NUEVA DIMENSION EN EL MECANIZADO DE ALTO RENDIMIENTO

Las nuevas exigencias del mercado obligan a las empresas a ser proactivas y a estar buscando continuamente como satisfacer las necesidades de sus clientes. El Grupo Redima en constante evolución de producto presenta un nuevo centro de mecanizado para el sector del molde y la matriz, NUMEN.

Una empresa especializada en la construcción de centros de mecanizado verticales con arquitectura de pórtico o doble columna para el sector del molde y la matriz. El desarrollo de sus modelos DELTA está orientado hacia el mecanizado de alta velocidad consiguiendo elevadas prestaciones a un precio ajustado.

La gama DELTA está compuesta por tres modelos  y se caracteriza por:

-ESTRUCTURA DE PORTICO. Este tipo de estructura presenta ventajas sobre arquitecturas convencionales sobre todo cuando aumentamos la capacidad transversal de la máquina y a la vez necesitamos una dinámica ágil, puesto que la distancia entre el centro de la herramienta y la guía y el husillo del eje X permanecen constantes, por lo que tenemos un  mejor control de las inercias y esto tiene como consecuencia una perfecta regulación de la máquina en lo concerniente a aceleraciones y deceleraciones, cambios rápidos de trayectoria y suavidad en los trabajos de copiado.

-CABEZAL DE ALTAS REVOLUCIONES. El husillo principal juega un papel muy importante en el mecanizado de alta velocidad ya que es la unión entra la herramienta, la máquina y la pieza.  Los husillos principales de NUMEN son de tipo integrado refrigerados por aceite y pueden variar entre 16.000 y 36.000 rpm, los rodamientos son híbridos lubrificados por aire-aceite. Los cabezales son de una gran rigidez radial, está cualidad es muy importante en el fresado de superficies 3D debido a las cargas laterales que aparecen sobre las herramientas de corte sobre todo largas y muy habituales en el mecanizado de cavidades.

Para obtener buenos acabados superficiales es muy importante que la rigidez estática del husillo supere la rigidez exterior de la máquina puesto que es imposible que la estructura por si sola absorba toda la vibración generada en el mecanizado. En cuanto a la rigidez dinámica se consigue gracias a una precarga variable en función de la velocidad de giro del husillo y a un portaherramientas con una gran fuerza de amarre y lo más solidario posible al cono del cabezal. En esta gama de máquina y para estas aplicaciones el sistema HSK presenta grandes ventajas.

-PRECISION. En el mundo del molde y la matriz no pueden darse ambigüedades en este tema, ambos son perfectos mecanismos compuestos por múltiples piezas (placa base, placa expulsora, expulsores, columnas, postizos….) que deben unirse y moverse en perfecta armonía con las mínimas fricciones y desviaciones; además el proceso de mecanizado de un molde no nos ayuda ya que son múltiples elementos que se mecanizan por separado y los tiempos de mecanizado son largos teniendo que estabilizar térmicamente la máquina para afrontar con precisión el mecanizado. Para conseguir estos objetivos NUMEN nos ofrece:

1-Una estructura de máquina compacta para minimizar las desviaciones de los diferentes cuerpos por los cambios de temperatura.

2.-Un correcto montaje y alineación de los elementos de transmisión y movimiento de la máquina tales como husillos a bolas (NSK), guías lineales…. Y las verificaciones posteriores (interferómetro laser, BallBar…)

3-Un cabezal refrigerado por aceite y un software desarrollado por NUMEN para controlar las pequeñas desviaciones de cabezal por aumento o disminución de temperatura capaz de mantener las precisión en 0,01 mm espacial durante un largo tiempo de mecanizado.

4-El control de la posición mediante reglas lineales presurizadas para compensar las dilataciones de los husillos a bolas de los tres ejes consiguiendo una precisión lineal de +- 0,003 mm de posicionamiento.

-CONTROL NUMERICO. Por su fiabilidad y prestaciones NUMEN incorpora en sus máquinas FANUC; diferentes modelos y configuraciones a elegir destacando para el sector del molde los paquetes de alta velocidad para poder leer y ejecutar programas de CAM a altos avances.

El Grupo Redima apuesta definitivamente por esta gama de máquinas para ser más competitivo en el sector del molde y la matriz consiguiendo que nuestros clientes mejoren colaborando activamente con ellos, nuestros técnicos comerciales son el I+D más cercano y asequible para un taller.

MECANIZADO DE COMPOSITES

El mecanizado de composites es completamente diferente del mecanizado convencional de metales. Es más, se puede decir que el mecanizado de cada tipo de material compuesto es distinto. Los materiales compuestos constan de dos materiales con características distintas, que se combinan en un material nuevo cuyas propiedades no se consiguen con uno solo de los materiales primarios que lo forman.

La acción de corte en los composites es bastante distinta de la que se obtiene en los metales. El filo de corte no genera la viruta mediante cizallamiento como en la mayoría de los metales, sino por rotura del material compuesto, cortando la matriz al tiempo que se fracturan las fibras de refuerzo en el proceso.

 

Consumo creciente en la industria.

En la actualidad, el mayor consumo de composites se produce como material estructural en los sectores aeroespacial, de automoción deportiva y de energía eólica. En el caso de las estructuras aeroespaciales el objetivo es conferirles rigidez, resistencia y duración. Los materiales compuestos ofrecen una excelente relación resistencia-peso y se pueden modelar con perfiles complejos. Comparado con el aluminio, el plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) presenta normalmente una resistencia a la tracción 14 veces mayor, una expansión térmica 19 veces menor, una rigidez 5 veces mayor y todo ello con un peso que es prácticamente la mitad. No obstante, el CFRP y sus muchos derivados son también más difíciles de mecanizar en todas sus clases.

