Datos técnicos
Jornada presencial. 100% Bonificable por la Fundación Tripartita. Plazas limitadas. 25 de abril, Bilbao Escuela Técnica Superior de Ingeniería.
Ponentes: Escuela de Ingenieros de Bilbao, IK4 Ideko, IK4 Tekniker, Tecnalia…
Patrocinado por: NSK, DELCAM, IK4, TECNALIA, VARGUS.
Contenidos
MEDICIÓN
Puntos críticos a medir, controlar y verificar en el proceso de mecanizado
Los sistemas de inspección y control, entre los que está la medición, resultan fundamentales hoy en día para asegurar la mejor calidad de nuestros productos y con la crisis económica que venimos sufriendo en estos últimos años no podemos más que seguir invirtiendo en aspectos relacionados con la calidad y la eficiencia de sus controles.
El proceso de verificación y control de una pieza que se mecaniza empieza desde la fase de diseño de la misma y será uno de los apartados a tener en cuenta en esa fase contemplando los medios productivos en que se va a llevar a cabo las operaciones de mecanizado y los medios de control a e emplear y, por otro lado, la función que va a realizar la pieza en el diseño final donde va a ir montada. Hay que tener en cuenta que muchas de las limitaciones de diseño vienen dadas por los elementos comerciales en los que van a ir montados o bien que se le van a montar. Es importante el incluir una fase de análisis de la fabricabilidad dentro de la fase de diseño de piezas, sobre todo en las piezas críticas. Este análisis debe contemplar entre otros aspectos: tamaño pieza, tolerancias, amarres, accesibilidad de herramientas, qué pide/exige el cliente, criterios de aceptación (CPk), normas de verificación aplicables, herramientas, etc.
Medición in-process y/o post-process: ¿Hasta dónde llega la tecnología?
La tecnología de medición está avanzando de forma rápida en la medida que se están desarrollando soluciones basadas en sistemas que antes no se empleaban para este tipo de mediciones debido a su coste o al propio estado de la tecnología.
Repasando donde se realizan las mediciones relativas al mecanizado hay tres niveles de medición: in-process dentro de la máquina, in-process fuera de la máquina dentro del flujo productivo (generalmente son sistemas de mediada especiales para cada tipo de pieza) y la que se realiza en salas de metrología.
La separación de la medición in-process o post-process viene dada por el ambiente de trabajo (si es seco mojado, si es limpio o tiene muchas virutas, etc.), por las precisiones, características geométricas, por la posibilidad o no de integrar el sistema de medición necesario dentro del sistema productivo, etc. Lo cual no quiere decir que lo que hoy en día se hace post-process dentro de un tiempo se realice in-process o se puedan desarrollar soluciones especiales para ello.
Los sistemas de medida integrados en etapas intermedias del flujo productivo tienen un efecto doble en la reducción de costes: la identificación y extracción del flujo productivo de la pieza antes de que esté acabada supone un ahorro en tiempo, materiales, desgate de herramientas y consumo energético y además permite detectar problemas en el sistema productivo que pueden ser los que originen el error y de esta forma eliminar la posibilidad de realizar nuevas piezas defectuosas.
Las tecnologías que se utilizan son de lo más variadas y hay que tener en cuenta cual es la que mejor se adapta a la medición que se quiera realizar de la forma más económica, pero cumpliendo con los objetivos y la fiabilidad de la medición. Por otro lado, intentar dar una clasificación de los diferentes tipos de sensores que se utilizan es difícil ya que se tiene por un lado la tecnología, la integración, el rango de los valores que son capaces de dar, etc.
Principales tendencias actualmente en el mercado
Dentro de la tendencia actual de aumento de la precisión, la medición in-process es un aspecto que se está buscando en todos los procesos. Pero si queremos integrar un sistema de medición dentro del proceso, es necesario tener en cuenta algunas consideraciones:
- Que sea Fiable.
- Que no afecte a la Productividad.
- Que esté preparado para el ambiente productivo.
- Que tenga facilidad de integración en el sistema productivo.
- Que tenga un proceso de calibración fácil.
Dentro de las mediciones in-process tenemos diferentes sistemas como:
- La medición de la herramienta que se realiza dentro de la máquina puede tener diferentes fines como medir el diámetro, la longitud o el desgaste de la herramienta y se pude realizar por contacto o sin contacto. Por ejemplo, en centros de mecanizado se emplean sin contacto basados en sistemas láser o por visión, y con contacto como puede ser en los tornos por medio de sondas de medición.
