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Sobresalir en el mecanizado de piezas grandes y complejas le ha permitido a la empresa East Texas Machine Works resistir las condiciones económicas de depresión. El trabajo para aplicaciones petroleras costa afuera está ayudando a su negocio de fabricación y mecanizado a sobresalir en la manufactura. En particular, la versatilidad del diseño de la máquina, las estrategias de sujeción y el herramental permiten que el taller responda a las necesidades de los clientes para partes pesadas mecanizadas con precisión.
En palabras simples, sobresalir en el mecanizado de piezas grandes y complejas le ha permitido a East Texas Machine Works (www.etmworks.com) resistir las condiciones económicas de depresión desde que Neils Swisher compró el taller hace 36 años. Por estos días, el trabajo para aplicaciones petroleras costa afuera está ayudando a su negocio de fabricación y mecanizado en Longview (Texas) a navegar en las agitadas aguas de la manufactura. Randy Swisher, hijo del propietario y vicepresidente y gerente de ventas y mercadeo de la compañía, cree que el trabajo para este mercado continuará llegando al taller por varios años. Es decir, ETMW continuará buscando oportunidades en minería, construcción y otras industrias que tienen necesidades de mecanizado de piezas grandes.
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 Esta mesa rotativa roja, para un ensamble de talad... |
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Los retos del mecanizado están magnificados a esa gran escala. Este trabajo requiere equipos de dimensiones grandes, como fresas perforadoras horizontales y VTL, que vienen con una etiqueta de precio correspondiente al tamaño. (ETMW tiene equipos CNC de US$15 millones en su taller de 75 empleados). El riesgo de errores y desperdicios también es enorme, porque las piezas de trabajo pueden costar US$100.000 cuando llegan al taller. De igual manera, es difícil encontrar gente con talento para trabajar en el taller (los operadores para fresas de perforación y VTL no se dan silvestres). Además, los grandes componentes para aplicaciones de la industria petrolera, especialmente aquellos para ensambles submarinos, están siendo fabricados en materiales más tenaces y requieren tolerancias más estrechas. No están fuera de lo normal partes con agujeros de 4 pies de diámetro, que requieren mecanizarse a tolerancias de 0.001”.
La magnitud del trabajo de mecanizado que llega a ETMW resulta impresionante. Sin embargo, lo apenas evidente cuando uno camina por el taller es el papel que desempeñan el proceso y la flexibilidad del equipo. En particular, la versatilidad del diseño de la máquina, las estrategias de sujeción de los trabajos y el herramental permiten que el taller responda rápidamente a las necesidades de los clientes para partes pesadas mecanizadas con precisión.
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La deformación en la sujeción de trabajos es ....
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Grande desde el comienzo
Antes, Swisher trabajaba para un negocio local que mecanizaba vasijas de presión y piezas de trabajo similares. Cuando compró el taller en 1973, tenía unas pocas fresadoras y tornos manuales pequeños. Considerando la base de talleres locales, que ya ofrecían servicios de mecanizado para partes pequeñas, Swisher comenzó a comprar equipo más grande. Añadió dos fresas perforadoras horizontales manuales con husillo de 5” y una fresa perforadora vertical con un volteo de 150” para diversificar su taller.
Al advertir las ventajas que ofrecía la tecnología de mecanizado CNC, Swisher añadió un torno CNC Mazak M4 en 1981. Esto fue seguido por diez tornos y fresadoras CNC de tamaño pequeño a mediano, comprados en la siguiente década. El taller recibió su primera fresadora-perforadora horizontal CNC Kuraki, un modelo de husillo de 5”, en 1996. Desde entonces adquirió por lo menos una fresadora CNC grande o un centro de torneado cada año, y ahora tiene diez fresas perforadoras horizontales CNC y cuatro VTL CNC. Esta capacidad de mecanizado complementa las significativas capacidades de soldadura y fabricación de la empresa.
Todas las fresas perforadoras horizontales del taller tienen cuatro mesas rotativas de cuatro ejes, de modo que sus husillos pueden acceder a múltiples lados de las partes en un solo alistamiento. Minimizar los alistamientos es una meta para todos los talleres, pero resulta especialmente importante cuando se manejan piezas de trabajo extremadamente voluminosas, que pueden pesar decenas de miles de libras.