Las ventajas se acumulan.

El taladrado de CFRP con paquetes de aluminio o titanio se ha convertido en una tarea habitual en los sectores aeroespacial y de automoción deportiva. Un material compuesto laminar consta de una serie de láminas apiladas y cementadas de forma que la orientación de la resistencia varíe de una capa a la siguiente. El taladrado en estos materiales resulta una tarea difícil porque en la entrada y en la salida del agujero el material se puede astillar e incluso separarse en sus distintas capas (exfoliación). Para conseguir el acabado superficial deseado es necesario conseguir una acción de corte satisfactoria entre las capas de fibra y la matriz, en parte debido a las variaciones que presentan las propiedades de los materiales de CFRP.

Es obvio que la herramienta de corte también necesita ser capaz de mecanizar correctamente estos dos materiales tan distintos. En el taladrado, las velocidades de corte de entre 100 y 200m/min. son corrientes a bajas velocidades de avance, normalmente entre 0,02 y 0,06mm/rev.  

Los diámetros empleados en el taladrado de composites oscilan normalmente entre 3,0mm y 12,7mm.

     
 

Afrontando el reto

Las herramientas deben cortar con facilidad, con una generación mínima de fuerzas Las brocas y las fresas con punta de diamante (PCD) ofrecen una mayor duración, ya que el diamante resiste el desgaste que producen los distintos materiales de fibra de carbono y de paquetes, incluido el titanio. En las tareas de fresado las plaquitas con punta de diamante son las más corrientes, mientras que las herramientas de metal duro con recubrimiento de diamante se pueden utilizar para el recorte de piezas de fibra de carbono, a pesar de su menor duración.

Para conseguir buenos resultados en el campo del mecanizado de composites, en continua evolución, el uso de herramientas de corte específicas para el tipo de material en cuestión es un factor esencial. No obstante, el establecimiento de los parámetros idóneos para las tareas concretas y la consecución de la configuración correcta son factores decisivos para ser competitivos.

MAQUINAS MULTITAREA

De un tiempo a esta parte, y en base a tratar de optimizar al maximo los procesos de trabajo y de esta forma disminuir costos, se vienen utilizando maquinas que pueden combinar distintas fases de mecanizado con un solo amarre de pieza. Inicialmente fueron los tornos CNC, donde se incorporaron herramientas motorizadas para ejecutar fases de taladrado y fresado. Mas recientemente se han incorporado al mercado,  fabricantes de Centros de Mecanizado y Fresado, que incorporan la opción de platos de torneado vertical, incorporados en la misma estructura de la maquina. Combinando el fresado vertical  de hasta 5 ejes, con el torneado, nos permite acortar considerablemente los tiempos de trabajo , asi como mejorar la precisión al realizar todo el proceso de mecanizado en un solo amarre de pieza.

REFRIGERACION CRIOGENICA

Durante los últimos tiempos se han producido grandes avances en los métodos y las técnicas de mecanizado gracias a la introducción de nuevos materiales y a la mejora de las técnicas de mecanizado y refrigeración.

Centrándonos en la industria aeroespacial, podemos observar que se han desarrollado e introducido nuevos materiales para las herramientas de corte y se han producido grandes avances en la investigación de nuevas técnicas de mecanizado para superaleaciones de uso aeroespacial, como son las aleaciones de níquel o de titanio, aleaciones de gran dureza y gran resistencia a altas temperaturas y a la corrosión.

Estos avances permiten que las herramientas de corte no pierdan sus propiedades alargando su vida útil y no se comprometan las características de la pieza mecanizada ni el acabado superficial de la misma.

Podemos destacar como avances en las técnicas de mecanizado de aleaciones aeroespaciales los siguientes:

Mecanizado en rampa “ramping”.

Técnicas basadas en el uso herramientas rotativasautopropulsadas (Self-Propelled Rotary Tooling - SPRT).

Refrigeración a alta presión.

Lubricación por cantidades mínimas (minimal quantity lubricationMQL).-

Mecanizado en caliente.

Refrigeración criogénica

Hoy vamos a centrarnos en la REFRIGERACION CRIOGENICA.

La refrigeración criogénica es una forma eficaz de mantener la temperatura de corte bastante por debajo de la temperatura de reblandecimiento del material de la herramienta.

Esta tecnología se emplea principalmente en procesos de rectificado debido a las altas temperaturas que se alcanzan en la zona de trabajo del proceso de rectificado, las cuales pueden llegar a dañar la superficie de la pieza si no se controlan así como producir alteraciones físicas y químicas de las características de las capas superficiales de la pieza, aparición de tensiones residuales y grietas en capas superficiales o interiores de la pieza.

El principio de la refrigeración criogénica en procesos de rectificado al igual que en el mecanizado requiere direccionar un chorro de gases licuados a presión en la zona de trabajo. El refrigerante que se utiliza normalmente en la refrigeración criogénica es nitrógeno líquido (LN2) por su bajo costo y por no ser nocivo para el medio ambiente.

Cuando empleamos una herramienta de corte RBSN (reaction bondedsilicon nitride) con CBN mediante este método se genera una temperatura máxima de 829 ºC a diferencia de los 1153ºC que obtendríamos empleando un método de mecanizado seco.

Estas temperaturas están por debajo de la temperatura de reblandecimiento (1500 ºC) de la herramienta de corte de CBN, por lo tanto se obtiene una mejora en el rendimiento de la herramienta este sistema. El desgaste de las piezas y las herramientas de corte cuando mecanizamos aleaciones de titanio Ti–6Al–4V con carburos cementados usando el refrigerante LN2 y lo comparamos con un mecanizado convencional con refrigeración convencional hace evidente un incremento de hasta 5veces del desgaste de la herramienta empleando refrigeración convencional.