las operaciones de mecanizado y garantizar que tanto las piezas de trabajo como las herramientas de corte estén en buen estado. Aquí hay algunos de estos pasos sobre cómo reducir la vibración durante el mecanizado CNC:

Optimice la estrategia de mecanizado

El grado en que la fresa engancha la pieza de trabajo varía con el fresado convencional. Regularmente se ejerce una fuerza excesiva sobre la fresa a medida que se mueve a lo largo de la trayectoria. Por lo tanto, la mejor manera de reducir la vibración es lograr una trayectoria de herramienta con enganche regular. Como alternativa, puede reducir la profundidad de corte.

Además, intente reconsiderar la configuración del husillo. Por ejemplo, si la vibración resonante es la causa de la vibración del mecanizado, aumente o reduzca las RPM de la máquina en un 5%, y minimizará las vibraciones de resonancia que se producen. Tenga en cuenta que algunos software CAM tienen funciones que le permiten variar las velocidades del husillo de forma consistente. La mayoría de los fabricantes adoptan esta función debido a su versatilidad.

Adopte la sujeción de pieza adecuada

Las herramientas de máquina equilibradas presentan un mejor ajuste. Varios factores, como posiciones y fijaciones incorrectas, son las principales causas de la vibración en el mecanizado CNC. Sin embargo, el portaherramientas con contacto de cara frontal y cinta ayuda a garantizar la máxima rigidez durante el mecanizado. Como resultado, la calidad superficial de los componentes no se ve comprometida a las RPM más bajas.

También debe comprobar si la mordaza de operario, la mesa de vacío, el plato u otro dispositivo de sujeción de pieza aplica la presión adecuada a la pieza de trabajo para mantenerla firme y en posición.

Al considerar emplear plantillas y utillajes para ejercer la presión de sujeción según sea necesario, sin embargo, no sujete solo un extremo de una pieza de trabajo delgada y alargada. Es más bien difícil para las piezas de pared delgada absorber los golpes. Como resultado, los materiales de relleno mejoran su rigidez general y reducen la vibración. Un contrapunto o forma similar de bastidor de apoyo estable es una opción ideal para tales componentes.

Use la herramienta de corte adecuada

Usar la herramienta de corte adecuada ayuda a evitar la vibración del mecanizado. Algunas herramientas de corte generan más vibraciones que otras. No es fácil eliminar la vibración de la herramienta como la de una pieza de trabajo. Como resultado, debe considerar los siguientes factores en cualquier herramienta de elección:

• Recubrimiento de la herramienta
• Geometría correcta del sustrato
• La relación de aspecto de la herramienta

Los operarios e ingenieros a menudo utilizan la herramienta de máquina más grande que encaje bien si cumple con las especificaciones técnicas. Cuanto más sólida es una fresa, menos probable es que vibre. Las herramientas largas o delgadas a menudo se flexionan. Por lo tanto, considere elegir herramientas más cortas con el diámetro más grande.

Sin embargo, combinar varias herramientas con diferentes formas de ranura es la forma más eficaz de minimizar la vibración en mecanizado. Además, considere reducir la longitud de las herramientas que sobresalen del portaherramientas y fíjelas firmemente. Es menos probable que se produzca vibración de la máquina después de hacer esto.

Asegúrese de que sus fresas tengan filos afilados que minimicen la fuerza de corte de las fresadoras CNC. Siempre debe considerar la estabilidad del entorno de procesamiento y el mantenimiento oportuno de la fresa. Asimismo, es crucial aplicar una presión de herramienta adecuada y consistente para que la carga de viruta sea regular.

Determine la trayectoria de herramienta ideal

Las operaciones de fresado CNC son de dos tipos: fresado ascendente y fresado descendente. Si ejerce la fuerza de corte en la misma dirección que la dirección de sujeción, puede reducir la vibración de las piezas flexionadas. A menudo es un aspecto esencial del corte que necesita consideración.

Generalmente, las fresadoras CNC tienen husillos de bolas preinstalados que ayudan a la eficiencia y la precisión de la tecnología de máquina CNC. Como resultado, puede emplear un centro de mecanizado vertical para prevenir la vibración durante el proceso de corte.

Configuración y mantenimiento de la máquina

Como se espera, su máquina CNC debe instalarse sobre un suelo de hormigón sin grietas, deformidades ni discontinuidades. Debe saber que la disposición de su máquina juega un papel crucial en la minimización de la vibración que se produce durante el mecanizado.

Se debe a que un flujo elástico, blando o dañado puede aumentar el temblor de una entidad CNC. Por lo tanto, debe considerar utilizar anclajes y ajustar los pies para mantener la unidad CNC firme y estable con el fin de minimizar la vibración.

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Conclusión

La vibración es un efecto del mecanizado que causa una disminución sustancial de la productividad. Afecta al rendimiento de la máquina, la calidad de la pieza de trabajo, la herramienta de corte y la vida útil de la herramienta de máquina. Diversos factores contribuyen a su aparición, desde el lugar donde se instala la máquina hasta la trayectoria de herramienta.

Sin embargo, siempre que experimente una vibración severa, inspeccione el fenómeno a fondo. Asegúrese de que la herramienta y la pieza de trabajo estén sujetas correctamente y de que las opciones de mecanizado configuradas sean correctas para mitigar esta vibración de forma eficiente.

Preguntas frecuentes

¿Qué son las marcas de vibración en mecanizado?

Las marcas de vibración son defectos superficiales irregulares dejados por una muela que está descentrada durante el rectificado, o una marca regular formada al tornear una pieza de trabajo larga en un torno debido a la vibración del mecanizado.

¿Qué causa la vibración en las operaciones de mecanizado?

Las fuerzas de corte creadas durante el corte aumentarán significativamente si su herramienta de máquina tiene un desgaste excesivo. Una mayor fuerza de corte suele resultar en vibración al cortar sustratos rígidos.

¿Qué causa la vibración en los equipos rotativos?

Las causas más comunes de la vibración en los equipos rotativos incluyen la desalineación, el desequilibrio, el desgaste y la holgura. El desequilibrio de una región pesada dentro de un componente rotativo resultará en vibración cuando el peso desequilibrado gire alrededor del eje de la máquina, generando una fuerza centralizada.

¿Cómo puedo identificar la vibración en mecanizado?

La vibración de la máquina CNC suele ser audible. Por lo tanto, un operador de máquina experimentado puede identificar con éxito cuándo se produce la vibración utilizando su sonido distintivo. Además, la vibración del mecanizado deja marcas de onda visibles en la superficie de una pieza de trabajo.

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