Posicionamos su web SEO / SEM
Tanto la industria de máquinas-herramienta y como sus proveedores aceptan los retos actuales desarrollando soluciones específicas para enfrentarse a los mismos

La productividad y la eficiencia energética como promotores de la innovación

Hendrik Abrahams, Instituto para la producción con arranque de viruta, Universidad Técnica de Dortmund16/05/2012

16 de mayo de 2012

En este artículo sobre las más actuales tendencias en el sector de la máquina-herramienta, el autor habla, entre otras cosas, de cómo el positivo desarrollo económico actual de los bienes de equipo en países como Alemania ha dado especial protagonismo a la productividad y eficiencia. Los fabricantes centran sus esfuerzos en presentar nuevas y mejoradas soluciones para dar respuesta a las cambiantes exigencias del mercado. Sectores industriales como la aeronáutica y la tecnología energética tienen, por ejemplo, mayores exigencias en lo que al diseño de máquinas-herramientas se refiere. El objetivo es conseguir un arranque de viruta económico para materiales especiales que se utilizan con más frecuencia en estos casos como pueden ser aleaciones a base de titanio y níquel o materiales plásticos con fibras por carbono.
Las ferias no sólo sirven para presentar productos o para verlos, sino también para detectar tendencias. En la pasada edición de la Metav se observó, por ejemplo, que un mercado en auge es la técnica médica. Aquí se fabrican, por ejemplo, injertos médicos mediante microfresado y microtaladrado. Las correspondientes máquinas deben tener unas características de desplazamiento y concentricidad de alta precisión, incluso a revoluciones muy elevadas. También hay exigencias para las herramientas, que requieren que el canto de filo esté diseñado con precisión micromilimétrica. Mediante la automatización correspondiente se puede pensar también en soluciones que permitan, por ejemplo, que personal ajeno al sector produzca directamente en las consultas médicas.

No obstante, el mecanizado completo sigue siendo el foco de atención, independientemente del campo de aplicación. Los nuevos centros de mecanizado no sólo permiten el torneado, fresado y taladrado, sino que ahora facilitan incluso el rectificado y ahuecado. Desde el lado de la herramienta también se llevan a cabo varias operaciones de mecanizado con una sola herramienta, por ejemplo, cuando se trata del taladrado. Pero el tema del ahorro energético no sólo se encuentra en el centro de atención en lo que a las piezas se refiere. Con respecto al diseño de las máquinas, también se están realizando grandes esfuerzos para ir disminuyendo constantemente el consumo de energía. Ejemplos de ello son la recuperación de la energía de freno del husillo y el empleo eficaz de grupos secundarios orientado a las necesidades.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

La eficiencia energética de las máquinas-herramienta se mantiene en el foco de atención

La eficiencia energética de las máquinas es, especialmente en la industria del automóvil, un criterio importante para tomar una decisión de compra. Por tanto, se trata de un argumento comercial muy importante para los fabricantes de máquina-herramienta. En este sentido, ofrecen un gran potencial de ahorro los grupos hidráulicos que se requieren, por ejemplo, para la técnica de sujeción y accionamiento. Estos componentes trabajan ya muchas veces sobre una base electromecánica. Los accionamientos con posibilidad de recuperación y alojamientos de fricción reducida son otros puntos de partida para la reducción de las necesidades de energía.

También se están tomando medidas para aumentar la eficiencia energética en el ámbito formativo, donde se utilizan máquinas-herramienta convencionales para fines didácticos.

Aumento de la productividad

Con el fin de aumentar la productividad, los fabricantes se esfuerzan por conseguir que se realicen en una sola máquina todos los pasos de mecanizado hasta conseguir el componente acabado. Los nuevos centros de mecanizado permiten el taladrado, fresado, rectificado y ahuecado en una sola sujeción. Además del procedimiento de taladrado estándar, las nuevas herramientas permiten el clásico procedimiento de taladrado profundo con expulsor en una sola sujeción. De este modo es posible producir estructuras complejas como, por ejemplo, trenes de aterrizaje. Ejemplo de ello es el nuevo taladro para agujeros profundos que, a su vez, dispone de una unidad de torneado. Esta unidad de torneado permite el taladrado profundo y el torneado en una misma sujeción.

