Utillajes: los grandes olvidados en la fabricación mecánica

Miremos lo que nadie mira. En industria, cuando pensamos en una operación de mecanizado, dedicamos mucho tiempo y esfuerzo a la selección de herramientas, parámetros de corte, trayectorias de herramienta, etc. pero en muchos casos, obviamos uno de los aspectos más críticos para garantizar que el proceso cumpla nuestras expectativas en cuanto a acabado superficial y tolerancias dimensionales: la selección del utillaje más adecuado.

¿Qué entendemos por utillaje?

Los utillajes son el conjunto de dispositivos que crean el enlace físico entre la pieza y la máquina. Estos son los únicos responsables de mantener la pieza en su posición dentro de máquina durante su proceso de fabricación, y actúan de interfaz entre ambos. A nivel industrial, es importante que los utillajes no solo mantengan la pieza en su lugar, sino que, además, si se fabrican varias piezas el posicionamiento debe ser repetitivo [1].

En general, cuando se habla de utillajes lo primero que nos viene a la cabeza son las mordazas, las bridas y otros sistemas similares muy comunes en operaciones de mecanizado (figura 1 a), sin embargo, la palabra utillaje es mucho más amplia, y hace referencia también a los sistemas usados para mantener la pieza en su posición en otras operaciones de fabricación, como puede ser la electroerosión (figura 1 b), el desbarbado, la soldadura, etc. o incluso en el proceso de inspección y verificación, donde destacan los usados en máquinas de medir por coordenadas (figura 1 c), en los que la estabilidad es crítica, o aquellos utilizados para la inspección interna mediante tomografía computarizada, entre otros. Una vez fabricadas e inspeccionadas las piezas, también se utilizan utillajes durante el proceso de montaje (figura 1d), para garantizar un adecuado posicionamiento relativo de los componentes. Sin embargo, es cierto que centrarse en las operaciones de arranque de viruta al hablar de utillajes es coherente, teniendo en cuenta que en estas las fuerzas entre pieza y herramienta pueden ser significativas, se tienden a producir vibraciones y, por si fuera poco, en operaciones de 5 ejes, la pieza puede sufrir movimientos bruscos dentro de máquina.

Cada pieza, su utillaje

Dado que el utillaje debe asegurar la pieza en máquina, es importante seleccionar el más adecuado teniendo en cuenta la pieza, la operación a realizar y otros aspectos como puede ser la necesidad de mantener referencias entre máquinas, sensorizar el proceso, etc., en definitiva, cada pieza debe fabricarse con un utillaje específico para ella. El principio de “cada pieza, su utillaje”, no implica la necesidad de diseñar un sistema de amarre nuevo para cada diseño de pieza o de operación a realizar, sino que debe escogerse el que mejor permita adaptarse a las necesidades concretas del componente.

En la selección de un sistema de amarre, por supuesto es importante considerar la geometría de la pieza (zonas de apoyo, superficies con tolerancias más críticas, paredes delgadas…), pero no es el único factor decisivo. El material de la pieza por ejemplo puede abrir o cerrar las puertas a un tipo de amarre; una pieza de aluminio no podría sujetarse mediante una mesa magnética, de la misma forma que al trabajar con piezas muy esbeltas, es necesario controlar la fuerza de apriete.

Y ahora, la realidad: ¿qué sucede en taller?

La teoría es clara, todos entendemos que no es lo mismo sujetar un bloque motor de automoción que un álabe de turbina aeronáutica. Sin embargo, en el taller, a pie de máquina, la teoría se difumina, y la práctica se rige por otras normas. Tendemos a usar “la mordaza de siempre, que nunca falla” para fresado, “el plato de garras que puede con todo” si se trata de un torneado y “para todo lo que no podamos, un par de bridas”.

Pero si usando una mordaza o unas simples bridas las piezas salen bien, ¿por qué darle más vueltas? ¿por qué seguir leyendo este artículo? La respuesta es sencilla, la mordaza funciona, y funciona bien, pero no siempre. Hay componentes que no pueden ser fabricados si no es con un utillaje más avanzado, y hay otros en los que la elección de un sistema específico aporta un aumento significativo en la productividad y evita la aparición de muchos problemas típicos.

La mentalidad a nivel de taller está cambiando poco a poco, pero todavía muchos operarios, apretados por la necesidad de sacar piezas “como churros”, sin perder tiempo ni para pensar en el amarre, no son conscientes de que la selección de un utillaje adecuado puede marcar la diferencia en la aparición de vibraciones y en la deformación de la pieza como consecuencia de las fuerzas de corte, o hacer que la pieza quede en tolerancias o fuera de ellas.

Cuando la mordaza, las bridas o el plato de garras funcionan, el operario está contento y el jefe más, pero cuando la pieza se complica empiezan las decisiones no siempre adecuadas que todos conocemos:

1. Apretar un poco más la mordaza, “por seguridad”
2. Bajar la velocidad de avance
3. Modificar la velocidad de corte “hasta que suene bien”
4. Reducir la profundidad de pasada, “esto siempre ayuda”
5. Compensar los errores de forma modificando las trayectorias
6. Dejar una demasía para hacer el acabado tras medir la pieza
7. …

Si algo de lo anterior da un buen resultado, la pieza sale y hasta la siguiente, a pesar de que la productividad pueda verse afectada por ejemplo al reducir el avance. Pero si nada de lo anterior funciona, el operario desesperado, el jefe echando humo y la respuesta al cliente acaba siendo “esta pieza con esas tolerancias no se puede fabricar, quien la ha diseñado no sabe de fabricación”. El resultado: Un cliente menos.

Y es precisamente en este punto donde llegan los utillajes y la pieza pasa a poderse fabricar, sin siquiera modificar las condiciones de corte, las trayectorias, y sin necesidad de medidas en máquina para correcciones de última hora.

Todos somos conscientes de que estando frente a una máquina las cosas pueden no salir como esperamos, pero si el cliente nos encarga hacer un planeado a las caras de un cubo de 100 mm de lado y nos da unas tolerancias de 50 µm de planitud, aceptaremos con alegría, el día empieza bien; nos ha tocado algo fácil. Si por el contrario, tenemos la mala suerte de tener que fabricar un álabe de turbina de vapor para generación de electricidad, con una longitud del orden de 400 mm, un espesor de no más de 7 mm, una geometría compleja y unas tolerancias de 10 µm, nos entran sudores, aunque el material pueda ser el mismo. El primero lo afrontaremos con nuestra querida mordaza en la que tanto confiamos, pero el álabe no es tan sencillo. ¿Cómo lo sujetamos? ¿Cómo evitamos que vibre?