- La medición de la pieza dentro del sistema productivo es el fin que se persigue ya que se pueden tomar medidas de corrección antes de extraerla de la máquina. Estos sistemas de medición, como se ha comentado anteriormente, pueden ser con contacto o sin contacto dependiendo del ambiente donde se está midiendo. Son sistemas muy extendidos en procesos como el rectificado y el fresado de piezas grandes por medio del contacto de diferentes tipos de sensores que en algunos casos son los que realmente gobiernan el proceso de mecanizado.
- Otro tema importante de medición in-process son las medidas relacionadas con la monitorización del proceso que pueden permitir tomar medidas que afecten a la consecución correcta de la pieza a mecanizar y por lo tanto a la productividad. Estas mediciones pueden ser de temperatura, vibraciones, consumos energéticos, colisiones, etc.
MULTITASK
Los últimos años están siendo un continuo desafío, y las piezas son cada vez más complejas. De hecho, los requisitos de las piezas parecen ser más exigentes cada día que pasa, posiblemente debido al extendido uso de los sistemas de diseño sólido 3D. Temas como los cambios de diseño, la estética y la fabricación entran en juego más que nunca, una combinación que genera cambios en los procesos de aguas abajo, incluyendo la fabricación. Ahora vemos piezas de torno con diseños que requieren procesos de fresado y piezas cuyo diseño se ajusta más a un centro de mecanizado, pero que a su vez también requieren operaciones de torneado. Por tanto de cara a estar al día con las nuevas geometrías de las piezas, manteniendo los bajos costos, las máquinas multitasking se están convirtiendo rápidamente en el medio tecnológico para llegar a ese objetivo.
Las pregunta a realizarse debe ser por los posibles usuarios es: '¿Cómo puedo mecanizar en menos tiempo?','¿Hay alguna forma de mecanizar que reduzca el número de atadas, utillajes y máquinas?'
Respondiendo a estas cuestiones, este tipo de máquinas incorporan múltiples posibilidades de mecanizado reduciendo el gasto común en las máquinas y operaciones convencionales.
- Menos retrasos ya sean de máquina o humanos, los tiempos de espera se ven muy reducidos a una secuencia continua de operaciones de mecanizado.
- El espacio de trabajo generalmente se ve reducido a una simple configuración entre torretas y cabezales de mecanizado que se mueven de una posición a otra en cuestión de segundos.
- Calidad de la pieza mejora considerablemente ya que no está sometido a cambio de origen de referencia de cada programa de CNC. Toda la pieza se produce con un mismo cero de pieza.
- Cambios de herramienta, controlados por el programa de mecanizado y realizados en muy poco tiempo.
- Movimientos en vacío que no aportan nada al mecanizado han sido prácticamente eliminados.
- Espacio en planta se limita a la ocupación de la máquina que realiza todas las operaciones de la pieza no siendo necesario máquinas extra.
- Transporte en fábrica no son necesarios porque la pieza se mantiene en la misma máquina.
- De días a horas. Por ejemplo, considerando las ventajas que la tecnología multitasking aporta a la hora de mecanizar un generador eléctrico, componente que puede ser mecanizado en este tipo de máquinas, se puede ver reducido el tiempo de mecanizado de 47 horas a unas 7 horas (600% de mejora), considerando los beneficios que esto supone.
- Beneficio: La amortización y la inversión mejoran y la inversión en tecnológica se recupera más rápidamente.
- Reducción de gastos directos: El número de maquinas se puede reducir de cuatro a una y los utillajes de seis a uno.
- Reducción de gastos generales: El número de operario se ve reducido al tiempo que lo hace el número de máquinas a utilizar.
- Reducción gastos indirectos: El hecho de sustituir una serie de máquinas por una sola requiere menos planta de taller, se reduce el impacto ambiental y el movimiento de material por la planta es más eficiente.
Una empresa innovadora debe cambiar de una producción basada en el pronóstico a una producción dependiente de la demanda, a la vez que se producen importantes reducciones en el inventario en proceso.
Mecanizado simultáneo con dos herramientas para equilibrar las fuerzas de corte
Los usuarios de máquina-herramienta están continuamente debatiéndose entre la necesidad de mantener una alta calidad en el mecanizado y la necesidad de reducir tiempo de mecanizado. Una solución a estos problemas son las máquinas equipadas con dos torretas. Estas máquinas permiten un mecanizado equilibrado, dos herramientas se encuentran cortando simultáneamente.