Parte de la reciente expansión en construcción, de US$2,5 millones, fue la compra de su décima y más grande fresadora-perforadora horizontal –una MAG Giddings & Lewis RT 1600–. El taller escogió esta unidad porque requería una fresadora con un husillo de perforación de 6” (sus otras fresadoras tienen husillos de 4” o 5”) y recorridos más grandes para acomodar partes más voluminosas. La RT 1600 tiene recorridos en los ejes X-, Y- y Z- de 142”, 120” y 90”, respectivamente. Su mesa mide 5 por 8 pies y tiene una capacidad de carga de 55.100 libras. La fresadora también ofrece 75 hp y 5676 pies-lb de torque, lo cual resulta particularmente útil en mecanizado de componentes petroleros para costa afuera, comúnmente hechos en aleaciones con alto contenido de níquel. Otra característica clave es una extensión de quilla en el eje W de 59”, que le permite a la fresadora alcanzar más profundidad en las partes. El alcance máximo en el eje W de las otras fresadoras del taller es de 27”.
Fueron necesarios unos cimientos de 66” de espesor para soportar esta máquina. Lo interesante es que la fresadora no se instala a ras con el piso. En realidad, se apoya 16” por debajo de la superficie del suelo, para permitirle a la fresadora lograr el total del recorrido vertical sin contacto con los rieles de la grúa sobre-cabeza. Se requirió también un piso metálico, para que los operadores pudieran maniobrar con seguridad alrededor de la fresadora.
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Aunque esta es una aplicación más bien básica....
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Sujeción
ETMW ha hecho algunos dispositivos inteligentes para sujeción de trabajos que permiten fijar piezas grandes. Por ejemplo, creó el tombstone de 10 pies de alto y 20.000 libras, como el que se ve en la foto. El tombstone, mecanizado por Jeremy Houchins, operador del turno diurno de la fresa perforadora G&L, tiene diferentes patrones de pernos para acomodar diversas geometrías de parte. Una de las caras de 8 pies de ancho del tombstone tiene un patrón de perno convencional de grilla cuadrada para partes rectangulares, como las piezas soldadas. La cara opuesta presenta un patrón circular, óptimo para partes con geometrías redondas. Los agujeros en cada diámetro de perno están posicionados en incrementos de 3,75°. Este patrón ha demostrado ser muy útil cuando, por ejemplo, es necesario mover las ubicaciones de los sujetadores alrededor de una parte para evitar la interferencia del sujetador con la herramienta de corte o el husillo. Un patrón de perno circular más pequeño se encuentra en una de las caras de 5 pies de ancho del tombstone, mientras la cuarta cara no tiene ningún agujero para perno y se usa en situaciones de fijación especiales.
Houchins dice que toma alrededor de 30 a 45 minutos retirar partes del tombstone y luego retirar el tombstone de la máquina (la instalación tiene seis grúas que varían de 7,5 a 15 toneladas de capacidad). Él no sólo sopla y limpia la mesa de la fresadora cuando se ha liberado, sino que también apoya una piedra húmeda sobre ella. Esto asegura que la mesa está absolutamente plana y no tiene puntos altos como resultado de, digamos, una llave que ha caído accidentalmente sobre la mesa. Incluso un pequeño punto alto puede evitar que una pieza grande o una fijación estén completamente a ras con la mesa, lo cual podría ocasionar que la pieza de trabajo se mecanice fuera de tolerancia. De forma similar, el tamaño de estas partes no necesariamente las hace resistentes a la distorsión y a la vibración durante el mecanizado. A veces se utilizan unos soportes en áreas clave en partes grandes para prevenir la distorsión debida a la sujeción o para minimizar la vibración durante el mecanizado (la vibración puede ser especialmente problemática en piezas soldadas que el taller ensambla y mecaniza muy a menudo).
Aunque la mesa rotativa en la fresadora G&L grande mide 5 por 8 pies, algunas partes que ETMW mecaniza requieren aún más área de superficie para el montaje. Para este tipo de aplicaciones el taller creó un subplato de 4” de espesor que mide 8 por 12 pies, que usa a menudo. El taller puede instalarlo directamente sobre la mesa rotativa para acomodar partes más grandes sin salientes (la rotación completa de la mesa sigue siendo posible). Alternativamente, puede instalar el subplato en el tombstone, como lo hizo alguna vez para un anillo de 14 pies de diámetro. El diseño de la fresadora G&L también fue útil en esta aplicación, porque el husillo de perforación podía bajarse 6” por debajo de la superficie de la mesa para alcanzar la porción más baja del anillo.
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1) Aunque esta fresadora-perforadora requirió....