La diferencia entre el cubo y el álabe, por supuesto es la complejidad de las superficies, pero el mayor obstáculo no es la geometría de la superficie en sí, sino el espesor de este. Fresar una geometría alabeada en un bloque de material, por ejemplo, para la fabricación de moldes o matrices puede ser costoso, pero no demasiado complejo. En estos casos, el amarre puede ser tan simple como atornillar el molde directamente a la mesa de la máquina. Sin embargo, si intentamos mecanizar una pared delgada, incluso si la geometría es simple (por ejemplo, una placa plana de 30 x 100 x 3 mm) nos encontraremos con dificultades similares a las del álabe.

En mecanizado (y otros procesos de fabricación similares), el término “pared delgada” tiene cierta controversia, y cada autor propone una definición ligeramente diferente, por lo general condicionado por su ámbito de estudio. Algunos autores únicamente consideran el espesor al proponer una definición, sin embargo, si la longitud es muy reducida, esto no supone un gran problema. Otros clasifican como paredes delgadas aquellas con una relación de aspecto superior a un valor, por ejemplo, con una longitud 10 veces mayor a su espesor.

Para este artículo, se ha preferido prescindir de definiciones como las anteriores, y se prefiere considerar que una pared delgada es aquella cuyo espesor sea considerablemente menor que sus otras dos dimensiones y cuya tendencia a vibrar y a deformarse sea suficiente para no poder considerarse rígida en el contexto de la operación. Es decir, al hablar de paredes delgadas en realidad se quiere hablar de un conjunto de componentes en los que los problemas asociados a su baja rigidez (como consecuencia del reducido espesor) son predominantes.

A nivel industrial, los componentes de pared delgada son muy abundantes, más de lo que a priori cabría esperar, pero a modo de ejemplo, los más destacados son los álabes de turbinas de gas (figura 2 a), los componentes ultraligeros usados en estructuras de satélites (figura 2 b), las estructuras aeronáuticas (figura 2 c), o las carcasas de dispositivos electrónicos (figura 2 d), entre otros.

Como vemos, los utillajes pueden ser al mismo tiempo la causa y la solución a nuestros problemas, pero para poder entender cómo los utillajes nos pueden ayudar, es necesario entender antes qué problemas están típicamente asociados al sistema de amarre.

Rigidez insuficiente del utillaje

Cuando fabricamos un componente, es necesario que este esté unido a la máquina y que no se desplace a lo largo de la operación, es decir, buscamos que la rigidez del utillaje, esa “interfase” entre pieza y máquina, sea lo más elevada posible. Idealmente, especialmente en operaciones con grandes fuerzas (por ejemplo, un mecanizado de desbaste en aleaciones difíciles de cortar), un utillaje debería ser prácticamente indeformable.

En la práctica, cuando usamos una mordaza, este problema no suele aparecer, y en caso de que se produzca, aumentando la fuerza de apriete, se puede resolver fácilmente. Es precisamente esta, junto con la sencillez de uso y su versatilidad, una de las razones principales por las cuales las mordazas son la opción segura. En otros sistemas de amarre (entre ellos, el uso de bridas), esto cambia, y aumentar la rigidez puede requerir de un rediseño completo del utillaje.

Un problema de rigidez puede aparecer en otras situaciones por hacer un mal uso de un dispositivo que en condiciones normales funcionaría bien, por ejemplo, si se intenta sujetar un cilindro mediante una mordaza con bocas planas.

Rigidez insuficiente de la pieza

Puede parecer que tener una pieza poco rígida (por ejemplo, de pared delgada), no tiene que ver con el utillaje, pero nada más lejos de la realidad. Si una pieza es muy esbelta, su rigidez puede ser insuficiente, pero si se escoge un utillaje adecuado, que se adapte a la geometría de la pieza y tenga las superficies de apoyo necesarias, este problema puede evitarse, al lograr un conjunto utillaje + pieza que sí tenga la rigidez suficiente.

Una rigidez insuficiente, puede dar problemas vibratorios, pero más importantes incluso que ellos son los errores de forma que introducen este tipo de piezas. La operación de mecanizado introduce unas fuerzas sobre la pieza y, si esta tiene poca rigidez, la deformación debida a las fuerzas puede ser significativa. Además, en geometrías sujetas únicamente por uno de sus extremos (como sucede en las paredes delgadas), al acercarse a la base, la rigidez aumenta. Esto da lugar a una mayor flexión cerca de la punta, lo que produce, en la mayoría de casos, que se elimine menos material del deseado como se ha representado en la figura 3 a (si la fuerza tiende a acercar la pieza a la herramienta, el efecto es el contrario). Cuando se completa la operación, ya sin fuerzas deformando la pieza, esta recupera su forma original y, como puede apreciarse en la figura 3 b, la zona más alejada del apoyo tiene una demasía de material mayor que en la base de la pieza [5]. Este fenómeno da lugar a un error de forma de la pieza final, que es complejo de evitar dado que, si se aumenta la profundidad de pasada radial, la flexión será mayor y no será suficiente para compensar completamente este efecto.

Un ejemplo muy visual en el que el utillaje puede ser crucial desde el punto de vista de la rigidez es la fabricación de álabes de turbina o compresor mediante tornofresado. Si el álabe es corto y su rigidez suficiente, este puede ser fabricado sujetándolo únicamente por su base (figura 4 a). A medida que se hace más largo y esbelto, la rigidez deja de ser suficiente, y es necesario añadir un segundo apoyo en el otro extremo (figura 4 b). En álabes de grandes dimensiones, por ejemplo, para turbinas de vapor, la esbeltez es aún mayor, y con dos apoyos, uno en cada extremo, no es suficiente. En estos casos, se puede recurrir a un apoyo adicional más próximo a la zona en la que se esté produciendo la operación de arranque de viruta (figura 4 c).

Vibraciones

Directamente relacionado con los dos puntos anteriores se presenta el problema de las vibraciones. Existen diferentes causas que pueden dar lugar a vibraciones en el proceso, cuya consecuencia es, en general, la aparición de marcas superficiales y una rugosidad excesiva, aunque pueden producir otros daños, como la rotura de la pieza o la herramienta.

Una fuente habitual de vibraciones es la baja rigidez de la herramienta, pero esta no está relacionada con los utillajes, sin embargo, la baja rigidez de la pieza o el utillaje es la otra responsable de fenómenos vibratorios. En este sentido, modificar los parámetros de corte es una solución que puede dar buenos resultados, pero en ocasiones esto implica sacrificar la productividad. Modificando el amarre de la pieza en máquina, ya sea cambiando la fuerza de apriete (por ejemplo, en una mordaza), o modificando la cantidad y posición de los puntos de apoyo de la pieza en el utillaje, en la mayoría de casos, las vibraciones se pueden controlar para que estén en un rango aceptable, que no perjudique a la operación.

