El centro de mecanizado es el tipo de máquina que más adeptos ha encontrado en los últimos años. Su adquisición supone una inversión importante para cualquier pyme del sector. Por ello, IMHE ha querido en este número ayudar y facilitar la tarea de selección de la máquina más conveniente. Para ello publicamos una tabla técnica donde se recogen las principales características de los centros de mecanizado ofertados en el mercado español. Entre ellos seguro que podéis localizar aquel cuyas dimensiones, potencia, recorridos, velocidad…. más se adapte a los requerimientos de vuestro trabajo. No obstante, consideramos – en base a las opiniones recogidas en nuestras visitas tanto a mecanizadores, como a fabricantes / distribuidores y profesionales del sector – que dada la creciente complejidad del producto y su elevado coste, era conveniente solicitar a nuestros expertos colaboradores que, en base a su experiencia, aportasen sus recomendaciones a la hora de adquirir este tipo de máquina, respecto a los materiales de la pieza, su tamaño y geometría, el número de atadas, los utillajes, el nivel de automatización, plazo de entrega, tiempo de estabilización de la máquina...

Parámetros para el establecimiento de la estrategia de mecanizado

En cuanto al proceso de mecanizado, las características de las propias piezas (material, geometría, operaciones de mecanizado) marcan los requerimientos necesarios. Para simplificar los casos posibles, se analizará este criterio desde el punto de vista de dos sectores con gran tradición: automoción y moldes. En ambos sectores se emplean centros de mecanizado, si bien el tipo de proceso es completamente diferente, lo que también condiciona a la propia máquina.

Automoción:

• Las piezas son irregulares y de un tamaño pequeño o medio (bisagras, cárter motor…), fabricadas en fundición gris, acero o aluminio. Requieren numerosas operaciones y gran precisión, tanto dimensional como geométrica. La manutención de piezas se realiza de forma automática o manual en función del criterio productivo. Sin embargo, la automatización es más común.
• La configuración más habitual es horizontal debido a que facilita la carga y descarga de las piezas automáticamente, así como la integración de cambiadores de palet horizontales. El desalojo de viruta de la zona de trabajo se ve favorecido por el efecto de la gravedad.
• La gran cantidad de herramientas necesarias exige un almacén automático con cambiador de herramientas. La elección de un tipo de almacén (cadena, disco) y el cambiador (pick-up, brazo) influye directamente en el tiempo de ciclo mediante el tiempo viruta-a-viruta. Por el contrario, los sistemas que ofrecen mayor rapidez, son habitualmente más complejos y costosos.
• Los centros de mecanizado enfocados a este tipo de aplicaciones requieren grandes prestaciones dinámicas para poder desplazar los ejes lineales a alta velocidad, con objeto de minimizar los tiempos debidos a los desplazamientos entre operaciones y en los cambios de herramientas. La aceleración y el jerk (tiempo en conseguir la aceleración) de los ejes lineales son los parámetros a tener en cuenta.
• Las herramientas empleadas son muy variadas y corresponden a las numerosas operaciones que se pueden encontrar en este tipo de piezas: fresado, taladrado, roscado, mandrinado y escariado principalmente. La elección del tipo de herramienta depende del material de la pieza y la operación. En las piezas de aluminio se emplea el diamante policristalino, en el acero el metal duro, y en la fundición tanto el metal duro como calidades cerámicas en función de la operación. Debido a la gran cantidad de herramientas, es interesante combinar diferentes operaciones en una única herramienta para reducir la dotación de las mismas y el número de cambios.

Moldes:

• Por otro lado, los moldes parten de piezas cúbicas de acero que se van vaciando progresivamente en largos procesos de mecanizado con pocas herramientas de corte. La herramienta de corte está prácticamente en contacto continuo con la superficie mecanizada de la pieza durante largos periodos de tiempo.
• En este caso la configuración más empleada es la vertical debido a que la cadencia de piezas es notablemente menor y la preparación de las mismas es manual, y resulta más cómoda para el operario. Los centros verticales son más económicos que los horizontales y más compactos, ocupando un espacio menor.
• El control numérico del centro de mecanizado debe estar preparado para poder ejecutar los largos y densos programas necesarios en el mecanizado de moldes. Para ello, requiere de la función Look ahead (mirar por adelantado) para que el procesador evalúe por adelantado los cambios en los movimientos de los ejes. Así, los avances se pueden mantener en valores relativamente altos evitando marcas en el mecanizado, redondeo de aristas o bruscos arranques y paradas de la máquina.
• Para poder definir las estrategias de corte es necesario poseer una licencia de un paquete de CAD/CAM. Junto con la elección de la estrategia, la elección de las herramientas y los parámetros de corte es crítica para obtener un buen resultado en el mecanizado y evitar cambios de herramientas en medio del proceso de acabado.
• En el desbaste la tendencia es reducir la pasada axial aumentando el avance por diente, obteniendo mayores caudales de viruta con respecto a las estrategias tradicionales de grandes pasadas. Además, el diámetro de las herramientas empleadas es más reducido dejando un sobreespesor más homogéneo para la operación de semi-acabado.
• Principalmente se realizan operaciones de fresado con fresas de bola o tóricas. Es recomendable utilizar metal duro micrograno para obtener mejores valores de tenacidad y reducir el desgaste del filo. Los recubrimientos más habituales son con TiCN y TiAlN, si bien también se está empezando a emplear AlCrN debido a la combinación de propiedades favorables que ofrece: resistencia a la oxidación, a altas temperaturas y al desagaste por abrasión.

Para cualquiera que sea el sector o la pieza, hay que tener en cuenta la estrategia de refrigeración/lubricación a emplear en el centro durante su uso. Los fluidos tradicionales, como las emulsiones o los aceites de corte, están dejando espacio al mecanizado en seco o con MQL (Minimum Quantity of Lubricant – Mínima Cantidad de Lubricante). Se trata de minúsculas gotas de lubricante transportadas por aire a presión, lo que genera un aerosol muy fino que sirve para lubricar el filo de corte de la herramienta. Frente a los 100 l/min que se pueden utilizar con emulsiones, el MQL consume 20 ml/h. Las ventajas derivadas son:

• Reducción de la inversión: se eliminan los costes asociados al equipo de refrigeración, filtrado y tratamiento de la emulsión, y lavado y secado de la pieza.
• Reducción del coste del lubricante y su tratamiento como residuo.
• Se eliminan las pérdidas de emulsión de la máquina y no es necesario un carenado estanco.
• Es una tecnología favorable con el medio ambiente y, por los tanto, cumple con las legislaciones medioambientales.
• Crea condiciones de trabajo más favorables en el entorno productivo eliminando vapores y humos.

En el caso de aplicar técnicas de mecanizado en base al mecanizado en seco/MQL hay que tener en consideración una serie de cuestiones para poder suplir las tareas de la emulsión: Refrigerar, lubricar y evacuar la viruta.

• Refrigerar la pieza: en función de las tolerancias a obtener y el coeficiente de expansión térmica del material, instalar la máquina en una zona de temperatura controlada y/o diseñar estrategias de corte considerando la influencia térmica.
• Lubricación de la zona de corte: la máquina debe estar preparada para suministrar MQL por el interior del cabezal y estar equipada con un equipo de MQL con garantías. Las herramientas de corte y los recubrimientos deben ser específicos para obtener los resultados más eficientes.
• Evacuación de la viruta: el área de trabajo debe estar preparada para optimizar la recogida de la viruta. En el caso de mecanizar aluminio o materiales ligeros se pueden emplear sistemas de recogida en base a sistemas de aspiración de aire.