Además del mecanizado completo, la eficiencia de las máquinas para aumentar la productividad tiene la máxima prioridad. La producción desatendida, realizada por medio del correspondiente software CAD/CAM, tiene una alta demanda como consecuencia del incremento de los costes salariales. En este sentido, podemos encontrar ya en el mercado centros de mecanizado horizontal que pueden operarse prácticamente sin intervención humana gracias al software que incorporan, en versiones estándar de dos palés que, opcionalmente, pueden aumentarse hasta seis y que pueden utilizarse como centro de mecanizado de 5 ejes, torno o torno automático.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

Arranque de viruta pesado y de grandes piezas para la tecnología energética

La tecnología energética es un mercado en crecimiento en lo que a la construcción de máquinas herramienta se refiere. Tanto en el sector offshore como también en la construcción de centrales eléctricas se están construyendo instalaciones nuevas y más eficientes. Los componentes necesarios, por ejemplo, para las instalaciones eólicas suponen ya un gran reto sólo por sus dimensiones. En este sentido, la empresa vasca Goratu Máquina-Herramieta ofrece fresadoras de columna móvil que permiten recorridos de desplazamiento de 15.000 x 1.500 x 3.000 milímetros. Con una precisión de posicionamiento de 0,01 milímetros sobre una longitud de 4 metros pueden realizarse mecanizados de alta precisión.

Nuevos conceptos para la supervisión del proceso

Garantizar la seguridad durante el proceso de mecanizado, es decir, poder mecanizar los componentes de forma estable y con una alta calidad, es uno de los objetivos principales de los fabricantes de máquinas. Para ello se aplica, por ejemplo, el concepto del airbag del coche a una máquina herramienta. A tal fin se utiliza una técnica de sensores de aceleración en 3D para detectar situaciones críticas para la máquina y poder reaccionar inmediatamente frente a ellas.

En aplicaciones concretas se captan las oscilaciones del husillo portapiezas durante el fresado de desbaste. La información registrada proporciona al operario de la máquina indicaciones para la programación. En el control pueden definirse hasta tres límites. El primer límite describe el aumento del esfuerzo para la herramienta cuando el desgaste es excesivo. El avance se reduce. En caso de exceder el segundo límite, el esfuerzo para un mecanizado seguro ya no está garantizado. En consecuencia, se detiene el programa del CN. Si se excede el tercer límite, se ha producido una colisión entre la herramienta y la pieza. En el servicio normal, la máquina intentaría en cuestión de milisegundos mantener su velocidad, provocando de este modo deformaciones del husillo principal si el control no tiene prevista una vigilancia de colisión. No obstante, gracias a la captación de las oscilaciones, con el sensor de aceleración se desconecta el motor en 2 ms. Por lo tanto, el sistema brinda la posibilidad de definir procesos y prevenir daños en la máquina en caso de colisiones.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

Nuevos conceptos de refrigeración como clave para el éxito en el arranque de viruta de materiales especiales

El arranque de viruta de materiales especiales como aleaciones en base de níquel o titanio queda determinado por la reducida conductividad térmica de los materiales debido a altas temperaturas. Con el fin de poder llevar a cabo el mecanizado de forma rentable, se utilizan alternativas a la lubricación convencional por inundación basada en la emulsión.

Un concepto que ha resultado muy acertado en el pasado es la refrigeración de alta presión con emulsiones. Para la reducción del desgaste de herramientas resultan decisivos el volumen y la estrategia de suministro del medio refrigerante. Por ejemplo, Iscar Germany ofrece un soporte con un tubo pequeño desplegable en sentido hacia el canto cortante que ha sido concebido especialmente para esta tarea de mecanizado. Este diseño permite una salida de emulsiones muy cercana al punto de empleo. El soporte puede funcionar con una presión de refrigerante de entre 10 y 300 bares. El tubo pequeño es intercambiable. Gracias a la forma y las secciones transversales de la abertura de salida de la tobera, pueden variarse de forma muy concreta la corriente de refrigerante y la cubierta del canto cortante con este soporte.