Tensiones residuales

Las tensiones residuales son el enemigo fantasma de todo ingeniero, sin importar que se encargue del diseño, de la fabricación o de la verificación. Son difíciles de detectar, complejas de controlar y pueden dar lugar a fallos catastróficos. Las tensiones residuales son esfuerzos internos del material que existen dentro de un cuerpo estacionario y en equilibrio sobre el que no se aplican fuerzas externas [8].

Desde el punto de vista de la fabricación mecánica, las tensiones residuales son importantes por dos razones:

1. El proceso de fabricación puede inducir tensiones residuales en la pieza, y si estas son de tracción tienden a reducir la vida a fatiga del material.
2. El material de partida puede contener tensiones residuales de procesos previos, tratamientos térmicos, etc. Estas tensiones presentes en el material están en equilibrio mientras la geometría se mantenga invariable, pero si se elimina material, como sucede por ejemplo en las operaciones de mecanizado, los esfuerzos internos dejarían de estar en equilibrio, y dado que la pieza final debe estar en equilibrio, se produce una redistribución de los esfuerzos. Así, las tensiones residuales vuelven a estar en equilibrio, pero en el proceso de redistribución la geometría se habrá alterado, dejando un componente diferente al esperado.

La introducción de tensiones residuales debidas a la operación de fabricación está principalmente relacionada con el proceso de corte, y no tan directamente con los utillajes (aunque estos pueden jugar un papel importante en algunos casos). Por el contrario, el efecto de las tensiones residuales originarias del tocho de partida como consecuencia de la sustracción de material está directamente condicionado por el método utilizado para amarrar la pieza en máquina.

Errores geométricos

Más allá del efecto anterior debido a las tensiones residuales, la mayoría de sistemas de amarre se basan en la sujeción de la pieza mediante una fuerza de apriete que genera rozamiento suficiente entre pieza y utillaje (por ejemplo, al usar una mordaza o bridas). Dado que para evitar el movimiento la fuerza de rozamiento debe compensar las fuerzas de corte, se tiende a introducir un esfuerzo de magnitud significativa, en muchos casos excesiva, a la pieza, produciendo deformaciones locales en el material de la pieza.

Si no aparecen otros tipos de problemas, el mecanizado será correcto, y las medidas que se hagan en máquina indicarán que todo está dentro de tolerancias; ¡Éxito!... No tan rápido. Si se ha eliminado material cerca de las zonas sobre las que los utillajes ejercen fuerzas y producen deformaciones, a la hora de liberar la pieza de su amarre, esta tenderá a recuperar su forma original, produciendo errores de forma que pueden ser significativos, como se ha esquematizado en la figura 5.

Este tipo de fenómenos, a los que no siempre se les presta suficiente atención, son bien conocidos por los especialistas del torneado, ya que las tolerancias en piezas cilíndricas tienden a ser más estrictas que en otros tipos de geometrías, y los platos de garras están muy extendidos. Este tipo de amarre es muy cómodo y versátil, pero se basa en aplicar fuerza en unas zonas muy localizadas alrededor de una pieza cilíndrica (en general 3 garras, aunque existan platos con otros números de garras). Cuando se tornea lejos de las garras, al soltar la pieza esta mantiene la forma que tenía en máquina, pero a medida que la sección analizada se acerca al plato de garras, los problemas aparecen. Cerca del plato de garras, es posible tener una geometría en tolerancias, prácticamente perfecta, y que, al liberar la fuerza de amarre, la pieza tienda a recuperar la deformación elástica ejercida por las garras, produciendo una pieza final potencialmente fuera de tolerancias con una geometría lobular, como se muestra en la figura 6.

Marcas superficiales

En algunos casos, la pieza cumple con lo esperado, y el proceso ha sido correcto y eficiente, pero al acabar se detectan pequeñas marcas en la superficie de la pieza en las zonas donde se ha producido el amarre con el utillaje. Estas “marcas” en realidad son deformaciones plásticas sufridas por el material de la superficie, que pueden afectar a su funcionalidad o no, pero, en cualquier caso, es deseable evitarlas (el cliente nunca las quiere).

Las marcas aparecen cuando la fuerza ejercida por el sistema de amarre es excesiva para la sección en contacto y el material de la pieza. Llevándolo al extremo, podríamos considerar en este grupo las muescas dejadas por algunas mordazas con bocas dentadas (generalmente limitadas a desbastes por este problema).

No hay de dónde sujetar la pieza…

Hay piezas que no dan problemas por su baja rigidez o por la precisión requerida, sino por algo mucho más rudimentario; no tienen superficies adecuadas para sujetarlas. A veces la geometría está llena de superficies curvas, redondeos, paredes delgadas, cavidades profundas o zonas funcionales que no se pueden marcar. Y cuando por fin aparece una cara plana, suele ser pequeña, estar lejos de la zona de corte o impedir el acceso de la herramienta.

En estos casos el problema no es solo la fuerza de amarre, sino la falta de referencias estables y de un camino adecuado para las fuerzas. La pieza queda apoyada en superficies pequeñas y con largos voladizos, y cualquier pequeña variación en el asentamiento o en el apriete cambia la realidad del proceso. Lo peor es que no hay una solución rápida a este problema, aquí sí, los utillajes a medida son la mejor opción al permitir el apoyo en las superficies complejas de la pieza.

¿Y para producción seriada?

Si en prototipos o series cortas, nos encontramos los problemas anteriores, en producción en serie de grandes lotes, a estos se suman otros que afectan directamente a la economía de la empresa. El sistema de amarre debe permanecer estable durante cientos o miles de ciclos con el mínimo mantenimiento posible. Además, con los ciclos de uso se hacen visibles problemas que a menudo están ocultos el primer día: el útil se ensucia, se desgasta, cambia su comportamiento con la temperatura, se marca en los puntos de contacto y empieza a perder repetibilidad. Lo que era una décima ocasional se convierte en una deriva lenta pero constante… y lo peor es que parece aleatoria.

Pero la producción seriada es aún más exigente; la prioridad no es solo la precisión, sino la capacidad. Cada segundo perdido en preparación, cualquier dificultad para cargar o descargar, la necesidad de ajustes manuales “porque hoy asienta diferente” se multiplican por el número de piezas y pasa de algo despreciable a la principal causa de falta de productividad… ¡Y eso se traduce en dinero! Por eso el utillaje para grandes lotes necesita cosas que en una pieza unitaria casi ni se mencionan: accesibilidad para automatización, tolerancia a variaciones del bruto, evacuación de viruta y refrigerante, superficies fáciles de limpiar, y un modo automático de verificar que la pieza está bien asentada (por ejemplo, mediante presión de aire). Y cuando estos requisitos no se cumplen, el resultado no es un fallo espectacular: es un proceso que produce, sí, pero con inspección extra, retrabajos y una sensación permanente de que todo está al límite.