El corte simultáneo con dos herramientas es más rápido, y al mismo tiempo unas fuerzas de corte equilibradas contrarrestan la deformación que puede provocar en las piezas delgadas la presión de una sola herramienta. El mecanizado equilibrado ha sido históricamente utilizado en las operaciones de torneado, pero desarrollos recientes en las maquinas y en los softwares de CAM están expandiendo la tecnología de mecanizado equilibrado a las operaciones de fresado. El mecanizado equilibrado en una máquina de torno-fresado puede resultar mejor que un centro de mecanizado tradicional para el mecanizado de ciertas piezas.
Integración de otros procesos: láser y metrología in process
Además de operaciones de mecanizado, existen otras funciones que se integran en las nuevas máquinas, entre ellas el uso de láser y de sistemas de medición.
Metrología In-Process
Conocer en qué condiciones está trabajando una máquina-herramienta en tiempo real ha sido siempre un sueño compartido tanto por el usuario de la máquina como por su fabricante. Se puede por lo tanto plantear aumentar la productividad, la precisión, la calidad del acabado o reducir el consumo energético según las prioridades de cada momento concreto.
PROCESOS EMERGENTES
Micromecanizado láser por pulsos cortos
Se trata de una de las técnicas de mecanizado por laser. Sus principales características son:
- Micromecanizado de pequeñas geometrías complejas.
- Obtención de detalles geométricos repetidos muy pequeños (precisión en el mecanizado debido a la posibilidad de orientación del haz).
- Microtaladrado
- Texturizado (modificación superficial para alcanzar propiedades funcionales)
- Mejora de propiedades tribológicas (desgaste y fricción) de componentes bajo condiciones deslizantes: en condiciones secas y en condiciones lubricadas (creando depósitos de lubricante)
Mecanizado por ultrasonidos
Los ultrasonidos son sonidos con una frecuencia mayor que el límite máximo del oído humano, que es aproximadamente de 20kHz. Sólo algunos animales como los perros, los delfines y los murciélagos tienen el límite máximo mayor y pueden oír estos sonidos.
Los ultrasonidos se generan mediante las llamadas cerámicas piezoeléctricas. Estas generan una vibración mecánica a partir de una señal eléctrica a la misma frecuencia.
Consiste en acompañar el mecanizado con una vibración ultrasónica de entorno a 20-40kHz y así mejorar las prestaciones del proceso.
Aplicado a:
- Taladrado
- Torneado
- Fresado
- Rectificado
- Taladrina
- Otros (reavivado, conformado).
Taladrado asistido por ultrasonidos
En el campo de taladrado asistido por ultrasonidos existen dos modalidades: vibración en la pieza y vibración en la herramienta, siendo este último el más común. Se aplica sobre todo a materiales dúctiles susceptibles de forma rebaba: aceros inoxidables, aleaciones base níquel, Co, composites, AL-SI…
Torneado asistido por ultrasonidos
Otra de las tecnologías de mecanizado por ultrasonidos es el torneado. Sus campos de aplicación son aleaciones base Ni tipo Inconel, aleaciones de Ti y acero convencional. Los resultados pueden ser muy interesantes. Por ejemplo en el mecanizado de inconel 718 de puede conseguir una reducción del 50% en la capa de material afectado y una mejora de la rugosidad entre un 25 y un 40%.
Mecanizado asistido por taladrina megasónica
Para llevar a cabo este proceso se introduce en la taldrina la vibración ultrasónica haciéndola vibrar. Se dirige sobre todo al torneado y el rectificado.
Sus principales ventajas son la reducción del daño superficial, y la mejora de la rugosidad. Los campos de aplicación son las aleaciones AL, Ti, W, vidrios….
Soldadura por ultrasonidos
Consiste e agitar los materiales a soldar hasta llegar al punto de fusión produciéndose la unión.
Se utiliza principalmente en la industria del automóvil y en materiales pl´sticos.
Rectificado por ultrasonidos
Se conoce también como RUM (Rotary Ultrasonic Machining-Mecanizado por Ultrasonidos Rotatorio).
El RUM es un proceso abrasivo, en el cual la eliminación de material mediante la combinación de tres movimientos de la herramienta:
- Giro
- Avance contra el material
- Vibración ultrasónica en dirección axial (~ 20kHz)
Así mismo, un fluido de corte es introducido a través de la herramienta y junto a ella.
Esta vibración produce efectos positivos en el mecanizado de materiales duros y frágiles.
Mecanizado electroquímico
Se trata de un proceso de mecanizado por eliminación de metal por disolución anódica mediante acción electrolítica.
Se produce:
- Por combinación de energía eléctrica y química para formar un revestimiento inverso. - No usa ni energía térmica ni mecánica.
- Disolución electroquímica del ánodo.
- Su capacidad de disolución depende solo del peso atómico y de la carga iónica, la corriente que pasa, y del tiempo necesario para que la corriente pase.