En la máquina se instalan unas bombas adecuadas para la aplicación de la refrigeración de alta presión. Son muchos los fabricantes de máquinas que están equipando sus máquinas de forma estándar con bombas con una presión de refrigerante de 50 bares. Para tareas de mecanizado especial puede ser muy útil emplear unas presiones mayores. Recientemente se presentó al mercado una nueva bomba helicoidal de baja capacidad que resulta energéticamente muy eficiente gracias a la regulación específica de la frecuencia. La válvula limitadora de presión de esta bomba puede ser activada de forma variable de tal modo que, en comparación con una bomba convencional, la necesidad de potencia se reduce en un 53%, independientemente de la presión. La bomba helicoidal de baja capacidad presentada es capaz de poner a disposición unas presiones hasta 200 bares.

Otra posibilidad de refrigeración eficaz para el arranque de viruta de materiales especiales es la refrigeración criógena del proceso con nitrógeno líquido. En el salón Metav de Düsseldorf pudo verse una solución integrada en la máquina. En este sentido, la máquina está equipada con un depósito en el que se almacena el nitrógeno líquido a una temperatura de -196 °C. Mediante unas válvulas y tuberías aisladas al vacío se conduce el medio refrigerante a través del husillo en el recinto de mecanizado y hasta la herramienta, que es donde el medio se suministra directamente a través del filo. En una cavidad ubicada detrás del canto cortante se transfiere el calor de proceso al nitrógeno. A través de las aberturas en la herramienta, los volúmenes de nitrógeno calentado se entregan en forma gaseosa al aire ambiente. Gracias a este principio es posible refrigerar la herramienta muy cerca del punto de empleo.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

Mejoras en los conceptos de máquina

La refrigeración criógena del proceso con el fin de reducir el desgaste de herramientas no resulta adecuada para todas las tareas de mecanizado de materiales especiales. Por ejemplo, el mecanizado de materiales frágiles como cerámicas supone unos grandes retos para el usuario, no solo con respecto al desgaste de herramientas, sino también en lo que a la calidad de los componentes se refiere. El material muestra en particular una baja resistencia frente a la expansión de las fisuras. Es por ello que el mecanizado de acabado resulta sumamente importante.

Precisamente, un fabricante de máquinas ha desarrollado un procedimiento que evita prácticamente esta cuestión. ‘Laserturn’ es un torneado apoyado por láser. Mediante un láser se calienta y desolidifica el material directamente delate del canto cortante. De este modo puede reducirse el desgaste de herramientas y mejorar considerablemente la calidad superficial. Este concepto que ha estado instalado en un torno, también puede utilizarse para el temple por rayo láser. En un uso posterior pueden templarse martensíticamente de este modo las zonas del árbol sometidas a muchos esfuerzos (por ejemplo, asientos de cojinete, muelles de ajuste, etc.) con el fin de conseguir una mayor reducción del desgaste. Con este procedimiento pueden alcanzarse todos los grados de dureza específicos de los materiales.

Herramientas perfeccionadas para aumentar la productividad

También las herramientas se van perfeccionando con el fin de aumentar la eficiencia de los conceptos de mecanizado existentes. Las herramientas de taladrado profundo monolabial sirven para la fabricación de orificios capaces de satisfacer altas exigencias de calidad. Ejemplos de aplicación son la tecnología de inyección en la industria del automóvil o el taladrado de árboles de engranajes. Los valores de avance más reducidos que se pueden conseguir suponen una desventaja frente a las brocas espirales. Gracias a las innovadoras versiones de alta velocidad es posible compensar esta desventaja en su mayor parte. Los rompevirutas con un ángulo de arranque de viruta muy positivo de más de 20° rompen mejor la viruta y reducen mejor las fuerzas de corte. Con las nuevas brocas es posible realizar unos avances entre cinco y seis veces mayores que con las herramientas de taladrado profundo monolabial convencionales

Bajo el nombre de ‘Sistema Safe-Lock’ se expusieron en la feria Metav (Düsseldorf) unas herramientas de fresado con protección contra extracción accidental. El mango de la herramienta dispone de unas ranuras helicoidales realizadas mediante rectificado. Unos arrastradores integrados en el asiento de herramienta impiden, en caso del fresado de alto rendimiento, que se pueda extraer la herramienta de su asiento. A la mayor seguridad del proceso se le añade una vida útil el doble de larga y una productividad que de media es un 30% mayor.