Si los utillajes deben mantener la pieza en su lugar, debemos asegurarnos de que estos restrinjan todos sus grados de libertad, así que podríamos pensar que un utillaje que sujeta la pieza por muchos puntos es mejor que otro que únicamente la amarra por uno de sus extremos. Esta afirmación, aunque pueda ser aplicable a algunas situaciones, es en general falsa.

Si el componente sobre el que se trabaja tiene una única pieza (lo más habitual), es necesario evitar el desplazamiento en el espacio (3 grados de libertad de desplazamiento), y el giro de este (3 grados de libertad de giro). Por tanto, cualquier amarre que restrinja esos 6 grados de libertad permitiría potencialmente la fabricación del componente sin que este se desplace en la máquina.

Si únicamente se tienen esas 6 restricciones aplicadas puntualmente sobre la pieza (por ejemplo, una viga empotrada por un extremo y libre por el otro), el sistema de amarre no introduciría deformaciones, y la liberación de tensiones residuales presentes en el material de partida se produciría libremente, sin nada que se oponga a la deformación inducida por ellas.

Un utillaje que añada más restricciones (por ejemplo, una viga empotrada por sus dos extremos) introducirá tensiones en la pieza como consecuencia de pequeños desalineamientos entre los apoyos. Durante la fabricación, la pieza se conformará según especificaciones, pero sin tener en cuenta que, desde el momento del amarre, esta estaba ligeramente deformada. Por tanto, al acabar la pieza, aún montada en el sistema de amarre, se esperaría tener una pieza con errores geométricos pequeños, idealmente, nulos. Sin embargo, en el momento de retirar las restricciones redundantes para soltar la pieza, la deformación inducida por el sistema de amarre tiende a recuperarse deformando la pieza final, como se muestra en la figura 7. Este es el momento en el que tenemos que explicar al cliente o al jefe que “en máquina estaba bien”.

Pero la importancia de la isostaticidad en el amarre va más allá si partimos de un material con un elevado nivel de tensiones residuales. En este caso, si la pieza tiene exactamente 6 restricciones independientes (figura 8 a), al eliminar material, las tensiones tienden a deformar la pieza de forma progresiva; en la primera pasada, se elimina algo de material, y la pieza se deforma un poco (figura 8 b). Posteriormente, en la segunda pasada, la pieza se deforma más, pero salvo que las deformaciones sean mucho mayores que la profundidad de pasada, la geometría final tras la segunda pasada tendrá un error debido mayoritariamente a dicha pasada, habiendo eliminado en gran medida el efecto de la primera (figura 8 c). Además, en esta situación es posible medir la pieza y compensar el efecto de la deformación. Si se sigue con la operación, este proceso se repite, de modo que el error final debido a este fenómeno será aproximadamente el debido a la eliminación de material durante esa pasada de acabado (figura 8 d). En la figura 8 se ha representado una simplificación en 2 dimensiones, puede considerarse que en la tercera dimensión la sección dibujada se repite sin cambios.

Si, por el contrario, se parte de una pieza con un amarre hiperestático, como la de la figura 9 a, las restricciones adicionales evitarán la deformación de la pieza en las diferentes etapas del mecanizado en los puntos de amarre. Así, tras la primera pasada, la deformación puede ser menor que con menos restricciones (aunque esto no siempre se cumpla si aparecen fenómenos de inestabilidad), dando lugar a un proceso aparentemente mejor (figura 9 b). En la segunda pasada se parte de una geometría cercana a la esperada para la primera pasada, y se elimina material sin grandes deformaciones. Esto continúa así hasta finalizar el proceso de fabricación (figura 9 c), donde podemos medir la pieza, y que esta sea prácticamente perfecta. El problema aparece al liberar la pieza. Con el amarre aun ejerciendo fuerzas, el equilibrio de la pieza se produce como la combinación de esfuerzos internos y externos, pero en el momento que se libera, los esfuerzos internos fuerzan una deformación hasta que estos estén en equilibrio. En este paso, la pieza puede sufrir deformaciones de gran magnitud, que además no pueden ser compensadas porque todo el material por eliminar ya se ha procesado (figura 9 d). ¡La pieza solo es chatarra! Como puede verse, cuando el amarre es isostático, las tensiones residuales deben estar siempre en equilibrio, mientras que cuando el amarre es hiperestático, el conjunto de tensiones residuales y esfuerzos debidos al amarre deben estar en equilibrio, pero las tensiones residuales pueden no estarlo hasta que se liberan las restricciones redundantes.

El fenómeno anterior tiende a ser más importante en componentes de paredes delgadas que provengan de un tocho de espesor muy superior al final, en el que el desequilibrio interno debido al arranque de material tensionado es mayor. A modo de ejemplo muy visual, la figura 10 muestra una chapa de Inconel 718 de 2 mm de espesor sobre la que se pretendía fresar una ranura de 1 mm de profundidad. En máquina, aún con un amarre hiperestático (empotrada por sus dos extremos), el error en la profundidad de la ranura era apreciable, resultando en un espesor final de unos 0,5 mm en lugar de 1 mm, pero con una deformación visualmente pequeña. En el momento de liberar el amarre, la pieza buscó el equilibrio de sus esfuerzos internos y, dada la elevada magnitud de las tensiones residuales en el material de partida, el efecto de la propia operación de mecanizado, y el reducido espesor final comparado con el inicial, la flecha del componente final superó los 20 mm.

Nota: En el ejemplo anterior, dada la esbeltez inicial de la pieza, un amarre isostático no habría solucionado el problema, pero habría dado un resultado completamente diferente; tan solo la primera o las primeras 2 pasadas de la ranura habrían eliminado algo de material, debido a la flexión producida desde el primer momento y no evitada por restricciones redundantes. Esta opción habría permitido por ejemplo realizar un tratamiento térmico adecuado y aprovechar el material para mecanizar la geometría realmente buscada.

Recapitulando, tenemos un material que partía con muchas tensiones residuales y queremos fabricar un componente de pared delgada, así que usamos un amarre isostático. Parece una buena decisión, pero el resultado son vibraciones y errores geométricos adicionales. En aquellos casos donde el amarre isostático no sea suficiente para evitar vibraciones y deformaciones debidas a las fuerzas de corte, será necesario añadir más puntos de apoyo, pero estos apoyos adicionales deben adaptarse a la geometría de la pieza (para no inducir una deformación inicial) [9], y deberían permitir la liberación paulatina de las tensiones residuales. Adaptarse a la geometría puede ser sencillo, mientas que la liberación de tensiones residuales durante el proceso puede requerir del uso de utillajes que durante el mecanizado sean hiperestáticos, pero que entre diferentes pasadas de mecanizado liberen parte de las restricciones y pasen a ser isostáticos. Un claro ejemplo de esto es el presentado en la patente CN104858682B [10], en el que la liberación no es continua, sino que se produce cada cierto tiempo de mecanizado, sin esperar al final.

