Estudio de la factibilidad de aplicación del mecanizado de alta velocidad en un taller (página 2)

Enviado por Dr. Sergio F. Padr�n Soroa

Partes: 1, 2

II.
El Mecanizado de Alta Velocidad.

No se llama así simplemente a un mecanizado con
un alto número de rpm del husillo, sino que este concepto
involucra además varias condiciones que deben cumplirse,
tales como:

Alta velocidad de corte.
Grandes avances.
Pequeñas profundidades y anchos de
corte.
Herramientas de corte especialmente diseñadas
y fabricadas para estos datos de
corte.
Máquinas herramienta con cortos tiempos de
aceleración-desaceleración del husillo, breves
tiempos de cambios de herramientas, estabilidad térmica,
amortiguación de vibraciones, etc.
Recorridos de herramientas y estrategias de
mecanizado generadas por sistemas
CAM.
Controles CNC que deben poseer la función
look ahead, una determinada velocidad de Tiempo de
ciclo (100m s), una determinada
velocidad de procesamiento de bloques (1 ms), limitación
del jerk (control de
aceleraciones), una alta capacidad de almacenamiento (Ethernet)
Utilización del MQL, o Minimum
Quantity Lubricant
Empleo de conos portaherramientas adecuados para la
alta velocidad.

III.
Posibilidades del taller de fabricación de moldes y
troqueles para aplicar el MAV.

El estudio de las características del taller para
determinar sus posibilidades de aplicar el MAV se resume en las
siguientes fortalezas y
debilidades:

Fortalezas:

Se dispone de herramientas de corte con las
características necesarias.
Se dispone de mangos básicos para
sujeción de herramientas para el MAV.
Se cuenta con adaptador antivibratorio para
fresas.
Se cuenta con un centro de mecanizado y una fresadora
que como máquinas
herramienta reúnen los requisitos.
Los controles de estas dos máquinas son
adecuados para el MAV.
El centro de mecanizado vertical dispone del sistema de
refrigeración MQL.
Están disponibles sistemas CAM que
reúnen los requisitos.
Se dispone de un mínimo de recursos
humanos capacitados para aplicar el MAV.

Debilidades:

Aunque se poseen otras máquinas CNC, solo las
mencionadas y sus controles reúnen los
requisitos.
No se dispone de mangos básicos HSK, ni de
tipo hidráulico, ni térmico para sujetar
herramientas.
No es suficiente la variedad de herramientas de corte
de que se dispone.
La fresadora K600 no cuenta con el sistema de
refrigeración MQL.
Ninguna de las máquinas tiene sistema de
refrigeración interior de la herramienta.
Los recursos
humanos disponibles son insuficientes en cantidad.

Como conclusión, se puede afirmar que el
mecanizado de alta velocidad es aplicable en el taller con
ciertas limitaciones.

IV.
Nueva estrategia de
mecanizado aplicando el MAV.

En este trabajo se
propone una estrategia para el mecanizado de una pieza utilizando
el MAV en este taller. Se trata de una pieza que ya fue fabricada
anteriormente, incluso empleando algunas operaciones en
máquinas CNC. La pieza se conoce como Inserto de Maza
(fig. 2), que es un elemento intercambiable de un laminador que
se emplea para plisar (perfilar) láminas de acero que son
partes de las calderas de
las centrales termoeléctricas.

El proceso de
plisado empleado se realiza mediante dos mazas que rotan como si
estuvieran engranadas. Entre estas la lámina penetra y es
deformada por un proceso de deformación progresiva,
generada por el movimiento
relativo entre las mazas y la presión
que ejercen estas sobre la lámina de metal (fig
1).

Figura 1 – Mazas engranadas para
el proceso de plisado

Fig. 2 Inserto de maza (a la
izquierda) y la lámina perfilada.