- No influye la dureza u otras características del metal.
- Solo se desarrolla gas H2 en el cátodo y la forma del electrodo no cambia.
Se puede aplicar a cualquier material eléctricamente conductor y generalmente se utiliza para mecanizar materiales duros o difíciles de cortos por otros métodos tradicionales en campos como la aeronáutica, medicina, defensa…
Micromecanizado
La microingeniería son procesos escalados para microfabricación, microfresado/taladrado, microtorneado y punta de diamante, láser con haz ultracorto… Un producto pertenece al ámbito de microfabricación cuando al menos una de sus características funcionales en una dimensión es del orden de micras.
Procesos comprendidos en microfabricación son: microcomponente; microestructuras; métalico y cerámico; μ-Fresado, μ-torneado y μ-rectificado; haz láser; haz de iones focalizado; haz de electrones; μ-Electroerosión; μ-Estampación; μ-Inyección; μ-Moldeo; basado en silicio; MEMS; MOEMS; litografía UV; LIGA; W/D Etching; ensamblado y manipulación; control de calidad, y metrología.
Éstos son algunos de los sistemas de producción:
- Mecanizado láser con haz ultra corto – Sublimación: fuente generadora del haz láser; sistema o camino óptico (directo/galvo-escaneo), mecanismo de precisión para posicionado y escaneo.
- Micromecanizado, del centro de mecanizado a la micromáquina: origen industrial (mercado molde/matriz) y grupos de investigación (desde una hoja en blanco).
- Mecanizado a punta de diamante: superacabado.
En el aseguramiento de la calidad, son tres los principales aspectos a verificar: general, dimensional y superficial.
● Análisis de la calidad general de pieza: acabados, poros, inclusiones, rebabas...
● Topografía de la superficie: perfilometría mecánica o microscópica.
● Análisis dimensional de la pieza: medición por visión o palpado.
MATERIALES DE BAJA MAQUINABILIDAD
El mecanizado de las aleaciones de titanio y superaleaciones suponen una aplicación al alza por el creciente uso de estos metales es:
- Propulsión de aviones: son parte fundamental de las partes fijas y móviles del motor de aviación.
- Fuselajes: las aleaciones de titanio se emplean en piezas críticas y de unión de otras realizadas en composites. Un ejemplo son los bordes de ataque de las alas de varios aviones, que una vez conformadas (por conformado superplástico) deben ser recanteadas.
- Moldes para aplicaciones especiales, como por ejemplo para realizar conformado superplástico, realizados en aleaciones de níquel.
- Ortopedia: el titanio se emplea en prótesis de cadera, miembros de ortopedia y en equipos de asistencia y rehabilitación.
- Calderas y equipos de generación de energía, donde las aleaciones de titanio y las aleaciones de níquel se emplean en las partes frías (menos de 250º) las primeras, y en las zonas calientes (más de 600º) las segundas.
Materiales en el motor aeronáutico
El motor aeronáutico se compone de piezas realizadas en materiales de muy elevado valor añadido, entre ellos, y según su uso en las diferentes etapas, se encuentran:
- Fan: Aleaciones de base titanio (Ti-6Al-4V). Este material es la referencia en las partes del motor que no superarán los 250º.
- Alabes de baja presión: Aleaciones de aluminio y de base titanio (Aluminio forjado, Ti-6Al-4V).
- Carcasa: Aleaciones de aluminio y/o composites de fibra de carbono.
- Caja: Superaleaciones resistentes a altas temperaturas (Jethete, Inconel, Waspaloy).
- Cámaras de combustión: Superaleaciones resistentes a altas temperaturas (Nimonic C 263, Inconel).
- Alabes de la turbina: Superaleaciones resistentes a altas temperaturas (Inconel a 625 ó 718, Nimonic).
- Cono de salida: Aceros resistentes a la corrosión (Aceros inoxidables).
- Discos: Superaleaciones resistentes a altas temperaturas (Waspaloy, Inconel).
- Eje (compuesto de varios segmentos): Acero de alta resistencia.
- Alabes de alta presión: Superaleaciones resistentes a altas temperaturas (Ti-6Al-4V, Inconel, Waspaloy).
La ley general que rige la maquinabilidad de estos materiales es que “cuanto más temperatura aguanta manteniendo sus propiedades mecánicas, peor es su mecanizado”. La razón fundamental es que el calor de la deformación producido en el proceso de arranque de viruta no es suficiente para reblandecer el material y formar la viruta, manteniendo su tenacidad hasta temperaturas elevadas.
LASER 3D, RECTIFICADO…
Más información: 94 448 71 13