Regla de oro: “Un buen utillaje es aquel que restringe todos los grados de libertad del componente a fabricar evitando la hiperestaticidad. Una sujeción isostática, suficiente para amarrar la pieza de forma estable reduce el riesgo de distorsiones, mitiga el efecto de la liberación de tensiones residuales y garantiza una mayor repetibilidad del proceso.”

Hemos hablado de la importancia de los utillajes, de las razones por las que estos son críticos en la fabricación mecánica, y hemos expuesto los principales problemas derivados de una selección incorrecta del sistema de amarre, pero ¿Cuáles son las alternativas a las mordazas y las bridas? ¿Qué tipos de utillajes podemos utilizar? ¿Qué nos ofrece el mercado?

Mordazas, mordazas y más mordazas…

Sí, la primera solución es la clásica. Aunque las mordazas no sean la única solución posible, sigue siendo la más universal, y es adecuada para muchos de los componentes a fabricar. En operaciones de desbaste en las que se parte de un material no siempre con la geometría deseada o cuando se fabrican componentes con geometrías prismáticas, las mordazas son una solución ideal, que ofrece mayor libertad que la mayoría de sistemas y una gran facilidad de uso.

Las mordazas son rápidas, baratas y universales, pero precisamente por esa universalidad es fácil caer en el error de usarlas como si fuesen un utillaje completo. En cuanto suben las exigencias (5 ejes, accesibilidad, repetibilidad, automatización, o piezas sensibles a la deformación), las mordazas dejan de ser “un apriete” y pasan a ser un elemento de ingeniería: geometría, guiado, evacuación de viruta, control de fuerzas y, cada vez más, integración en sistemas de cambio rápido. Podemos afirmar con rotundidad que no todas las mordazas actualmente disponibles en el mercado son iguales que las de hace 50 años.

El mayor salto reciente está en las mordazas pensadas de verdad para 5 ejes. Aquí la prioridad ya no es solo la fuerza de apriete, sino minimizar la interferencia con herramienta y el portaherramientas para poder acceder a todo el material a mecanizar usando herramientas cortas, con menos vibración y mayor durabilidad. Empresas como Röhm o SMW Autoblok lo resumen muy bien con sus líneas de mordazas para 5 ejes: diseño optimizado para la accesibilidad, cambio rápido de bocas, gran rango de amarre y fuerzas elevadas. En la misma filosofía, el fabricante vasco Fresmak tiene soluciones autocentrantes compactas con bocas altas para 5 ejes, que en algunos casos permiten además el amarre exterior para piezas con cavidades internas.

Otra mejora clave es el diseño para reducir el levantamiento de la pieza. Muchas mordazas tradicionales, al apretar, tienden a levantar ligeramente la pieza si el husillo y el guiado no están perfectamente diseñados y mantenidos. Cada fabricante propone una solución diferente a este problema, pero en la práctica, todos buscan reducir la variabilidad. Y aunque hablamos de mordazas, gran parte del progreso está en lo que se monta sobre ellas: cambio rápido de bocas, bocas adaptables, insertos para aumentar el agarre, etc.

Sin embargo, los mayores avances se están produciendo en estos momentos. La sensorización de mordazas ya es un hecho que permite dejar de tratar el apriete como una acción ciega y convertirlo en una variable medible: saber si la pieza está bien asentada, si el recorrido de apriete es el esperado, si la fuerza aplicada es correcta y si durante el mecanizado esa condición se mantiene. A nivel industrial destaca desde hace años el fabricante Roemheld con su enfoque de sensor de fuerza de amarre mediante la medida de la presión de aceite del sistema de apriete hidráulico. En una línea muy alineada con esto, el Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica (CFAA) está actualmente en busca de la sensorización completa de las mordazas con aplicación en un entorno real, de taller.

Las mordazas han evolucionado enormemente y hoy cubren un gran rango de casos, pero cuando la pieza deja de comportarse como un bloque rígido, la solución deja de ser una mordaza, en ese punto, hay que cambiar de filosofía y recurrir a uno de los sistemas expuestos a continuación.

Soluciones específicas para componentes de pared delgada

Cuando se trabaja con paredes delgadas, es tan importante mantener el componente en su posición como garantizar su rigidez frente a las fuerzas de corte. Por esta razón, en este tipo de componentes suele ser necesario el uso de utillajes muy especializados que incorporan un mayor número de puntos de apoyo, que amortiguan vibraciones o que compensan las deformaciones de la pieza. Cuando hablamos de este tipo de utillajes especializados en paredes delgadas, no es posible obviar los diseños de la empresa Innoclamp (figura 11), entre los que destaca el ‘Blisker’ (figura 11 c), una de las pocas soluciones disponibles para la rigidización de álabes de rotores integrales durante el mecanizado.

En el mecanizado de componentes muy esbeltos y de reducido espesor, cuando las vibraciones y deformaciones no son controlables o exigen cambios en las condiciones de corte que reduzcan significativamente la productividad del proceso, se puede recurrir a técnicas avanzadas de mecanizado, entre las que destaca el Mecanizado Asistido por Tensiones o PAM (Prestress Assisted Machining) [11], patentado recientemente por el CFAA [12]. Este método consiste en mecanizar el componente mientras está sometido a un estado tensional introducido externamente, generalmente de tracción. Gracias a dicha tensión, durante el mecanizado la rigidez de la pieza es mayor (menor error de forma), y las vibraciones son fácilmente controlables. Una vez finalizado el proceso, la liberación de la carga externa tiende a introducir tensiones residuales de compresión en la superficie mecanizada, mucho más favorables para la vida a fatiga que las habituales de tracción debidas al mecanizado.

Sin embargo, pretensar la pieza requiere de utillajes complejos y especialmente diseñados para tal fin; una línea actualmente en desarrollo. Esta es precisamente una de las tecnologías que más acercan el mundo de los utillajes a la propia operación de mecanizado; los utillajes ya no tienen como única función sujetar la pieza, sino que ahora son un elemento crucial en el control de la integridad superficial con la introducción de cargas externas sobre la pieza.

Sujetar con adhesivos, sin marcas ni sustos

Si pensamos en sujetar una pieza compleja, tal vez descartemos la posibilidad, pero el uso de adhesivos como sistema de amarre ya es una realidad. Los adhesivos son la solución ideal cuando solo podemos sujetar la pieza por una cara (sin posibilidad de ejercer fuerzas en dos superficies opuestas), cuando pequeñas marcas en la superficie como consecuencia del amarre no son admisibles o si la pieza es muy poco rígida y las fuerzas de los amarres convencionales producirían una deformación excesiva.