La metodología de mecanizado del MAV es solo
aplicable en máquinas CNC, por lo que en la propuesta de
nueva estrategia de mecanizado para esta pieza solo se modifican
las operaciones que se realizan en dichas máquinas, y
quedan sin cambio las
operaciones que se hacen en máquinas convencionales. Por
lo tanto, los cuatro primeros procesos, los
cuales son el corte del material en bruto en la segueta mecánica PR30, el escuadrado en la
fresadora convencional FA3V, el ajuste en el banco de trabajo
para eliminar los filos cortantes y el rectificado de las caras
de la pieza en la rectificadora A02, se mantienen igual a como se
fabricó anteriormente la pieza, por lo que mantienen el
tiempo total de cada una de estas operaciones.

Posterior a estas operaciones se mecaniza el
escalón inferior de los insertos, lo que se propone hacer
en la fresadora vertical CNC Kondia K–600.

Para la propuesta de fabricación de los insertos
de maza, en las operaciones que corresponden al mecanizado con
CNC, se utilizó el sistema MasterCAM.

Para el mecanizado de los escalones inferiores del
Inserto en la Kondia se optimizaron los regímenes de
corte, pero no se puede hablar de un MAV.

En la figura 3 se muestra una
representación del recorrido de la herramienta y de
cómo queda la pieza después de realizar la
operación.

Fig. 3 – Representación del
recorrido de la herramienta y de cómo queda la
pieza.

A continuación se ejecuta el taladrado de los 5
orificios que presenta el inserto, lo que se hace en la
taladradora de coordenadas 2A450. Esta operación, al igual
que las cuatro primeras, se realiza tal y como fue concebida en
la estrategia de mecanizado original que fue utilizada
anteriormente en el taller.

La operación que le sigue a continuación
es la de mayor peso en la fabricación de los insertos. La
máquina que se va a utilizar para esta operación es
el centro de mecanizado vertical. El primer paso en esta
máquina es de Desbaste de Superficie por Copiado. Se
utiliza una herramienta enteriza CoroMill Plura con un
recubrimiento de TiAlN, con diámetro de 16 mm y con 4
filos cortantes (fig. 4)

Figura 4 – Herramientas CoroMILL
Plura.

Los parámetros de corte calculados son los
siguientes:

Velocidad del husillo (n): 3 383 rpm
Velocidad de Corte (Vc): 170 m/min
Velocidad del Avance (Vf): 1 218 mm/min
Profundidad de Corte (ap): 2 mm
Ancho de Corte (ae): 1 mm

El propósito de esta operación es eliminar
la mayor cantidad de material posible con una fresa plana con un
diámetro adecuado, dejando en todo momento una sobremedida
de 1 mm para un posterior acabado. Una vez introducidos los
datos, MasterCAM genera el recorrido de la
herramienta.

En la figura 5 aparecen el recorrido de la herramienta y
una vista de cómo queda el inserto después de
ejecutada esta operación.

Fig. 5 – Simulación
del desbaste de copiado de la pieza.

A continuación se mecaniza la ranura radial, en
la que la herramienta del mecanizado anterior no pudo entrar por
ser muy estrecha esa ranura. Los datos de corte calculados
resultaron:

Velocidad del Husillo (n): 9 023 rpm
Velocidad de Corte (Vc): 170 m/min
Velocidad del Avance (Vf): 541.4 mm/min
Profundidad de Corte (ap): 2 mm
Ancho de Corte (ae): 0.5 mm

En la figura 6 que indica el recorrido de la herramienta
y cómo debe quedar terminado este paso de
fresado.

Fig. 6 Simulación del desbaste
de copiado de la pieza con fresa de Ø 6 mm.

La última operación en el mecanizado del
Inserto de Maza, antes del temple, es un "Acabado Superficial por
Copiado". El fin de este paso es eliminar las marcas o
pequeños escalones dejados en cada pasada, debido a que
posteriormente a esta pieza se le dará un tratamiento
térmico y estos filos o esquinas se hacen muy
difíciles de mecanizar.

En esta operación se utiliza una fresa
esférica para acabados de plaquitas intercambiables de
diámetro 8 mm (fig. 7).

Figura 7 – Herramienta de punta
esférica para acabados.