Tanto la aeronáutica como la tecnología energética son mercados de crecimiento que por los materiales de construcción suponen nuevas exigencias para las herramientas. La alta resistencia térmica de las aleaciones a base de níquel como Inconel 718 favorece su uso como material para la construcción de turbinas. No obstante, una alta resistencia térmica conlleva al empeoramiento de las características de arranque de viruta, por lo que se deben desarrollar nuevas herramientas. Existen ya herramientas de taladrado adaptadas con un nuevo recubrimiento que ha sido concebido especialmente para la problemática del desgaste al taladrar el material Inconel 718. Este tipo de broca de ratio RT 100 HF refuerza especialmente la seguridad del proceso y la productividad. La capa de signum también ha sido desarrollada específicamente para esta aplicación y es especialmente resistente al desgaste térmico y a la difusión.

Más facilidad para la gestión de herramientas

La gestión de las herramientas que se utilizan en la empresa supone otro enfoque para las ofertas que realizan los fabricantes de herramientas y los especialistas en la gestión de herramientas. En este sentido, para un fabricante de herramientas la flexibilidad de sus sistemas de entrega de herramientas se muestra en un primer plano. Así, el sistema puede ampliarse de forma modular y adaptarse sin ningún problema a cambios en las estructuras de producción de la empresa. La entrega se controla por medio de un software. El sistema ofrece además una gran variedad de posibilidades de evaluación e informe. También es posible diseñar esta solución para varios proveedores a la vez. En tal caso es posible administrar el almacén para los medios de comprobación, herramientas de montaje y materiales de consumo. Gracias a la integración en línea del sistema, las herramientas están permanentemente disponibles, reduciéndose al mismo tiempo los costes para la gestión de herramientas.

Reduciendo la variedad de herramientas se puede reducir la gestión de las mismas. Los fabricantes de herramientas ofrecen, en este sentido, soluciones de fresado que permiten el uso de plaquitas de corte reversibles específicas en diferentes herramientas de fresado. Por ejemplo, un elemento activo que puede emplearse tanto para fresas planas de menos de 45° como también para ángulos inferiores a 60°. Estas herramientas tan versátiles pueden utilizarse también para fresas de cantos (90°) y fresas de avance alto (15º).

‘Simply Coloured’: bajo este lema un fabricante de herramientas pretende orientar al operario de la máquina en la selección de herramientas. A tal fin, las herramientas, que en un primer paso son plaquitas de corte reversibles para el torneado, están identificadas en amarillo, rojo o azul en el orificio de sujeción y en el canto cortante. La codificación con colores del orificio de sujeción indica la clase de aplicación en la que puede clasificarse la herramienta. El color del canto cortante define el material de corte del que se compone la herramienta. De este modo se consigue limitar mucho el peligro de confusión al seleccionar la herramienta. Además el empleo de un canto cortante puede detectarse inequívocadamente debido al desprendimiento del recubrimiento de color. Un campo de aplicación para este sencillo pero innovador concepto es, por ejemplo, la industria del automóvil, donde se emplean herramientas estandarizadas.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

Innovadores medios y principios de sujeción

Gracias a las características de los medios de sujeción, se puede influir directamente sobre la eficiencia de un proceso de arranque de viruta. Los platos de sujeción de construcción ligera de plástico de fibras por carbono permiten ahorrar entre un 50 y 60% de peso con los mismos datos de potencia y las mismas relaciones de fuerza. Al ser menor la masa, el husillo puede acelerar más rápidamente, lo que a su vez permite acortar los tiempos de producción.

Para que el proceso siga siendo seguro, es necesario comprobar la fuerza de sujeción periódicamente. Los nuevos medidores de la fuerza de sujeción transmiten los datos por Bluetooth a un ordenador de medición. De este modo es posible archivar de forma clara los datos en la producción para cualquier máquina.

