IK4-Tekniker participa amb el desenvolupament de solucions per evitar vibracions i deformacions en el tornejat de grans peces

Els productes d'alt valor afegit fabricats a partir de materials d'alt rendiment, com els empleats en els sectors aeronàutic, transport o energètic, requereixen la més alta precisió i qualitat durant el procés de mecanitzat. No obstant això, l'enginyeria de processos convencional té una eficàcia limitada per a la millora de la fabricació d'aquest tipus de productes.

L'objectiu del projecte se centra en la introducció de sistemes d'utillatge millorats que permetin augmentar el rendiment dels processos de mecanitzat mitjançant l'ús de sistemes d'utillatge intel·ligents, que permetin la supervisió, el control i l'adaptació dels processos per obtenir resultats més precisos, més barats i de major qualitat.

El projecte, que tindrà una durada de 3 anys, compte actualment amb 22 socis: 13 pimes, 3 grans empreses, 1 pime (associació d'empreses), 3 universitats i 2 centres tecnològics, procedents de 6 països França, Alemanya, Bèlgica, Turquia, República Txeca i Espanya.

Tradicionalment els utillatges de mecanitzat s'encarreguen de posicionar i fixar la peça a l'espai de treball considerant-la com un cos indeformable, no obstant això les exigències i requisits dels processos de fabricació fan cada vegada més important tenir en compte aspectes com les deformacions, les vibracions o les distorsions que es produeixen durant la fabricació amb la peça col·locada en l'utillatge. Així mateix, el sistema peça-utillatge-màquina no es pot considerar com un sistema estable lloc que existeixen factors, com la forma de la peça o la zona de treball dins de la màquina, que varien durant el procés afectant al comportament d'aquest sistema, per la qual cosa és necessari emprar elements adaptatius com els utillatges que permetin controlar i adaptar el comportament per aconseguir la precisió, qualitat i costos de fabricació adequats.

El projecte Intefix pretén establir metodologies de disseny d'utillatges utilitzant maquinari i programari amb tecnologies d'avantguarda (sensors, actuadors, CAD/CAM/CAU, CNC, PLC, simulació de processos...) en combinació amb eines de les tecnologies de la informació i comunicació (algorismes de control, eines de simulació...) desenvolupades expressament per controlar i adaptar el comportament de l'utillatge; donant com resultat els utillatges intel·ligents.

Així mateix, aquestes metodologies es basaran en l'ocupació d'elements modulars per a l'obtenció de sistemes d'utillatge reconfigurables, ràpids, precisos i robusts. Aquests dispositius persegueixen modificar el comportament del propi utillatge i les interaccions processo/utillatge/màquina en les operacions de mecanitzat, per la qual cosa permeten evitar algunes limitacions del procés, aconseguint reduir el temps i els costos de fabricació.

Els desenvolupaments del projecte s'apliquen en diferents casos pràctics que serveixen al seu torn per a la realització de les proves de verificació i validació. Aquests estan dividits en tres escenaris d'aplicació:

• Escenari 1: Vibració; per solucionar els problemes de peces que vibren durant el procés.
• Escenari 2: Deformació; per solucionar els problemes de peces que es deformen i/o es distorsionen durant el procés.
• Escenari 3: Posicionament; per solucionar els problemes de posicionament o referenciación de les peces durant el procés.

Els resultats del projecte seran un pas més cap a la fabricació intel·ligent, proporcionant noves funcionalitats en els sistemes i equips de fabricació basades en l'automatització, la flexibilitat, la versatilitat, l'eficiència i la precisió.

La missió d'Intefix és ambiciosa, ja que està pensat per causar un impacte als mercats globals i reforçar la posició de mercat de la indústria manufacturera d'alt valor afegit a Europa. Es tracta d'un sector econòmic amb un gran pes en les economies avançades, ja que la indústria del metall suposa al voltant del 10% del valor afegit industrial de la Unió Europea i empra a un 12,5% dels seus treballadors.

L'activitat d'IK4-Tekniker en el projecte està relacionada amb el desenvolupament de solucions per evitar vibracions i deformacions en el tornejat de grans peces, mitjançant la integració d'elements intel·ligents a les zones adequades de l'utillatge per controlar el seu comportament i obtenir un millor resultat en el procés.