El cálculo de
las rpm a que debe girar esta fresa en esta operación
resultó ser 35 110 rpm, pero el husillo del centro de
mecanizado, donde se fabricará la pieza, puede como
máximo rotar a 14 000 rpm. Entonces fue necesario adecuar
el régimen a estas condiciones:

n = 14 000 rpm

Vf = 3 640 mm/min

Vc = 99 m/min

En la figura 8 se muestra el recorrido de la herramienta
y la terminación de esta operación de fresado de la
pieza.

Fig. 8 – Simulación del Acabado
de copiado de la pieza con fresa de

punta esférica para acabados de
Ø 8 mm.

La fabricación continúa con el fresado
convencional de las caras inclinadas 12° con respecto a la
vertical, el temple hasta 60 a 62 HRc, y el rectificado de los
escalones inferiores de la pieza.

El acabado del perfil de la parte superior se realiza en
el centro de mecanizado, donde se debe eliminar el
milímetro de sobremedida dejado para compensar las
posibles deformaciones como resultado del tratamiento
térmico. La herramienta tiene las mismas
características de aquella con la que se hace el acabado
antes del temple. Se realizan 5 pasadas con un avance y una
profundidad de corte de 0.2 mm. La velocidad de corte recalculada
es de 91.9 m/min.

En la figura 9 se muestra el recorrido de la herramienta
para las 5 pasadas y cómo queda terminado el
inserto.

Fig. 9 Simulación de las 5
pasadas del Acabado postratamiento de la pieza con
fresa

de punta esférica para acabados
de Ø 8 mm.

Por último, se realiza otro rectificado, pero
esta vez en las caras laterales que presentan un ángulo de
inclinación de 12º, para quitar el mm de
sobremedida.

La nueva estrategia de fabricación con MAV
propuesta en este trabajo y totalmente conciliada con los
especialistas del taller, arroja una reducción del
costo de
fabricación de un 38%, pero debe tenerse presente que la
mayoría de las operaciones se mantuvieron de la forma
tradicional.

Hay que aclarar que la propuesta hecha aquí es
susceptible de ser mejorada, porque es conservadora en la
selección de los tiempos auxiliares y en
algunos casos los regímenes aplicados a las herramientas
no las llevan al límite de sus posibilidades.

Aunque el resultado de este análisis indica un salto importante de
productividad,
siguen gravitando negativamente sobre este las operaciones que no
se realizan con MAV. Si se reduce el análisis solo a las
operaciones con MAV, en la variante tradicional el tiempo total
de mecanizado es de 1 327 minutos, mientras que en la variante
propuesta el tiempo total es de 276,5 minutos, lo que representa
una disminución del 79,16%. Todo esto apunta a la
necesidad de cambiar más radicalmente concepciones de
fabricación, que siguen dependiendo excesivamente de
máquinas convencionales y del rectificado, por lo que
queda abierta la necesidad de estudiar aún más este
asunto.

V.
Conclusiones.

- Disponer de herramientas de corte fabricadas
  específicamente para el MAV.
- Disponer de controles numéricos con tiempo
  de ciclo del servoaccionamiento de 100 m s; función look-ahead; tiempo de
  proceso de bloque no mayor de 1 ms; etc.
- Poseer conos portaherramientas que formen un
  sistema equilibrado con la herramienta.
- Poseer máquinas herramienta con amplias
  gamas de rpm, avances y potencias.
- Disponer de sistemas CAM que respondan a las
  exigencias del MAV.
- Contar con recursos humanos debidamente
  calificados.
Para aplicar el MAV deben reunirse una serie de
requisitos, entre los cuales deben mencionarse:
El taller estudiado en este trabajo reúne
características que le permiten aplicar el MAV, aunque
con ciertas limitaciones.
La propuesta de estrategia de mecanizado hecha en
este trabajo, aplicando los conceptos del MAV y las
potencialidades del taller, demuestra que el MAV es aplicable
en el mismo, aunque no en toda su potencialidad, y que la
repercusión económica y en la competitividad de esa aplicación es
apreciable.