En componentes simples y cuando las fuerzas de corte son reducidas (por ejemplo, en el mecanizado de aluminio), es posible utilizar cintas de doble cara para adherir la pieza a la mesa. Esta solución ya lleva unos años con nosotros, pero tiene muchas limitaciones, y no resulta fácil garantizar las tolerancias ni la repetibilidad de posicionamiento.

A un nivel más avanzado, pensando en componentes complejos (como álabes de turbina aeronáutica), existen soluciones más adecuadas, donde destacan los productos de la empresa Blue Photon. Este sistema utiliza un adhesivo que se cura con luz ultravioleta a través de un soporte diseñado con una ventana transparente que puede instalarse sobre otro utillaje para posicionarlo según las necesidades de la pieza.

En situaciones extremas, ¡encapsula tu pieza!

En componentes extremadamente delgados y con geometrías complejas, la pieza puede ser tan flexible que ninguna de las soluciones habituales sea adecuada. Cuando el resto de alternativas se quedan cortas, la encapsulación de la pieza puede ser la solución. Este procedimiento consiste en embeber la pieza en un material para convertirla temporalmente en un “bloque rígido” y, una vez acabado el mecanizado, se retira. Esto se consigue utilizando materiales de bajo punto de fusión, por ejemplo, polímeros, ceras o algunas aleaciones metálicas (bismuto, estaño, etc.).

Este método es útil especialmente cuando se parte de un tocho rígido, y se aligera produciendo paredes delgadas. En concreto, cuando las paredes provienen de cajeras (algo típico en estructuras aeronáuticas y de satélites), las primeras cajeras pueden mecanizarse directamente, y a medida que las paredes tienen una de sus caras ya fabricada, antes de mecanizar la cajera que forma el otro lado de la pared, se rellena la cavidad para que el vaciado se produzca contra un conjunto pieza + relleno de elevada rigidez. Dado que el ejemplo más visual es el asociado a las estructuras de satélites, este se ha representado esquemáticamente y con una geometría más simple en la figura 12.

El procedimiento, de gran simplicidad, tiene los siguientes pasos:

1. Se prepara la cavidad cuyas paredes se quieren rigidizar
2. Se funde el material de bajo punto de fusión y se vierte en la cavidad
3. Se deja enfriar hasta que solidifique
4. Se mecaniza la pared delgada
5. Se calienta la pieza hasta fundir el material añadido y se retira
6. Se limpian los restos de material que queden en la pieza

Si en lugar de utilizar un material que fundido sea muy líquido, se opta por uno de mayor viscosidad, es posible utilizar esta estrategia en situaciones donde no se dispone de una cavidad cerrada sobre la que verter el material fundido.

Hasta ahora hemos hablado de materiales de bajo punto de fusión refiriéndonos a materiales que a temperatura ambiente están en estado sólido, y que funden a una temperatura muy inferior a la de fusión del material de la pieza. Sin embargo, podríamos ir un paso más allá y utilizar materiales que a temperatura ambiente sean líquidos, y que se solidifiquen al enfriarlos. El ejemplo más práctico no es otro que el agua. Sí, el agua puede usarse como elemento rigidizador en componentes de pared delgada durante el mecanizado, aunque por ahora está principalmente limitado a nivel de investigación [13]. La desventaja de usar agua es la necesidad de un sistema que mantenga la pieza suficientemente fría como para que el agua siga en estado sólido, pero aporta dos grandes ventajas; el agua no deja residuos en la pieza, y su coste es muy reducido.

¿Y para tornear?

En torneado las soluciones están más estandarizadas, pero el correcto amarre de la pieza es igualmente crítico. Es cierto que en este caso, dado que el sistema de amarre debe rotar con la pieza, el equilibrado de este es primordial, pero los productos existentes en el mercado son robustos, están orientados a la producción y permiten adaptarse a la mayoría de situaciones.

Cuando hablamos de torneado, es importante diferenciar dos conjuntos de operaciones; el torneado vertical de grandes piezas, y el torneado horizontal (generalmente en componentes más pequeños). A veces podemos pensar que una pieza grande se hace en un torno grande y “ya está”, pero en realidad, el uso de tornos verticales en componentes de grandes dimensiones plantea un escenario de amarre completamente diferente.

Torneado de componentes pequeños

En el torneado horizontal lo que manda es la concentricidad, la repetibilidad entre ciclos, el comportamiento a altas velocidades de giro y, muy a menudo, la necesidad de alternar entre barra, segundas operaciones, husillo principal y secundario y operaciones de fresado. En ese contexto, el plato de garras es una solución válida, pero no siempre la mejor, especialmente cuando minimizar los tiempos muertos es crítico para la productividad.

Por eso, cada vez tienen más sentido los sistemas que separan “la base que se queda en la máquina” de “la adaptación que cambia según la pieza”. Ahí destaca el enfoque modular propuesto por Hainbuch: Una interfaz compatible con sus diferentes módulos queda fija en el husillo, y sobre ella se instalan sus sistemas de cambio rápido; en pocos minutos, sin tener que realinear y con una repetitividad superior a 3 µm. No es el único fabricante con sistemas de cambio rápido para torneado, pero sí es el que lo ha convertido en su filosofía, adentrándose en la mayoría de talleres que buscan aumentar la productividad respetando su precisión. Además, han tratado de unir dos mundos generalmente más distantes de lo esperable: el del fresado y el del torneado; haciendo que sus módulos sean compatibles con ambos sistemas, como se ha representado en la figura 13.

A nivel práctico, este tipo de sistemas permiten, en un mismo torno, pasar de un amarre de garras (ideal para formas no perfectamente cilíndricas, brutos, piezas con irregularidades) a un amarre por pinza (ideal para barra y alta precisión), o a un amarre por diámetro interior (ideal cuando quieres acabar un diámetro exterior sin marcarlo), sin convertir cada cambio en “media mañana de preparación”. Cuando el objetivo es precisión, velocidad y repetibilidad las pinzas suelen ser el salto natural porque aprietan de forma más uniforme y con menos descentramiento, reduciendo al mismo tiempo problemas como el mostrado en la figura 6.

Y más allá de ecosistemas como el de Hainbuch, merece la pena mencionar los avances en platos de garras del fabricante Schunk. Estos combinan por ejemplo platos de garras que al mismo tiempo ofrecen sujeción magnética con cambios rápidos de garras.

A diferencia de otros grupos de utillajes, en torneado horizontal, el utillaje no se elige solo por las necesidades de amarre, sino por la productividad del sistema. Por eso, la tendencia es clara hacia los sistemas modulares que combinen garras, pinzas y amarre interior con cambios rápidos. No es un capricho, es una manera de convertir un torno “generalista” en un centro de producción flexible, y repetitivo.