Aquesta participació està associada a dos casos pràctics proposats per Indústria de Turbopropulsores (ITP). En el primer d'ells, es tracta de reduir les vibracions en el tornejat de la carcassa de la turbina de baixa pressió (LPT, per les seves sigles en anglès); mentre en el segon, l'objectiu és reduir les deformacions de la peça a causa de l'amarri de la mateixa per procedir al tornejat de les bridas del TBH (Tail Bearing House).

La iniciativa inclou els treballs de definició de les especificacions del projecte, el disseny de la metodologia de treball i el traçat de processos per a la caracterització de les solucions tecnològiques. A més, IK4-Tekniker s'encarregarà del disseny dels casos d'estudi de dos dels 15 paquets de treball

Els problemes que presenta la fabricació d'aquest component estan associats a la limitació en la productivitat provocada per l'aparició de vibracions en el procés de tornejat, que també són la causa d'un mal acabat superficial en el component i del desgast excessiu de les eines. Les dimensions típiques d'aquest component són de 1900 mm de diàmetre, 600 mm d'altura i espessor entre 3 i 6 mm, que condueixen a un comportament dinàmic desfavorable per al mecanitzat i una rigidesa canviant per l'eliminació del material.

L'objectiu principal se centra a reduir el nivell de la vibració en el procés mitjançant la introducció de sistemes intel·ligents en l'utillatge que permetin la detecció de les vibracions, i sobre la base d'aquesta mesura procedir a la modificació de l'amarri. A més dels sensors de detecció, està previst l'ocupació d'elements d'utillatge avançats i sistemes d'absorció de vibració.

Les alternatives de solució inclouen la modificació estructural del comportament mitjançant canvis en les condicions d'amarri (força, amortiguamiento i posició dels amarris i suports) variant d'aquesta manera la resposta de la peça abans les forces del procés; així com l'ocupació de sistemes actius i semi-actius d'absorció de vibracions que permetin contrarestar les els factors variables del procés com les forces de mecanitzat i el comportament dinàmic de la peça. A més d'ITP i IK4-Tekniker, participen en aquesta aplicació les empreses Invent GmbH, Cedrat Technologies, Compotech s.r.o., Alava Enginyers i Adaptronics International GmbH.

IK4-Tekniker participa en l'anàlisi teòrica-experimental del comportament dinàmic de la peça mitjançant la utilització de programari d'elements finits i l'ocupació de sistemes d'anàlisi experimental dinàmica i modal. D'altra banda, també participa en la definició i el disseny de la solució general del nou utillatge intel·ligent, definint les necessitats dels sistemes d'actuació en l'amarri i les característiques dels sistemes d'absorció de vibracions.

Els problemes en aquest component estan relacionats amb els errors de posicionament de la peça associats a les deformacions que es produeixen durant el procés d'amarri. Aquestes deformacions són conseqüència de les distorsions geomètriques de la peça després dels processos previs de soldadura, de manera que si no es corregeixen en amarrar la peça provoquen errors en les parts mecanitzades no aconseguint-se la precisió requerida. Aquest problema està associat a l'alta flexibilitat del component format per parets primes.

Per tant, l'objectiu principal és poder amarrar la peça en l'utillatge sense introduir una deformació addicional del component. Per a això s'empraran sensors que permetin conèixer la posició de la peça una vegada recolzada en l'utillatge i elements de fixació que subjectin la peça adaptant-se a la forma d'aquesta.

La solució consisteix en l'ocupació d'elements hidràulics d'amarri amb control de pressió i de posició, de manera que s'aconsegueixi una fixació del component sense deformació. Al mateix temps, l'ocupació d'elements hidràulics permet tenir un amarri uniforme i simultanejo en els diferents punts d'ancoratge reduint d'aquesta forma la distorsió de la geometria del component.

Juntament amb ITP i IK4-Tekniker, participen en aquesta aplicació les empreses Stern Hidràulica, Alava Enginyers i Roemheld GmbH. IK4-Tekniker participa en la definició de la solució de l'utillatge i en el desenvolupament del sistema de control de l'amarri per assegurar el correcte posicionament i actuació dels diferents elements de fixació.

El projecte Intefix (FP7 Grant Agreement 609306) és un projecte finançat per la Unió Europea dins del VII Programa Marco al programa ICT (Information and Communication Technologies) i en la trucada FoF (Factories of the Future). Així mateix, el projecte forma part de la iniciativa I4MS (ICT Innovation for Manufacturing SMEs).