Para la seguridad del proceso, es importante sujetar bien las brocas pequeñas. Los nuevos platos de sujeción hidroexpansibles de un fabricante de herramientas para brocas con un diámetro de entre 2 y 5 milímetros permiten la sujeción de las herramientas de forma rápida, muy exacta y directa con una elevada fuerza de sujeción. Este tipo de sujeción simplifica la manipulación y permite un ajuste rápido de la longitud. Con un valor inferior a 3 µm, la concentricidad es muy precisa incluso en platos extralargos. El nuevo plato de sujeción está disponible para todas las interfaces habituales (HSK, SK, BT). Las herramientas sujetadas en los platos de sujeción hidroexpansibles pueden utilizarse con refrigeración interior o incluso con lubricación por cantidades mínimas.

De forma convencional se sujetan los componentes cilíndricos en platos de tres mordazas. Especialmente los tubos o los materiales blandos pueden sufrir deformaciones importantes en caso de elevadas fuerzas de sujeción. Cuando la sujeción se realiza entre más de tres mordazas, la situación de sujeción es excesiva. Como alternativa, se utilizan platos de seis mordazas de compensación. Estas mordazas han sido concebidas de tal modo que, en cada caso, hay dos mordazas formando una unidad y están alojadas de forma oscilante. De esta forma es posible sujetar incluso componentes sensibles a la deformación o no redondos en tornos y centros de torneado. Este sistema se puede utilizar para la sujeción interior y exterior, y aporta unas características de concentricidad buenas.

Controles en la técnica de producción moderna

El arranque de viruta en el proceso de producción moderno establece unas elevadas exigencias para los controles de las máquinas. Un tema importante es la capacidad de ‘multitasking’ de los controles que permite que puedan llevar a cabo varias tareas en paralelo. El nuevo 840D sl de Siemens AG, por ejemplo, puede utilizarse para el torneado, fresado, taladrado, rectificado y aserrado. El objetivo de estos conceptos de ‘multitasking’ es el de acelerar los procesos en la producción. Así, los empleados pueden utilizar varias máquinas sin que se requieran medidas de formación.

También la eficiencia energética anteriormente descrita necesita llevarse a cabo desde la técnica del control. En este sentido, el mismo fabricante ofrece para sus controles una combinación de teclas (‘Ctrl+E’) con la que el operario de la máquina puede acceder al área de ahorro de energía. En este menú puede determinarse el uso orientado en la necesidad de los grupos secundarios.

Presentar toda la gama de productos en todo el mundo

Muchas empresas disponen de una estructura globalizada de clientes, lo que implica unas elevadas exigencias con respecto a la disponibilidad de datos. Se trata, por ejemplo, de poder visualizar los archivos CAD en cualquier sitio sin ningún problema. El software ‘Glovius’ ofrece una nueva posibilidad. Con este software se pueden descargar desde Internet los datos CAD de forma comprimida (solo algunos kBits) utilizando un iPad, lo que permite representar sin ningún problema y de forma espontánea los componentes en las instalaciones del cliente. Por lo tanto, para poder presentar toda la gama de productos en todo el mundo, no se requieren los grandes volúmenes de datos de los archivos CAD convencionales.

Creciente empleo de sistemas CAM

En la técnica médica se utiliza el CAM para la producción con arranque de viruta, por ejemplo, de injertos. El objetivo es generar automáticamente un programa CN en base a un componente real. Para el ejemplo concreto de la técnica médica, esto implica que primero se escanea la articulación o el diente que ha sufrido daños. Basándose en el escaneo, se genera un diseño CAD que a su vez permite calcular la pista del CN para las pistas de fresado y rectificado. Estos datos se transmiten a una máquina de 5 ejes que se encarga de realizar el injerto correspondiente. En la técnica médica, el cálculo de los datos entre el escaneo y la producción debe realizarse de forma automática, ya que los operarios son personas inexpertas en el mecanizado.

foto
Foto: Messe Düsseldorf / Constanze Tillmann.

VÍDEOS DESTACADOS

TOP PRODUCTS

ENLACES DESTACADOS

Polusólidos 2017Fitmaq 2017 Bilbao

ÚLTIMAS NOTICIAS

OPINIÓN

OTRAS SECCIONES

SERVICIOS