Torneado de grandes piezas

Cuando hablamos de grandes piezas debemos pensar principalmente en componentes del sector de generación de energía (por ejemplo, de molinos eólicos) y del sector aeroespacial (entre otros, las carcasas de turbinas aeronáuticas). Estos componentes, por sus dimensiones y su geometría se fabrican generalmente en tornos verticales. A diferencia del torneado horizontal, en este caso, el efecto de la gravedad como consecuencia de la gran masa de los componentes no es tan crítico porque no actúa en dirección radial, y las fuerzas de amarre pueden ser menores. Sin embargo, se trata de piezas cuya masa puede alcanzar varias toneladas y el utillaje debe soportarla.

En el torneado vertical hay dos aspectos fundamentales que debe garantizar el sistema de amarre: que la pieza esté perfectamente centrada, y que esta se mantenga siempre fija respecto al plato. Además, en carcasas aeronáuticas o componentes similares de reducido espesor, es importante que el utillaje aporte una rigidez suficiente a la pieza para evitar deformaciones y vibraciones (con fuerzas de corte que pueden superar los 5 kN).

El problema es que, en grande, todo se amplifica. La masa y la inercia multiplican el riesgo: cualquier falta de apoyo, descentramiento o apriete asimétrico se convierte en un problema de seguridad. Por eso los utillajes típicos tienden a usar configuraciones de múltiples puntos de amarre que reparten carga, y aprovechan el plato como el núcleo del sistema de sujeción, generalmente mediante garras o dispositivos específicos para el componente concreto a fabricar. Dado el riesgo que supone hacer girar un componente de tal magnitud, además de verificar el correcto centrado de la pieza en máquina, es común encontrar sistemas de garras con medida de fuerza de apriete, que en caso de perder fuerza de amarre avisen al operario para que se detenga la operación. Un ejemplo de equipo para la monitorización de la fuerza de amarre ya disponible en el mercado es el sistema “Smart Chuck” de TDG, fabricante especializado en sistemas de amarre para tornos verticales y de industria pesada.

Otras soluciones

En los puntos anteriores se resumen algunos de los tipos más importantes de sistemas de amarre de piezas, pero el mundo de los utillajes es muy amplio y no se podría resumir en este artículo, de forma que muchos otros sistemas han quedado fuera. Entre ellos destacan por su popularidad las mesas y platos magnéticos, los utillajes de vacío y los utillajes completamente a medida.

En entornos de producción en serie, los sistemas de amarre anteriores por lo general se combinan con equipamiento modular que permite adaptar un utillaje existente a diferentes máquinas, posicionarlo en su posición con alta repetibilidad (sistemas de punto cero), etc.

¿Y si lo combinamos todo?

A partir de las soluciones anteriores, una duda que puede surgir es la posibilidad de combinar dos o más de los métodos anteriores. Efectivamente, esta opción existe y de hecho es la que se aplica en componentes complejos. Por ejemplo, cuando se utiliza el encapsulado para rigidizar la pieza, es necesario un sistema de amarre de la pieza que la fije a la mesa, donde en función de la geometría concreta, deberíamos escoger uno de los métodos aquí expuestos.

Durante años hemos tratado el utillaje como “algo mecánico” que, una vez montado, se queda quieto y que damos por sentado. Pero la tendencia actual es que los utillajes se parezcan más a un sistema que a un accesorio. Por un lado, porque la fabricación de componentes complejos y de alto valor añadido está empujando hacia una mayor variedad de necesidades y la búsqueda de una menor tasa de defectos y un menor tiempo de operación. Por otro, porque cada vez se exige una mayor repetibilidad, trazabilidad y estabilidad sin depender tanto del “buen hacer” del operario. Además, con el avance en el resto de tecnologías del mundo de la fabricación (desarrollos de máquinas, de herramientas y de sistemas de control entre otros), la complejidad de las piezas que se pueden fabricar está en constante aumento, al igual que las exigencias de precisión. En ese contexto, tres líneas van a marcar el futuro cercano: automatización, sensorización y amarre adaptable.

Automatización

La automatización no son solo robots cargando piezas; se busca hacer repetible y rápido lo que hoy es artesanal y propenso a errores humanos. En muchas plantas, el cuello de botella no es la capacidad de arranque de viruta, sino el tiempo de preparación, el ajuste fino del amarre y la incertidumbre de “a ver cómo asienta hoy”. Cuando el montaje depende de la pericia del operario y de sistemas de amarre convencionales, es complejo garantizar una repetibilidad adecuada en un proceso de fabricación, más aún cuando una misma pieza requiere de varias atadas.

La evolución natural es hacia utillajes y sistemas de sujeción pensados para cambio rápido, con elementos estandarizados (interfaces de paletización, bases de punto cero, utillajes modulares, etc.) que permitan pasar de una referencia a otra sin reconstruir el montaje. Además, se busca asegurar que dos piezas teóricamente igual amarradas, realmente tienen un amarre muy similar, lo que reduce la incertidumbre sobre el resultado del proceso. Cuanto más automatizas, menos toleras la improvisación; necesitas que la pieza quede localizada siempre igual, sin “aprieta un poco más” ni “muévela un par de golpes más”. En la práctica, esto empuja a diseñar utillajes que no solo sujeten, sino que orienten el proceso: acceso de herramienta, evacuación de viruta, puntos de inspección, y compatibilidad con manipulación automática. El principal requisito de los utillajes listos para la producción automatizada es que impongan con elevada repetibilidad el posicionamiento de la pieza con unas referencias a las que la pieza quede ajustada incluso cuando el robot que la coloca no es del todo preciso.

Utillajes sensorizados

Hoy en día, a nivel industrial medimos la pieza, podemos controlar la herramienta, e incluso verificamos los errores de la máquina, pero rara vez nos preocupamos por el utillaje. En este sentido, es importante tener un control de las fuerzas que ejerce el utillaje sobre la pieza; si son excesivas pueden introducir deformaciones indeseadas, y si son insuficientes, el componente puede desplazarse o incluso salir disparado. Ya actualmente existen algunas soluciones, todavía no muy extendidas, que avanzan en esta línea, sobre la cual aún hay camino por recorrer. Estos sistemas aportan además una seguridad adicional de cara a la integridad física de las personas, ya que permiten detectar un defecto en el amarre que puede provocar que el componente salga proyectado hacia el operario.