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Una herramienta, múltiples operaciones
ETMW tiene tres cabezales de contorneado Cogsdill ZX, que puede usar en casi todas sus fresas de perforación. Como la mesa rota en cuatro ejes, los cabezales les permiten a las fresas perforadoras llevar a cabo múltiples operaciones en una sola fijación, reducir los alistamientos, los cambios de herramienta y el tiempo de ciclo total. Estos cabezales de contorneado usan el movimiento de quilla en el eje W de una fresa de perforación para controlar el diámetro de corte efectivo de herramientas instaladas sobre una deslizadera transversal (véase el recuadro para saber cómo funcionan estos dispositivos). Los cabezales pueden desarrollar operaciones complejas de refrentado, ranurado y contorneado. También ‘tornean’ el diámetro exterior de partes que pueden ser poco prácticas para rotar en el mandril de un torno. Además de los ahorros en los tiempos de ciclo totales, los cabezales minimizan el costo de herramental porque una sola herramienta puede desarrollar múltiples operaciones.
Una aplicación de contorneado relativamente simple se aprecia en la foto. Es la porción de tubo de una pieza soldada con forma de L que requiere un trabajo en el diámetro exterior, pero no puede ser torneada en un torno. Programando los ejes W y Z de la fresadora junto con el movimiento de la mesa, el cabezal crea un chaflán, tornea el diámetro exterior del tubo y genera un radio. Sin embargo, muchas aplicaciones de los cabezales de contorneado del taller son más complejas que este ejemplo.
Los cabezales pueden usarse en cualquier fresa de perforación horizontal del taller. Un capote de cierre por leva, diseñado para marcas específicas de fresas perforadoras horizontales, es casi todo lo que se necesita. Cuando se instala en la fresadora, el capote brinda una interfaz común para todos los sistemas de herramental ZX.
En el horizonte
Como el mecanizado, la inspección de partes grandes puede ser un reto. ETMW usa una variedad de medidores manuales para muchas de las partes que mecaniza. Aunque una CMM sería útil, una adecuada es, actualmente, prohibida en tamaño y costo. A cambio, el taller probablemente adicionará la capacidad de sondas a su fresadora G&L para permitirle medir las partes que crea. El sondeo en máquina también puede acelerar los alistamientos y permitir que la máquina ubique más rápidamente las partes recién fijadas.
Además, el taller está buscando fabricantes de máquinas-herramienta que ofrezcan VTL con un volteo de 120”. Esto es importante. Por ello, aunque el negocio no puede describirse como algo ‘de moda’ en el momento, el taller continúa identificando nuevas tecnologías de mecanizado en grande y equipos que lo mantengan por delante de su competencia.
| Fundamentos de los cabezales de contorneado |
East Texas Machine Works usa un número de cabezales de contorneado Cogsdill ZX en sus diez fresas de perforación horizontales. Aunque estos cabezales pueden desarrollar un gran número de operaciones de mecanizado en un solo alistamiento, funcionan de una forma sencilla, comenta Don Aycock, gerente de producto de Cogsdill ZX.
Los cabezales de contorneado transforman el movimiento de quilla en el eje W de una fresa de perforación horizontal, en un movimiento del filo de corte radial, explica Aycock. Dentro de cada herramienta está un eje actuador con una chaveta inclinada que ajusta con precisión en una ranura de la herramienta. La extensión de la quilla empuja el eje actuador y hacer que la herramienta se deslice para moverse hacia fuera, incrementando el diámetro del filo de corte rotativo. La retracción de la quilla reduce el diámetro de corte.
Combinando el movimiento de quilla de una máquina con el avance de su mesa es posible que un solo cabezal realice varias operaciones. El refrentado puede efectuarse moviendo la quilla (y, así, el filo de corte), mientras la mesa de la máquina permanece estacionaria. Manteniendo la quilla estacionaria y moviendo la mesa se permiten operaciones de perforado y torneado. Al combinar movimientos de la quilla y la mesa pueden generarse características como radios, chaflanes, conos y contornos complejos de diámetro interior o exterior.
Programar un cabezal de contorneado consiste simplemente en coordinar los ejes W y Z de la máquina para guiar el filo de corte. Aunque dependiendo del modelo de cabezal de contorneado, la relación de la carrera de la quilla a la carrera del filo de corte radial no puede ser 1:1, y esto debe considerarse cuando se crean programas de piezas. Por ejemplo, algunos cabezales ZX tienen una relación 2:1 de carrera de la quilla a carrera del filo de corte.
Los capotes específicos de la máquina permiten que un solo cabezal sea usado en una gran variedad de marcas de fresas de perforación. El capote se sujeta con pernos al husillo exterior de la fresadora (el husillo exterior le provee la rotación al cortador). El cabezal de contorneado, que se instala rápidamente en el capote, es asegurado mediante pasadores de fijación con leva. Otros cabezales ZX, incluidas las herramientas modulares de perforación y las herramientas de asientos de válvulas, también pueden instalarse sobre un capote de fresadora.
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© 2009. MoldMaking Technology. Derechos reservados.
© 2009. Metalmecánica Internacional. Derechos reservados sobre la versión en español.
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