Podríamos ir más allá y pensar en componentes críticos, ya sea por sus requerimientos o por el gran coste que supondría cometer un error y tener que empezar de nuevo. En estos casos, interesa tener el máximo control de proceso, pero en mecanizado, controlar completamente el proceso pasa entre otras cosas por la medida de las fuerzas y vibraciones generadas por el propio mecanismo de arranque de viruta. A nivel de investigación, aunque no sea sencillo, sí es posible medir estas variables. En industria, medir las vibraciones no es común pero sí viable. Sin embargo, todavía no existen soluciones completamente industriales, con suficiente fiabilidad y facilidad de uso, para medir fuerzas de corte. En laboratorio, las fuerzas de corte se monitorizan usando dinamómetros instalados entre la mesa de la máquina y el utillaje que sujeta la pieza, o entre la herramienta y la máquina (con portaherramientas especializados), o con sensores integrados en las probetas usadas para la investigación.

Industrializar esta medida, al menos para operaciones de fresado, pasa por escoger el mejor lugar para instalar los sensores. Medir las fuerzas directamente en el husillo tiene múltiples inconvenientes, e instalar sensores sobre la propia pieza no es una solución válida para grandes producciones (podría ser adecuado en casos muy específicos y tiradas unitarias). De modo que la única solución viable es medir las fuerzas entre la mesa y la pieza. Esto puede hacerse insertando un elemento entre la mesa y el utillaje, pero una solución más robusta sería incorporar la sensorización en el propio utillaje. En este sentido, también sería posible monitorizar las deformaciones del propio utillaje para prever y evitar potenciales errores geométricos. Es precisamente esta línea en la que se está trabajando en estos momentos en el Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica (CFAA) como uno de los referentes de investigación en fabricación en España.

Sistemas de amarre “semi-tailor-made”

Entre el utillaje genérico que “vale para todo” y el utillaje totalmente a medida (caro, específico y poco flexible) está apareciendo un término medio muy potente: los utillajes “semi-tailor-made” (semi a medida). La idea es diseñar sistemas que sean específicos para una familia de piezas (por geometría, tamaño o superficies funcionales), pero que permitan adaptaciones rápidas: apoyos ajustables, módulos intercambiables, mordazas conformales con insertos reemplazables, topes reconfigurables, o incluso elementos impresos en 3D (o de fabricación aditiva metálica) que puedan ser sustituidos según la pieza. La ventaja es clara: se mantiene lo que realmente aporta valor (referencias estables, rigidización de áreas críticas, repetibilidad, etc.) pero sin convertir cada nueva referencia en un proyecto de utillaje desde cero. Para el taller, esto es clave porque reduce el dilema clásico: o improvisas con mordaza y asumes problemas, o te comprometes con un útil “perfecto” que tarda en llegar y cuyo coste puede que nunca recuperes.

Un ejemplo fácil de visualizar es un sistema de amarre para álabes de turbina aeronáutica. Un mismo equipo puede ser compatible con álabes de diferentes tamaños y geometrías (dentro de unos ciertos rangos), pero en todos ellos se garantiza el correcto posicionamiento y comportamiento del utillaje.

El mensaje es claro; el utillaje no es un accesorio, es una parte esencial del sistema de fabricación. Podemos tener la mejor máquina, la mejor herramienta, el mejor programa y los mejores operarios, pero si la pieza no está posicionada y sujeta con criterio, no podremos garantizar la calidad del proceso productivo. La realidad del taller empuja a soluciones universales porque son rápidas, conocidas y están siempre a mano; el problema es que esa comodidad suele pagarse con variabilidad en las piezas, vibraciones, marcas superficiales, descartes y, en el peor momento, con la típica frase “en máquina estaba bien”.

Pero no seamos tan dramáticos, la buena noticia es que hoy hay más opciones que nunca para sujetar mejor nuestras piezas: desde mordazas bien elegidas hasta el uso de vacío, adhesivos, encapsulados o sistemas más específicos, pasando por interfaces de cambio rápido y amarres adaptables para familias de piezas. No se trata de diseñar un utillaje perfecto para cada referencia, sino de adoptar una idea simple y poderosa: cada pieza pide una estrategia de sujeción, y esa estrategia debe inmovilizar los grados de libertad necesarios sin restricciones redundantes que introduzcan tensiones, deformación y variabilidad. Además, cada vez disponemos de utillajes más inteligentes, con sensores e incluso actuadores internos que buscan facilitar la vida a pie de máquina. En definitiva, cuando el utillaje se diseña como parte del proceso, el mecanizado deja de ser una apuesta y se convierte en un resultado fiable.

Referencias

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[11] Sáinz de la Maza García, Á., López de Lacalle Marcaide, L. N., & Martínez de Pissón Caruncho, G. (2025). Prestress Assisted Machining: achieving high surface integrity in thin wall milling. Results in Engineering, Vol 26. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105491

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Los utillajes, en CFAA no nos olvidamos de ellos

En la actividad del CFAA - Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica, Universidad del País Vasco (UPV/EHU) (Zamudio, España), los utillajes son clave para el trabajo de investigación diario: los diseñamos, optimizamos y generamos nuevas ideas.

Nuestros socios están pensando en la pieza del motor aeronáutico, cuyo coste puede ser de varios cientos o miles de euros. En ellas, el amarre es un aspecto clave.

Los utillajes más grandes son objeto del trabajo de Metalúrgica Marina, y en ellos colaboran Talleres de Guernica (TdG) y otros de nuestros socios. También son socios del CFAA Hainbuch y Schunk en sistemas más convencionales, pero con adaptaciones a los componentes de titanio o Inconel. Empresas como Goerna, o Mufer también colaboran en nuevas ideas de amarre de componentes delgados y en la fabricación de prototipos de utillajes especiales.

Pero cualquier esfuerzo es poco ante los retos de amarrar componentes ultraflexibles orientados a satélites, compresores, álabes, etc. Los proyectos de espacio están siendo uno de los pilares en el desarrollo de las nuevas ideas. ¿Cómo fresar una pared o un suelo de 0,1 mm de espesor? No esperéis que os lo expliquemos, …nuestro director dice: “investigadores…pero no tontos”.

“No hay quien lo amarre”, eso no es un dicho que empleemos en el Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica CFAA. Y “Agárrame si puedes” no suele ser la película favorita de las piezas de demostración que realizamos.

Álvaro Sáinz de la Maza García

Ingeniero industrial e investigador en el CFAA. Es graduado en ingeniería industrial y cuenta con dos másteres: uno en ingeniería industrial y otro en tecnologías aeronáuticas y máquina herramienta. Reconocido por su excelencia académica, ha recibido múltiples premios y becas, y se graduó con el mejor expediente de su promoción en el grado y ambos másteres. Actualmente, desarrolla su doctorado en ingeniería mecánica, centrado en técnicas avanzadas de fresado para el mecanizado de piezas esbeltas de pared delgada con alta precisión e integridad superficial.